doi:10.16576/https://www.doczj.com/doc/f38722075.html,ki.1007-4414.2015.06.009
车铣复合加工中心Y轴立柱的受力分析及结构优化*
苏宏志1,李文祥2,王建军2,李小飞2
(1.陕西工业职业技术学院数控工程学院,陕西咸阳 712000;2.宝鸡机床集团有限公司,陕西宝鸡 721013)
摘 要:在车铣复合加工中心Y轴立柱建模基础上,利用Solidworks Simulation对模型进行有限元仿真和分析,完成了对立柱的结构优化设计,通过对机床的实际应用,证明了该有限元仿真和分析方法是一种有效的设计手段三
关键词:Y轴立柱;有限元仿真;结构优化
中图分类号:TG659 文献标志码:A 文章编号:1007-4414(2015)06-0023-02
Force Analysis and Structure Optimization to the Y-axial Column of Lathe-mill Cutting Center SU Hong-zhi1,LI Wen-xiang2,WANG Jian-jun2,LI Xiao-fei2
(1.School of Numerical Control Engineering,Shaanxi Polytechnical Institute,Xianyang Shaanxi 712000,China;
2.Baoji Machine Group Co.,Ltd,Baoji Shaanxi 721013,China)
Abstract:Based on modeling the Y-axial column of lathe-mill cutting center,the finite element simulation and analysis on this model is conducted with the Solidworks Simulation in this paper,and the structural optimization design of column is com?pleted.Through the practical application of the machine tool,it shows that the method of finite element simulation and analysis is an effective design means.
Key words:Y-axial column;finite element simulation;structure optimization
0 引 言
复合化是数控机床一个普遍发展趋势,在现代机
械加工中复合化数控机床发挥着愈来愈大的作
用[1]三车铣复合加工中心具有多轴联动功能,机床动力刀架配合Y轴移动能实现强力铣削,Y轴立柱作
为动力刀架的一个重要支撑零件,必须对其进行最优
化设计以减少机床在强力切削时的振动,使加工零件
获得较高的加工精度和很好的表面粗糙度三目前国
内复合机床偏重于结构布局研究,对复合后机床支撑
件力学性能研究不足三笔者通过对车铣复合加工中
心Y轴立柱有限元仿真和分析,完成了对Y轴立柱
的优化设计,并在机床的实际使用中,证明优化后的Y轴立柱很好的满足了机床的加工要求三
1 立柱的建模
1.1 立柱的三维建模及材料的定义
利用Solidworks进行立柱三维模型建立,在此过
程中,三维模型中的一些细小特征,比如加工倒角二螺
纹孔二工艺凸台等会影响有限元网格模型的建立,因
此对这些不影响力学性能的特征进行了简化,进行简
化后的三维模型如图1所示三根据立柱的使用情况
选择其材料为HT300铸铁,通过查阅相关参考文献
可得出材料弹性模量为150GPa二泊松比为0.27二密
度为7400kg/m3[2]三
1.2 立柱有限元网格模型的建立
对简化后的立柱三维模型利用Simulation进行网格划分三在进行网格划分时,如果网格划分太细,
虽然会提高运算精度但也会加大运算时候的运算量,
因此,在对计算的精度不会有较大影响前提下选择合
适的网格单元大小就很重要[3]三笔者进行模型网格划分时,采用的网格单元大小12.96mm,经过网格划
分后,共有69419个节点,43337个单元,网格划分
后的模型如图2所示
三
图1 立柱三维模型 图2 立柱网格模型1.3 载荷的施加及边界约束
立柱的受力主要是机床切削加工时的切削力和
刀架的重力,其中切削力通过刀具及刀架传递给立
柱三通过已知的切削参数及查阅相关参考文献,可计
算出切削力三个方向的分力大小:切向力F z=2029 N,径向力F y=569N,轴向车削力F x=620N[4]三刀架的质量为396kg,由于机床切削力和刀架重心与立柱受力点之间存在一定距离,经过将切削力与刀架重力进行合成并经过施加远程载荷,可以模拟机床进行
四32四
四机械研究与应用四2015年第6期(第28卷,总第140期) 研究与分析
*收稿日期:2015-10-08
作者简介:苏宏志(1973-),男,陕西扶风人,副教授,硕士,主要从事数控加工技术方面教学二科研工作三
加工时的状态三
立柱通过螺钉与机床床鞍进行刚性连接,因此可以将立柱下面的六个自由度全部约束,对立柱进行约束并施加远程外力载荷后,得出立柱的受力示意如图
3所示三
1.4 计算结果
将各条件确定后,经过Simulation 模块进行运算分析,得到了立柱的应力二应变图解及总位移图解(见图4~6所示)三
图3 立柱施加载荷后的网格图 图4
应力图解
图5 应变图解 图6 位移图解
2 对运算结果分析及结构优化
2.1 受力分析
通过图4二5可以看出立柱左端的筋柱上受到的
应力及应变较大,最大应力为21.37N /mm 2,在设计中应该是结构优化的关键位置,而其他位置并没有出现较高的应力及应变三
2.2 位移分析通过图6可以看出,立柱最大变形位移出现在立柱左端的筋柱上部区域,最大变形位移为0.027mm,由于结构布局需要,立柱左端处布置有Y 轴电机,因此左端处留有较大空位,这就使得立柱局部变形位移较大三由于立柱是机床加工时受力关键部件,该局部变形会在一定程度上直接影响机床的加工精度,因此有必要对立柱进行结构优化设计三
2.3 结构优化
通过以上分析可知,立柱左端的筋柱区域是结构优化的重点,可以做有针对性结构加强三首先将立柱左端处筋壁的厚度进行了改进,由原来的20mm 增加为25mm,其次,在与Y 轴电机不发生干涉的前提下,将立柱左端的空位尺寸改小,提高此处的结构刚性三另外,在立柱受应力二应变较小的顶部设计了三个减重孔,改进后的立柱重量比原来的重量只增加了2kg三经过结构改进后的立柱再此利用Simulatiom 进
行有限元仿真和分析[5],其应力二应变图解及总位移图解如图7~9所示,从分析结果可知,优化后的立柱最大的变形位移由之前的0.027mm 减少到了0.009mm,而重量只增加了2kg三该机床装配完成,实际使用效果良好,加工精度和加工表面粗糙度都达到了设计要求
三
图7 应力图解 图8
应变图解
图9 位移图解
3 结 语
车铣复合加工中心凭借其高效率二高精度及较强的加工性能,越来越受到广大机床用户的青睐,因此,如何构思二设计车铣复合加工中心,已经成为机床企业工程师当下任务[6]三笔者利用Simulatiom 对车铣复合加工中心Y 轴立柱进行有限元仿真和分析过程,完成了对Y 轴立柱的优化设计,通过对机床的实际使用,证明优化后的Y 轴立柱很好的满足了机床的加工要求,实践证明利用有限元仿真和分析方法,能够缩短机床设计周期和提高设计效率三参考文献:
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成都:四川大学,2005.
四
42四研究与分析 2015年第6期(第28卷,总第140期)
四机械研究与应用四
毕业设计（论文） 文献综述 二○一二 年 题 目 车铣复合机床12工位刀架及部分控制电路设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机084 学 号 3080211115 学 生 雷旭阳 指导 教师 刘鸿雁
前言部分 前言 目前，世界上越来越多的复杂零件采用复合机床进行综合加工。经过搜索了大量的网络信息和查看大量有关机床资料，发现复合加工机床已成为机床发展的一个重要方向。复合加工技术是20世纪末兴起的一门先进制造技术。随着工业技术的蓬勃发展，复合机床应运而生。近年来，越来越多的复杂零件采用复合机床进行综合加工，它的种类也日渐繁多起来。复合加工机床最突出的优点是大大缩短零件的生产周期、提高零件的加工精度[1]。 为什么复合加工机床能使工件在一次装卡中完成大部分或全部加工工序呢？其归功于自动转位刀架，因此车铣复合车床刀架及部分控制电路设计也成为工业发展的一个重要方面。 为了提高生产率，压缩非切削时间，随着自动化技术的发展，机床的刀架也产生了许多变化，各种刀具的自动更换装置得到进一步的完善和提高，现代机床逐步发展成为在一台机床上只需要一次装夹即可完成多工序或全部工序的加工。特别是车铣复合机床上安装的刀架，采用电驱动，通过机械机构来完成刀架的松开，抬起，转位，定位和夹紧等动作，这类刀具自动更换装置通常有较大的刀具容量，能够快捷可靠地完成自动换刀，充分体现了它的加工的自动化和高效化。刀架自动化的发展对社会制造业有着至关重要的作用。
相关概念 1.1车铣复合加工的含义 车铣是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工, 使工件在形状精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面达到使用要求的一种先进切削加工方法。车铣复合加工不是单纯的将车削和铣削两种加工手段合并到一台机床上, 而是利用车铣合成运动来完成各类表面的加工, 是在当今数控技术得到较大发展的条件下产生的一种新的切削理论和切削技术 1.2复合加工机床的定义 国际上对复合化机床尚无明确定义，目前正处于创新发展之中[2，3]。复合加工又叫完全加工、多功能加工。早期曾将加工中心称为复合加工机床。但是随着复合加工技术的不断发展与进步，现在的复合加工机床与以前所称的复合加工机床有了本质上的区别。复合加工机床通过一次装夹零件完成多种加工工序，缩短了加工时间，提高了加工精度，因而受到用户的欢迎。数控车铣复合机床是复合加工机床的一种主要机型，通常是在数控车床上实现平面铣削、钻孑L攻丝、铣槽等铣削加工工序，具有车削、铣削以及镗削等复合功能，能够实现一次装夹、全部完上的加工理念[14]。 车铣复合加工机床的运动包括铣刀旋转、工件旋转、铣刀轴向进给和径向进给四个基本运动。
车铣复合机床厂家_车铣复合数控机床品牌大全 机床复合化是机床发展的重要方向之一。复合机床又包括车铣复合机床、车铣磨复合、铣磨复合、切削与3D打印复合、切削与超声振动复合、激光与冲压复合等多种多样的形式，复合的目的就是让一台机床具有多功能性，可一次装夹完成多任务，提高加工效率和加工精度。复合机床中，车铣复合机床最多见，也是使用最多的复合机床种类。那么目前进口车铣复合机床厂家，国外车铣复合数据机床品牌有哪些呢？国内有哪些车铣复合机床厂家呢？中国车铣复合数控机床品牌有哪些呢？ 国外车铣复合机床厂家品牌有哪些？ 车铣复合机床厂家——奥地利EMCO集团 奥地利EMCO公司是一家有着近60年历史的专业车床制造厂家，迄今为止全世界有超过100万台EMCO机床在为各行各业进行服务。EMCO公司总部坐落在奥地利的萨尔斯堡附近，现在的EMCO公司600多名员工的规模。EMCO公司生产的数控车床品种丰富，从简单的两轴数控车床直到拥有八根轴的数控车铣复合机床；从用于产品研究开发的双主轴车铣中心到用于大批量生产的四主轴双刀塔车铣中心；从最大加工直径仅为的小型车削中心到加工直径为的大型车削中心；从最大工件长度仅为的小型车床直到可加工长零件的大型卧车。 车铣复合机床厂家——德国埃马克集团 倒立式车床在埃马克诞生，和一般的卧式车床不一样的是倒立车通过主轴抓取工件，以一种革命性的方式颠覆了传统的自动化概念，特别适合高精度大批量生产的需要，一经推出便
受到以汽车零部件为代表的客户的青睐。经过30 年的不断发展，已由单纯的车床演变成可以具备车、钻、镗、铣、磨、滚齿和激光加工等众多工艺的复合机床。其优点是工件自动上下料，加工和节拍时间短，工件加工质量高，工序链短，工艺可靠，单件加工成本低。 德国奈尔斯—西蒙斯NILES-SIMMONS车铣复合加工中心 主要生产车铣复合加工中心、立卧式车削加工中心、车铣加工中心、立卧式铣削加工中心、汽车工业专机及生产线、不落轮车床、轮对故障自动诊断系统和全套的铁路车轴、车轮、轮对加工组装设备等。 车铣复合机床厂家——德国舒特schuette公司多主轴车铣加工中心 多主轴车铣加工中心的供应商。 车铣复合机床厂家——皮特卡纳基公司 皮特卡纳基公司成立于1922年，其产品有：立式车（铣）复合，龙门铣（加工中心），柔性制造系统等，广泛应用于能源（火/核/水/风电）、航空航天（发动机、火箭、涡轮机）、通用机械、矿山机械和轨道交通（高铁）等领域。 车铣复合机床厂家——西班牙BOST博士特公司机床介绍 致力于重型高精度机床的技术开发和制造和安装，包括立式车床、卧式车床、曲轴车铣复合等。 车铣复合机床厂家——意大利Famar双主轴倒立车生产线
毕业设计方案 题 计 目CXH500 数控车铣复合机床主传动系统设 学专院 业 机械工程学院 机械工程 二〇一七年月日
设计题目CXF500 数控车铣复合机床主传动系统设计 一、选题背景与意义 1. 选题背景及国内外研究现状 车铣复合机床在数控车床的基础上增加了主轴分度和动力刀架功能，可以实现曲面、端面车 削以及工件圆柱面的铣削、钻孔、攻丝等功能。1982 年，奥地利林茨机床公司（WFL ）开发出了全世界第一台车铣数控专用机床——WVC500S 车铣加工中心。经过近20 年的不断努力，车铣复合机床已经能实现车削、铣削、镗削、插齿及滚齿等多种加工。进入21 世纪以来，数控车铣复合机床发展非常迅速，不仅规格齐全，硬件功能完善，且软件功能也十分强大，如WFL 的M 系列和MAZAK 的E-H 系列等[1]。目前，先进的五轴车铣复合机床除了可以进行车、铣、钻、 镗、攻丝等加工外，还可以进行镗型腔、钻深孔、滚齿、铣叶片以及进行磨削加工和工件的在线 测量，实现各种误差补偿、刀具在线监控和适应控制等。国外的主流车铣复合机床呈现出了配有 仿真系统、多轴控制扩大机床加工能力及高速度、高精度、智能化的特点，其应用也由单机向系 统化、集成化和网络化的高层次发展。 我国数控车铣复合机床的研制工作起步比较晚，在2001 年由沈阳数控机床厂制造出我国第一台SSCKZ63-5 五轴车铣复合机床，该机床引进了德国玛斯廖拉公司（MAXMULLER ）的技术，达到了国际90 年代末的水平。现在通过国家相关的政策的支持，我们在车铣复合加工机床成功 取得多方面突破，例如：攻克了动力驱动单元，大直径大通孔的高速强力主轴，刀架，机床热平
复合加工机床 产品的加工过程链越长，生产周期就越难以控制。影响交货期的瓶颈常常在于机床辅助时间和工件在工序之间的滞留，所以减少工作场地的数目也就意味着缩短生产周期。 大量生产方式的特征是工序分散、按节拍组织流水生产，这是一种刚性的生产自动化。这种生产方式早已不适应今天的需要。20世纪70年代出现的加工中心以及80年代开始出现的柔性制造系统（FMS)标志着生产过程柔性化的开始。但是柔性制造系统并没有完全摆脱传统加工工艺的束缚，它由许多台加工中心加上高度自动化的物流输送系统组成，导致系统价格和维护成本昂贵，因而没有获得广泛的工业应用。取而代之的是90年代的五面体加工中心的发展，它基本实现了箱体零件的全部工序的加工，是现今复合加工机床的先导。 复合加工机床是以现代柔性自动化的数控机床为基础，以传统加工中心的“集中工序、一次装夹实现多工序复合加工”的理念为指导发展起来的新一类数控机床。当工件在其上装夹后，通过对加工所需工具（切削刀具或模具）的自动更换，便能自动地按数控程序依次进行同一工艺方法中的多个工序或不同工艺方法中的多个工序的加工，从而减少非加工时间，缩短加工周期，达到提高加工精度和加工效率的目的。因此，数控复合加工机床从其加工的复合性来分，可分为工序复合型和工艺复合型两大类。工序复合型如一般的锉一铣加工中心、车削中心、磨削中心等，在一台机床上只能完成同一工艺方法的多个工序加工；而工艺复合型则有车一铣复合中心、车一磨复合中心、
车削一激光加工中心等。 复合加工机床的定义及其具有的功能是随着时代的变化而变化的。过去的复合加工机床主要是指工序复合型的加工中心，但因工具交换和加工的品种受到限制，而且也走不出切削加工的领域，现在的复合加工机床主要是指工艺复合型的数控机床。同样，现在的复合加工机床不再被称为“复合加工机床”也为时不远了。 典型复合加工机床有： 1．车削为主型 回转体零件的复合加工一直是复合加工技术的研究热点。1979年，日立精机公司公开的“复合数控车床SLC"具有铣加工用的主轴和Y轴、ATC（自动工具交换装置）、车床主轴的分度功能等，在当时构筑了复合加工机床风格的先进产品。同一时期，山崎马扎克公司开发了称为“复合加工机床基础的带铣加工功能的CNC车床”，该公司于1983年开始销售成为现在的复合加工机床原型的带ATC装置的CNC 复合车床Slant turn 40ATC Milcentero 机床复合加工功能随控制轴数的增加而增加，除了应用较多的具有铣削功能的3轴控制 (X，Z， c）车削中心外，又推出了可钻削或铣削偏离工件中心之孔或槽的4轴控制（X， Y，Z， c）车削中心，而近几年开发的重点则是5轴控制(X， Y， Z， B， C）的车铣中心。 5轴控制的车铣中心，既增加了B轴（使刀架绕Y轴摆动）以钻斜孔和铣斜面，又能够对曲面进行多轴联动铣削，更重要的是对机床结构作了重大改进，它不使用转塔刀架而代之以大功率、高转速的电
情况说明 尊敬的海关： 我司，现在贵关申报 “韩国斗山数控卧式车削中心”，两台，型号分别为PUMA280LM 及LYNX220LMA 的进口报关手续，下面就该设备的基本情况向贵关作如下解释： 该设备是一款数控卧式车削中心，不同于传统数控车床，传统数控车床只能完成车削加工，即采用砖塔式刀库（简称刀塔）只能安装若干把车刀，且车刀安装面垂直于主轴方向，只能沿工件端面进给，其通常只有工件旋转轴Z 轴以及车刀进给轴X 轴，如下图所示： 而车削中心则是在传统车床的基础之上增加了部分简单的铣削功能，即能够对工件的端面以及圆周面进行一些钻孔、铣槽的简单加工，这种铣削功能是通过在刀塔上增加动力装置，并且安装几把铣刀来完成，加工时，卡盘带动工件旋转，刀塔转到相应位置的车刀位置，即可实现车削加工，而工件通过分度装置转到特定位置并固定之后，刀塔转到铣刀位置，动力头带动铣刀旋转，即可对工件进行铣削加工，这种铣削只能加工工件的端面或者圆周面，如钻孔，铣端面槽等。相比于传统的车床，其在X 轴、Z 轴基础之上增加了绕Z 轴旋转的C 轴（即动力头旋转轴） 。
如下图所示： 车铣复合加工中心是在车削中心基础上发展起来的，相当于1台车削中心和1台加工中心的复合。可以在1台车铣复合中心上，经过一次装夹，完成全部车、铣、钻、镗、攻丝等加工，其工艺范围之广和能力之强，是世界范围内最先进的机械加工设备之一。其至少具有五个控制轴，即在传统加工中心的XYZ 三个平面轴的基础上，增加了BC 两个轴，它的铣削功能由自带的铣头来完成，车削则是通过装在刀塔上的车刀来完成，相比于车削中心，主要差别在于其铣头独立于刀塔，且既可以沿Z 轴旋转进给，也可以沿X 轴进给，既可以加工工件端面，也可以加工工件圆周面。 结 合我司此次进口的PUMA280LM 及LYNX220LMA 两个个型号
万方数据
２０１０年第１ｌ期?工艺与装备? 床的ｘ、ｙ、ｚ三个坐标的丝杠制成中心通孔，通人冷 却水，并对冷却水实施温度控制，使其在额定的温升 范围内变化。中空丝杠冷却技术可以降低丝杠在切 削受力变形及快速移动过程中的热变形，保证机床 处于高精度运转状态。同时配合使用高精度闭环控 制光栅尺，进一步提高了定位精度。 ２．３双边重心驱动技术 该系列立式车铣复合加工中心的ｙ轴为双驱动 结构，ｚ轴为单驱动结构。相对于ｙ轴而言ｚ轴滑 板质量较小且驱动力作用在中心位置，因此运动较 平稳；而在运动过程中ｌ，轴需承载ｚ轴的重量，故其 重心随Ｚ轴的运动而不断地变化；若Ｙ轴为单驱动 结构，在驱动力的作用下将会产生俯仰力矩和偏转 １．１，轴直线导轨２．立柱３．Ａ轴刀架滑板装置４．Ａ轴车铣７Ｊ塔力矩，在这两个力矩作用下，滑板在运动过程中将会５－中空滚珠丝杠副６?机内螺旋排屑装置７．【ⅡＪ转工作台８?ｘ轴转出现不可预知的变形和振动。为了减小这种不确定台底座９?底座 的振动对加Ｔ的影响，基于重心驱动理论，采取了双 图１立式车铣复合，Ｊｎ３－中心的总体结构图 边驱动结构（图４）。双边驱动的特点是在立柱的两 ２关键技术侧对称施加驱动力，以便尽可能地减少驱动力臂产２．１轻量化设计生的影响。应用双边重心驱动技术，提高了机床运为达到立式车铣复合加工中心高速移动部件的速动鬯速度黧塑速度：篓短了加！时间，擎善了毒募加度和加速度，并兼顾系统的高刚度和轻质量要求，对体 工质量和轮廓加工精度，延长了刀具的使用寿命心１。积大、驱动要求高的运动部件一立柱单元，以结构强度、 刚度、固有频率等为约束，进行有限元分析及拓扑优化 设计（见图２，图３），使结构在满足高刚度要求的前提 下尽可能减轻移动的重量，以便减轻电机、液压系统、 丝杠、滑台等驱动部件的功率、强度要求。优化设计后 的立柱变形量减少２０％，重量减少２２０Ｋｇ。 图２立柱有限元分析结果 图３立柱拓扑优化前后的内部结构图 ２．２滚珠丝杠中空冷却技术 在直线驱动轴上采用循环冷却技术的中空滚珠丝杠，使丝杠温升得到有效控制。基本原理是将机 图４Ｙ轴双边重心驱动结构 ２．４双功能车铣转台 工作台采用力矩电机直接驱动的双功能车铣转台，这种转台可以连续回转、实现立式车削功能，也可实现分度定位、铣削插补等功能。力矩电机直接驱动负载，省去了减速传动齿轮，把机床进给传动链的长度缩短为零，使其具有扭矩大、旋转平稳、转速高、效率高、结构简单、可靠性高等特点。由于直驱力矩电动机本身就是高发热元件，如果散热不好，极易形成热量累积，导致自身和关联部件的温升，引起机床的热变形。因此必须设计出高效的冷却系统将热量及时导出，否则将直接影响机床的加工精度、电机推力，甚至会烧毁电机。车铣转台的另一热源产生于轴承和电机转子的高速旋转。根据发热源和部件的热敏感性，在定子和转台本体之间设置了水冷循环系统，并在轴承附近安装了温度传感器，即可保持电机长时间工作温度变化小，从而保证转台的大 力矩和高精度。万方数据
Session 44 构建一个二轴运动的车铣中心 在这一课中演示怎样定义一个 VERICUT 二轴运动的车铣中心。通过这课演示定义有刀塔和多种刀具 加载的机床的应用。课文中集中在定义部件和模型来构建一个功能型的机床。极少的考虑部件显示的性质。 图 106.1 所示例子被定义的数控机床刀具。图中确定机床坐标（XcYcZc axes)，运动坐标系和主要部件。使用 Fanuc 15T 车床控制系统。一个倾斜 45o的卧式车床；因此 X 轴有 45o的斜度。塔盘上有 12 个指针位 置。样板程序将使用三把刀具。构建好二轴车床以后并且配置一个合适的项目文件，VERICUT 将配置好以 后再通过数控程序仿真机床运动。 图 106.1 所示，XcYcZc 坐标系表示机床零点坐标系统。图示机床位置在 X460 Z520。 图 106.1 车铣中心 步骤： 1．建立一个公制的项目文件。 运行 VERICUT 应用程序。 223
选择File> New Project > Millimeter 菜单按钮。 2．在 Machine/Cut Stock 视图中显示坐标系。 在图形区，右击，从系统弹出的快捷菜单中选择View Type> Machine/Cut Stock 菜单命令。 在图形区，右击，从系统弹出的快捷菜单中选择Display Axes > Component 菜单命令。 重复操作显示 Model 坐标系。 重复操作显示 Driven Point Zero 坐标系。 在图形区，右击，选择View > H-ISO 菜单命令。 3．打开 Fanuc 15T 为车床配置系统控制文件。 Project，从系统弹出的右键快捷菜单中选择Expand All Children 在 Project tree（项目树）中，右击 菜单命令。 在 Project tree（项目树）中，右击Control，从系统弹出的右键快捷菜单中选择Open 菜单命令。 在 Shortcut 下拉列表框中选择 Library 选项。 在文件列表框中选择文件 fan15t_t.ctl。 单击 Open 按钮，图 106.2 所示。 图 106.2 配置控制系统 接下来步骤定义部件从"Base" to "Tool"。 在机床的刀具侧部件：Base > Z > X> Tool。 4．显示部件树。 )，系统弹出 Component Tree 窗口，如图 106.3在主菜单中，选择Configuration > Component Tree ( Or 所示。 224
摘要 复合机床己成为机床产品发展趋势之一，作为机床中占有相当比重的车床与铣床如果 能够结合起来，无疑将大大提高机床的加工范围和工作效率，提高加工精度等等。自上个世纪车铣复合加工机床诞生以来，这类机床得到了飞速的发展并得到了广泛的应用。 本文设计了一种通用型数控五轴联动车铣复合加工机床，并完成了对XYZ进给系统的PRO-E三维建模。 机床车削主轴采用主轴电机直联联轴器的方式，通过一级变速驱动主轴。铣削主轴采用电主轴直接驱动使其具有较强的铣削加工能力和很好的可控制性。它的铣削部分可实现X、Y、Z三个方向直线进给以及A、C两个摆角转动的联动，同时铣削电主轴采用HSK-A63刀柄自动装夹系统，从而既可以装夹车刀进行车削，也可以装夹铣刀进行铣削。X，Y进给系统采用直线电机进给，Z轴进给采用滚珠丝杠。A、C双摆铣头采用内装力矩电机驱动。 关键词数控；车铣复合机床；五轴联动
Multiple machine tools have been becoming a tendency. As the two important kinds of Machine tool，if the turning machine and the milling machine can be joined, it must be helpful for a machine tool to broaden the range of work., raise the availability , improve the working accuracy, and so on. This paper designed a universal NC Five-axis turn-mill machine tools, And completed the machine PRO-E 3D modeling. Turning Spindle of the machine tool use a spindle motor to drive the belt directly. Because the turning spindle is also a C-axis with precision, it can provide an accurate angle for milling. The milling principal axis is an electricity principal axis，so it has stronger milling process capability and good controllability. Its milling system can carry out X, Y and Z three directions of allied move, the milling principal axis can also carry out to move with uniting of milling principal axis at the same time. thus the machine has more complicated process capability out of the simple turning and milling . The carry system adopts servo dynamo to directly drive silk Gang. In this way it wipe - out the c hange of the drive compares’ impact to the accuracy. Keywords NC; turn-mill machine; Five-axis
卧式车铣复合加工机床总体结构及铣削动力头设计 专业：机械设计制造及其自动化机电一体化学号：姓名：魏明 指导教师：刘洪芹讲师王宝明副教授 中文摘要 本次设计的题目是“卧式车铣复合加工机床总体结构及铣削动力头设计”，包括总体方案的比较与制定、铣削动力头部件设计、铣削动力头关键零部件设计、控制电路设计、相关机械部件的校核设计等。其中铣削动力头部件及其零部件的设计是核心内容，主要包括：变频调速电动机的选择、同步带的选择及设计、轴承的选择及计算、各零部件的工程图的绘制。 关键词：卧式车铣复合加工机床;铣削动力头;变频调速电机;轴承;同步带 Abstract The project topic is "The design of Horizontal lathe milling machine tool ’s over all stru- cture and Milling power head", including the comparison with the overall pr- ogram develop- ment, the design of Milling power head, the design of the important p -arts of Milling power head , control circuit design, mechanical components related to checking design. One the Milling power head and the design of key parts is the co-
数控车铣复合加工机床 达到和保持机床最大的加工灵活性，通常被认为是成功的机械加工厂所采用的一种战略，以便使其能够保持领先的地位。对于坐落在加利福尼亚州森林湖地区的美国Optisurgical眼科仪器制造商来说自然也不例外。当产业变化迫使该公司不得不将其生产重点转移到较低批量的加工生产时，其生产格局发生了变化，将主要精力集中在小批量工件的生产上，他们卖掉了车间中原有的多轴螺纹加工机床，并寻求一种新的、灵活的加工工艺，来取代其现有的多机加工工艺。为此，该公司从DMG公司引进了CTX 310 ECO V3型车铣复合加工机床，该机床配有活动的刀具和C轴，可使该加工车间能够以更少的人工进行操作，同时可在无灯光作业的环境下，提高生产效率和零件的加工质量。 Optisurgical公司创建于1992年，尽管它也利用其多余的生产能力为各个行业提供合同加工服务，但其主要业务集中在白内障外科手术设备的生产上。例如眼球晶状体乳化仪的元件和附件，眼科医生就是用这种仪器来清除病人眼睛中的白内障。再例如有一种称作超声乳化头的元件，实际上它是一枚由钛合金制成的小针，可从一个外科手术的微型切口插入到眼睛之中。超声乳化头以每秒20000～40000次的超声波频率振动，逐渐地对白内障进行乳化。经过乳化以后的白内障乳化液，通过乳化头中的一个小孔被吸出。 除了日常的生产工作之外，该公司还重点参与眼科手术器械的零配件维修服务。这些手术器械中的很多内部零件都是由这家OEM原始
设备制造商专门生产的，因为其更换件不可能从货架上现买现取。为了能够有效地大批量加工这类元件，该加工车间投资购置了一台多轴螺纹加工机床。然而在几年之内，公司在加工生产这类零件的产量方面出现了急剧下降的现象，螺纹加工机床已不能满足实际需要。该公司的工程部主任Tate Parham先生这样解释说：“那时候，我们所提供服务的某些产品已失去了市场，生产这类装置的主要公司不再制造或支持这类零件的生产了。” 当螺纹加工机床处于闲置状态时，该加工车间开始越来越多地采用其传统的车床和铣床。在经过车削加工操作以后，眼科手术器械的元件被转移到一台铣床上进行加工，例如扳手平面和十字交叉孔的加工。这种工艺远远达不到理想的要求—将工件从一台机床转移到另一台机床是一项劳动密集型的高成本工作，同时，工件的多次装卡又会增加其误差积累。而且，以前在螺纹加工机床上所做的转移工作会造成铣床和车床上的加工瓶颈问题，因为该车间既需要使用这些机床加工样机，又要承担越来越多的加工业务。 “我所需要的是提高生产效率或增加生产能力，但我不想再增购另一台车床，而工件仍然在铣床和车床之间转移加工，”Parham先生说，“我希望有一台带有Y轴甚至带有副轴的加工中心，但这比我所需要的更为复杂。我认为只需要添加一个带有活动刀具的铣削加工步骤就足够了，这样就能够使工件从机床出来之前，对其进行十字交叉孔、轴键、沟槽和其他项目的铣削加工。” 有了这种想法以后，该公司决定将其螺纹加工机床处理出售，并开始对购置各种型号的车铣床进行评估。除了要求能够在一个平台上
高端车铣复合加工中心的应用 复合加工作为机械加工的发展方向之一，也是数控设备发展的一个主要方向。在多种复合加工的领域上，车铣复合加工是目前发展最完善的一个领域。在国内外的各种展会上，我们可以看到很多机床厂家纷纷推出此类设备，作为高端设备的展示内容。 车铣复合加工设备的价格往往比较昂贵，很多企业在做设备选型时，经常将此类设备当成专用机床来看待，但是并没有赋予设备更多的使用范畴，往往是按照某个零件的工艺需求来制定设备采购计划，在选择设备类型前，首先考虑因设备折旧而造成的单件成本增加是否在允许的范围之内，从而决定是否采购此类设备，很多的车铣复合加工设备都是在这种形势下被引进。之所以有此现象，原因是在于人们对于此类设备的应用不够了解，除了担心日常维护的成本之外，对加工程序的编制也摸不着头绪，所以人们更愿意选择购买一台五轴联动加工中心和一台数控车。此外，从理论上讲车铣复合加工可以有效地提高产品质量和生产效率，但是在实际应用中，却并不能尽如人意，其中的主要因素在于加工程序的编制。 这里我们从如何提高设备的使用效率和扩展应用领域这两个角度来探索一下如何编制车铣复合加工中心的加工程序。 首先我们来看一下如何提高双刀架车铣中心的使用效率。在加工过程中，可以通过双刀架的同步操作来完成零件的多个工序加工。同一个工件由于有多种加工工序，利用计算机辅助加工软件完成零件编程的同时，可以通过工序的优化，在加工条件允许的前提下，尽量使两个刀架同时处于工作状态，无疑可以有效的缩短加工时间。下面是三个例子，通过这三个例子我们可以看到加工的效果。
可以通过上下刀架的同步设置，来更快地去除余量，粗车外形的同时，也完成了内孔的粗镗加工. 通过上下刀架的同步设置，完成一系列孔的加工，不仅提高了加工的效率，同时还可以通过钻孔轴向力的相互抵消来减少工件变形的影响。 可以通过上下刀架的同步设置，一次完成两段外形的加工。 双刀塔的设备都具有双通道的控制系统，上下刀架可单独控制，同步加工可以通过代码中的同步语句来实现。例如，在下面的代码中，M10和M15就是同步语句，同步语句的语法要求根据控制机的要求制定，同步语句的数量根据同步加工内容决定。同步语句之间的内容即为同步加工的内容。
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基于MasterCAM的车铣复合加工技术 关键词：MasterCAM，车削中心 山西晋城职业技术学院 一引言 Mastercam是美国CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件，硬件配置要求低，操作便捷，功能强大，具有从零件的造型，到刀路生成和后处理功能。是学习数控的首选软件。当今，加工零件趋向复杂，零件精度越来越高，数控加工轴数越来越多，手工编程已经不能满足现代加工的要求，采用CAM的软件编程，已成为现代数控加工提高编程效率和解决复杂零件加工的有效手段。 Mastercam的Lathe模块，在刀具路径中不仅有各种车削加工，并集成有C轴轮廓和曲面加工，C轴加工，解决了很多手工无法编写和宏程序也解决不了的加工程序问题。 二车铣复合加工的实例 1 关于车铣复合加工 复合加工是加工方式发展的一个重要方向，最常见的是车铣复合加工，在理论上它可以节省很多的工艺准备时间和简化工艺流程，是提高产品质量和生产效率的有效手段。下图是一个车铣复合加工的范例零件，传统工艺是车加工完成后，再转到铣床进行铣加工，如果在车铣复合设备上完成这个零件的加工，无论从效率还是质量上都是最佳的选择。 车削中心设备是在数控车床上基础上增加动力刀头，同时车床的主轴能转换成C 轴，以便通过车床的XZ轴和C轴联动插补完成铣削加工，传统工艺由于车铣工序
的重复装夹导致加工误差，车铣复合加工因为不需要转到铣床加工，这样大大缩短了生产过程，工件越复杂，它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显，由于零件在整个加工过程中只有一次装卡即可完成所有工序，零件加工精度更容易包证。车铣复合机床的发展，也对CAM软件提出了更多的要求，复杂的车铣复合设备用传统的手工编程是很难实现的，并且效率很低。 因数控车床编程比较简单，本文重点介绍车铣复合加工中的铣加工编程，车削中心设备的铣加工编程和数控加工中心的编程有很多不同，首先介绍2个基本概念：端面曲线轮廓(Face contour)和柱面曲线轮廓（Cross contour）。 端面曲线轮廓(Face contour)：即轴类零件端面的任意曲线轮廓（如下图所示） 柱面曲线轮廓（Cross contour）：即轴类零件圆柱面上的任意曲线轮廓（如下图所示）
车铣复合加工中心现状水平和发展趋势 车铣复合加工中心是将车削中心和加工中心的加工特点集于一台机床之上，一次装夹进行多工序完全加工。有立、卧两种形式；加 工特点分为：1）以车削为主，如：台湾崴立的VTC1600、杭州友佳的HT30sy；2）以铣削为主，如：沈阳一机的HTM40100h、齐重 数控的HDVTM160和大连机床的VHT800。以铣削为主的铣车复合加工中心均为多轴五联动机床。 现状水平： 我国在2001年由沈阳数控机床厂制造出我国第一台SSCKZ63-5五轴车铣复合加工中心，该机床引进了德国玛斯廖拉公司 （MAXMULLER）的技术，当时达到了国际90年代末的水平，虽起步晚，起点还是较高的。现在国内已有多家生产厂商可生产车铣复 合加工机床，在CCMT2012展会上就有十多家参展，但技术较为领先的几台展品和所采用的关键功能部件，如：数控系统、直驱双摆 铣头和直驱双轴回转台等均为国家重大科技专项攻关产品，还有待进一步商品化和产业化。 由于我们的整体技术基础不太坚实，和国外技术相比缺少数十年的经验积累，加之加工手段和工艺性比较薄弱，整体车铣复合加 工技术和欧洲和日本相比还有不小的差距。目前国际上最先进的车铣技术仍掌握在 MAZAK,OKUMAMORISEIKE,DMG和WFL等一流的 机床生产商手中，高端五轴车铣复合加工机床的市场份额也基本被这些企业垄断，国内这些高端设备的用户仍信赖欧洲或日本的产品 。 发展趋势： 车铣复合加工技术的先进理念就是提高产品质量和缩短产品制造周期，是一种集成了现代先进控制技术、精密测量技术和 CAD/CAM应用技术的先进机械加工技术。该技术提供了一种完善的加工解决方法：一次装夹可实现零件多个表面或复杂形面的加工， 大大简化了工件装夹和刀具系统的复杂性，减少了夹具和非生产时间。它不仅能够满足用户在提高生产效率，保证加工精度，减少零 件传送和库存，减少占地面积等方面的需求，也符合现代社会的节能减排要求，其工艺范围之广和能力之强，已成为当今复合加工机 床的佼佼者，是当前世界范围内最先进的机械加工设备之一。 航空航天、军工、船舶产品的制造领域一直是先进制造技术发挥作用的重要舞台，车铣复合加工技术在这些领域的应用具有很大 的优势，特别是对一些形状复杂的异形零件的加工优势更为凸显。随着航空航天、军工、船舶领域产品的更新换代速度日益加快，工 序分散的加工设备将会被工序集中的柔性、自动化设备所取代，这为车铣复合加工中心提供了更为广阔的发展和应用空间。
Numerical control technology and equiping development trend Equip the engineering level , level of determining the whole national economy of the modernized degree and modernized degree of industry, numerical control technology is it develop new developing new high-tech industry and most advanced industry to equip (such as information technology and his industry, biotechnology and his industry, aviation , spaceflight,etc. national defense industry industry) last technology and getting more basic most equipment.Marx has ever said " the differences of different economic times, do not lie in what is produced , and lie in how to produce, produce with some means of labor ". Manufacturing technology and equiping the most basic means of production that are that the mankind produced the activity, and numerical control technology is nowadays advanced manufacturing technology and equips the most central technology. Nowadays the manufacturing industry all around the world adopts numerical control technology extensively, in order to improve manufacturing capacity and level, improve the adaptive capacity and competitive power to the changeable market of the trends . In addition every industrially developed country in the world also classifies the technology and numerical control equipment of numerical control as the strategic materials of the country, not merely take the great measure to develop one's own numerical control technology and industry, and implement blockading and restrictive policy to our country in view of " high-grade, precision and advanced key technology of numerical control " and equiping.In a word, develop the advanced manufacturing technology taking numerical control technology as the core and already become every world developed country and accelerate economic development in a more cost-effective manner, important way to improve the overall national strength and national position. Numerical control technology is the technology controlled to mechanical movement and working course with digital information, integrated products of electromechanics that the numerical control equipment is the new technology
车铣复合加工机床 车铣复合加上中心是以车为主，铣、镗、钻和攻丝等为辅的五轴联动机床，至少有3个线性伺服轴和2个回转伺服轴，即X/Y／Z轴和B/C轴。车铣复合加中心可在工件一次装夹中完成全部或者大部分工序。 1国内外差距 国外的车铣复合加上中心已经发展到比较成熟的阶段，很多新技术（如直线电动机、力矩电动机、内置式电动机和内置电动机的动力刀塔等技术）已经成功应用到车铣复合加工中心上，而且多数实现了模块化设计，能够根据市场需要及时“组装”出相应的机床。国内的车铣复合加工中心起步较晚，对一些关键技术（如力矩电动机驱动的B轴、内置式电动机的车削主轴、内置式电动机的刀具动力主轴、大扭矩的机械式刀具动力主轴和单伺服动力塔等技术）虽然已经开始有所应用，但是至今没有取得突破性进展。与国外的车铣复合加工中心相比，国内的水平差距还很大，主要表现在以下几个方面： (1) 机床性能指标偏低机床各轴加速度、快程速度、主轴功率、扭矩、定位精度、重复定位精度等参数普通较国外厂家低，国内车铣复合加工中心的整体水平与国外的同类产品还不在一个档次上，尤其是二WFL，DMG、Mazak 和Mori Seiki等厂家相比。 (2) 可靠性有待提高国产车铣复合加工中心故障率较高，是用户反映最强烈的问题之一。尤其是前期故障占很大部分，一般用户使用半年以后才能正常运行，影响了用户初期投资的回收速度。 (3) 产品系列需要完善在机床规格上，国内的新产品开发、缩短交货期、降低制造成本、满足用个性化需求和扩大市场份额，也一定会有帮助。因此，我国机床行业也应该尽快重视并推行机床的模块化设问题。 车铣复合加工中心基本上都是单一的产品规格，缺少完整的产品型谱，不能满足市场的需要。只有沈阳机床的HTM系列（原SSCKZ系列）有较全的产品规格，可以满足用户不同规格的需求。在车铣复合加工中上，国外的知名机床厂家均巳形成有自己特点的一系列产品，比如Mori Seiki的NT系列、DMG的GM×Linear系列、Mazak的Integrex 系列和WFL的M系列等。 （4）软件功能不足在软件功能上，国外知名厂家的车铣复合加工中心具备在线检测功能、刀具在线实时监控及适应控制功能、刀具寿命管理，自动对刀功能、温度补偿功能和强大的CAD／CAM自动编程功能等。而国产的车铣复合加工中心的软件功能很有限，般仅具有刀具在线检测功能、自动对刀功能和CAD／CAM自动编程功能。 (5) 外观设计、制造水平有待改进国外的车铣复合加工中心的外观设计同时兼顾功能、结构、工艺的合理性和经济性，实现产品内在质量和外在质量的统一，而国内的车铣复合加工中心在此方面则存在明显不足。 2 Y轴实现形式○1传统插补Y轴○2传统垂直Y轴 ○3“箱中箱”式垂直Y轴此类机床为平床身和“箱中箱”式结构，八角滑枕前、后移动实现Y轴功能，X/Y/Z 三轴正交（如图3所示）。该类结构机床是Mori Seiki在2005年开发的新款车铣复合加工中心其上应用了很多新技术并取得了专利。如DCG（重心驱动）、DDM（直接驱动式马达的力矩电动机）、ORC（八角型滑枕）和BMT（内置电动机的刀塔）等技术。该结构机床的Y轴行程可以比较长，比如Mori Seiki的NT4300，其Y轴行程可达420 mm，此上述曲种结构的同等规格机床的Y轴行程大1/3'1／2左右，铣剖能力加强。Mori Seiki正是看中了此优点，而放弃了其原有的MT系列车铣复合加工中心（属于传统插 补Y轴），全部转向“箱中箱”式垂直Y轴结构的车铣复合加工中心。此类结构的代表 是Mori Seiki的NT系列和大连光洋的KDW 4200FH机床。 ○4动立柱式垂直Y轴该结构机床采用平床身（或梯形床身），通过立柱移动带动 刀具动力主轴等部件移动，刀具主轴上、下移动实现Y轴功能，X/Y／Z三轴正交，可 实现大直径加工。