高性能加工中心的结构特点

高性能加工中心与高速加工中心的区别在于它除有一个能高速旋转的主轴,还设计了高精度的直线运动导轨、大功率主轴电机、精密主轴轴承、滚珠丝杠、高效伺服驱动电机以及先进的CNC系统等。因而使加工中心在高效率下加工出高精度的零件,大大提高市场竞争力。

1．直线运动导轨

加工中心的各轴向运动的速度和精度,对实现高速切削至关重要。JoeKraemer博士在为高性能加工中心下定义时指出,在机床主轴转速与刀具系统不变和保证满足加工零件精度的前提下,如果各轴向运动不能达到f＝7.62-11.43m/min的进给速度,那就不能称之为高性能加工中心。但是要达到如此高的进给速度,采用普通机床的方形导轨是远远不能实现的。必须选用直线运动导轨。试验证明,直线运动导轨的磨擦系数仅为普通方形导轨的1/20。由于直线运动导轨的滚柱与导轨间的接触面积远远小于方形导轨,因而使功率消耗也降低为方形导轨的1/20,且能保持长时间的很少磨损,大大提高导轨的使用寿命。精密的直线运动导轨具有一个淬火硬度为HRC58-62的经精密导轨磨床磨削的直线形导轨,而不像普通方形导轨那样最少有一个V型导轨。因为两条直线形导轨的结构简单,因此容易加工、装配、测量以及能选择合适的滚柱直径等。

在机床开始沿直线运动时,直线运动导轨只需166kg力的力矩克服静摩擦,需69.2kg力的力矩克服动摩擦。而方形导轨则需346kg力的力矩克服静摩擦,103.8kg力克服动摩擦。因而,采用直线运动导轨可使机床的最高进给速度达63.5m/min,其中38.1m/min的进给速度用得最多。使加速度能在0.6-1.0g范围内。力口之直线运动导轨具有高的刚度,与工作台之间无间隙存在,因而很少产生振动,能加工出低表面粗糙度的零件表面,延长刀具的使用寿命。

2．精密的滚珠丝杠

机床滚珠丝杠直径及螺距的大小直接影响加工零件的精度,尤其是在进给量的切削条件下,采用直线运动导轨的高性能加工中心都选择小直径的细牙螺距的单头滚珠丝杠。也有的采用粗牙螺距的多头滚珠丝杠。一般采用伺服电机驱动滚珠丝杠的传动方案。但是,滚珠丝杠在工作中,滚动体作螺旋运动其自转轴线的方向是变化的,因而会产生陀螺运动。当陀螺运动中的陀螺力矩Mf超过滚珠体与滚道间的摩擦力时,滚动体将产生滑动,从而造成剧烈摩擦,使丝杠温度升高,同时振动和噪音增大,缩短了丝杠寿命,降低了滚珠丝杠的传动品质。为此开发出一种新型的高性能的滚动丝杠——行星滚柱丝杠,较好地解决了以上技术难题。

随着新技术的不断发展,在超高进给的情况下,工作台加速度将达到3g以上,因此移动件的惯性力也相当大。在进行机械部分设计时必须力求减小移动件的质量和回转件的转动惯量,进一步提高进给系统的刚度、灵敏度和精度。目前在加工中心上已采用由德国Ex-cell-o公司发明的大功率直线伺服电机,直接驱动工作台作直线运动,并与由碳素纤维增强塑料制成的轻型结构工作台和直线滚动导轨副匹配,实现高进给速度和高精度加工。

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