加工中心结构设计原则|加工中心选用指南30

编者按

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加工中心价格昂贵，加工费用通常比传统机床要高得多，但其加工效率也比普通机床高得 多。

一、动刚度和静刚度强

加工中心的高效率主要体现在以下 两个方面：一方面是通过使用新型刀具材料，选用较快的 切削速度，缩短切削时间；另一方面是采用自动换刀系统和自动装夹系统，减少辅助时间。 这些 措施大幅提高了生产率，获得了良好的经济效益，然而，这也明显地增加了机床的负载及运转时 间。 另外，机床床身、导轨、工作台、刀架和主轴箱等部件的结构刚度，将影响它们本身的几何 精度及因变形而产生的误差。 所有这些因素都要求数控机床具有更高的静刚度。

另外，切削过程中的振动不仅直接影响零件的加工精度和表面质量，还会降低刀具寿命，影 响生产效率，增加加工中的人为调整时间。因此，加工中心的动刚度也是影响其加工性能的关键 要素。

在设计加工中心结构时，考虑到上述因素，其基础大件通常采用封闭箱型结构，合理布局且 加强筋板及各部件的接触刚度，有效地提高机床的静刚度。 另外，调整构件的质量以改变系统的 自振频率，增加阻尼以改善机床的阻尼特性，这些均是提高机床动刚度的有效措施。

二、热变形小

加工中心在加工中受切削热、摩擦热等内外热源的影响，各部件将发生不同程度的热变形，这将影响工件的加工精度。由于加工中心的主轴转速、进给速度及切削量等都大于传统机床，而且工艺过程一般都是自动化运行，常常是连续加工，因而产生的热量也多于传统机床，这就要求采取必要的措施减少热变形对加工精度的影响。主要措施有：对发热源采取有效的液冷、风冷等方法来控制温升；改善机床结构，使构件的热变形发生在非误差敏感方向上。例如卧式加工中心的立柱采用框式双立柱结构，左右对称形式；热变形对主轴轴线产生垂直方向的平移，它可以由 坐标修正量进行补偿 ， 减少发热 ， 尽可能将热源从主机中分离出去 。

三、运动精度高

加工中心工作台的位移以脉冲当量作为它比较小的单位。在对刀、工件找正等情况下，工作 台常以极低的速度运动，这 就要求工作台能对数控装置发出的指令做出准确的响应，而运动件的 摩擦特性会对其运动精度产生影响。 加工中心采用滚动导轨和静压导轨，静摩擦力较小，并且在 润滑油的作用下，它们的摩擦力随运动速度的提高而加大，从而有效地避免了低速爬行现象，也 使加工中心的运动平稳性和定位精度都有所提高。 进给系统中采用滚珠丝杠代替滑动丝杠，也是 基于同样的原理。 另外，采用脉冲补偿装置进行螺距补偿，消除了进给传动系统的间隙；有的机 床采用无间隙传动副。

四、寿命高且精度保持性好

良好的润滑系统保证了加工中心的寿命，导轨、进给丝杠及主轴部件都采用新型的耐磨材 料，使加工中心在长期使用过程中能够保持良好的精度。

五、易于操作与维护

加工中心采用多主轴、多刀架及自动换刀装置，一次装夹即可完成各工序的加工，节省了大 量装夹换刀时间。由于不需 要人工操作，故采用了封闭或半封闭式加工，使人机界面明快、干 净、协调。 机床各部分的互锁能力强，可防止事故发生，改善了操作者的观察、操作和维护条 件，并设有紧急停车装置，以避免发生意外事故。 所有操作都集中在一个操作面板上，方便操作 人员查看，同时可以减少误操作。

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