用于曲轴加工的重型五轴车铣复合机床研究

来源 :内燃机与配件 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gfdsa008
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:近些年来,一些大型零部件在生产加工当中经常存在着加工难的问题,而且一些零件很难实现有效车铣复合加工融合,而本文则针对曲轴加工的相关工艺展开分析,同时提出HTM125系列车床的相关结构介绍。希望本文的论述,能够为国产机床实现进一步良好发展,提升国内自主品牌效应,提供一些帮助和借鉴。
  关键词:曲轴;加工;重型五轴车铣复合机床
   中图分类号:TG502.31                                   文献标识码:A                                文章编号:1674-957X(2021)16-0085-03
  0  引言
  近些年来,伴随着我国大型工程项目不断发展,我国许多大型工程项目的零部件急需要进行生产和加工[1]。这些大型工程项目包含水利工程、船舶建造、矿山机电工程等等。而且一部分大型零部件,存在着国内加工难的问题。由此就导致在某种程度上,需要完全依赖进口或者进口设备加工的不良情况。由此就需要国内的相关机床厂家,不断地针对此类零部件设计出更加适宜的加工设备。这些大型零部件的特点主要表现为尺寸较大、重量较大、加工工序繁多、加工过程漫长。而且在加工过程当中,需要采用多台设备、多道工序才能加工完成。在加工过程当中,还需要应用多种类的刀具,并配合粗加工精加工车床和铣床才能够完成[2]。由此不难看出,此类加工零件明显存在着加工效率低、依赖进口设备的不良情况,国外相对于车铣复合中心的研发、使用时间较早,在此方面拥有着十分成熟的开发技术和加工工艺。譬如奥地利的WFL公司德国的尼尔森公司,在车系复合加工中心的研发设计、装配和加工等方面都是处于国际的领先地位[3]。车铣复合加工中心通常配偶单一的旋转刀架、旋转刀具和车削刀具,并且全身动力轴较长、刚性相对不高。而本文则针对此类零件的加工问题进行了探究,同时提出由我厂所自主研发、生产的重型五轴车铣复合机床,并围绕此机床展开全面的探究。
  1  大型零件加工工艺分析
  1.1 典型零件
  本文首先结合船舶零部件的曲轴和轧辊为例(见图1和图2),此类原材料零件多数是铸铁或者锻钢。毛坯余量一般在20毫米到30毫米之间,并且毛坯不够均匀、存在着相对较高的硬度、外形的表现多数是长轴,表现多处有曲柄。曲柄的回转轴明显存在着和主轴径不同心的情况,并且曲柄围绕主轴径存在着较大的回转直径,曲柄轮廓在多个部位表现为不同心的圆弧。曲轴两端其有孔相对较深,曲柄上其斜油孔相对角度不够规则,因此需要使用重型五轴车铣复合机床,来完成此类零部件的相关加工。
  1.2 未采用重型五轴车铣复合机床前曲轴加工工艺
  我国国内某零件加工企业加工上述曲轴类零部件,所使用的加工工艺是由多道工序、多种设备协同配合来完成的。首先,使用镗床将中心孔进行打出,并对两端的断面进行找平。然后将此零件转移到双头主轴车床上,进行出粗车和精车,主要车削部位为主轴径和曲柄外侧。之后对两主轴箱上,专用夹具来进行相关调整,让连杆颈转移到主轴的回转直径方向上。之后开展工件定位、工件找正夹紧工件,并对连杆径和曲柄内侧进行粗加工,以及精加工;之后将零部件移至铣床上。对于零件进行粗铣和精铣;最后,再将工件放置于钻床之上,对于斜油孔、两端深孔,进行钻削加工。
  此种工艺加工方案是建立在普通机床架构之上,来加工完成的。其最大的缺点是工作效率十分低下、消耗掉大量的工时,以及大量的人力。而且在加工过程当中,对于夹具的精度要求相对較高,如果多道工序之中存在某一道工序的偏差,那么就会对工件的整体加工精度产生不良影响。
  1.3 采用进口卧式车铣复合加工中心曲轴加工工艺
  近些年来,伴随着我国船舶行业的良好发展,曲轴在全部行业当中得到了有效的应用。所以,曲轴的加工精度,以及需求量也在呈现出逐年上升的态势。而在曲轴加工领域之中,奥地利的WFL公司,德国的尼尔森公司都是处于国际领先地位。而为了实现避免对进口过度的依赖,必须要不断的钻研国产化的曲轴重型五轴复合车铣加工机床的相关研究。此类机床,其要实现对曲轴的半加工和静加工,要尽量实现一次性的装卡。而伴随着曲轴的应用需求不断增多,国内的相关机床制造商也在不断的钻研探索,并且推出了更加优质的、具有自主知识产权的大型五轴车铣复合机床,而本文则针对HTM 125系列重型五轴车铣复合机床,进行了探究。
  2  重型五轴车铣复合机床技术
  2.1 总体布局
  HTM125系列重型五轴车铣复合机床的总体布局,详见图3所示,整体上其结构分为以下几个方面,分别是其床身为斜床身、两侧装配由左侧主轴箱和右侧主轴箱、立柱为侧挂式单立柱、在两侧的挂箱上分别设有双刀架的机构、刀架的进刀方向为重力方向,并配有刀具检测刀库管理、水冷装置、恒温冷却装置、排屑装置、电气保护装置和防护装置,所使用的系统是西门子840D系统。
  设备的控制轴为(X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2、 B1、 B2、Cf1、Cf2)轴,可以实现五轴任意方向联动,两侧有双主轴,主要是实现双主轴CF f轴同步功能,并配有中心架和第二主轴,可以沿着Z轴方向进行自主控制的移动[4]。车铣复合其加工功能,主要是实现重载刀具镗削和深孔加工,并配有高压内冷却、检测机构,检测方面可以实现在线的刀具检测管理。
  2.2 与国外同规格机床技术参数对比   对比奥地利WFL的M120机床,本系列HTM125机床相对于功率扭矩承载能力等方面,存在着十分突出的优点。而且此机床的生产突破了国外对于曲轴相关加工的技术封锁,实现了有效的技术突破。车铣复合加工中心其有刀架大直径刀盘的配置,可以在一台机床上连续实现粗、精加工的有效完成,进一步收获了高效率、高精度的加工情况。左侧刀架可以与车床C轴实现五轴联合插补移动。而具体的与国外同规格机床参数对比,详见表1所示。
  3  设备的技术创新
  3.1 各轴导轨、丝杠、齿条布置结构
  在导轨、丝杠、齿条布置结构的技术创新方面,导轨实现了与水平面从低角度的结构,具体倾斜角度为30度。床身平面采用磨削加工,进一步保证不会出现屑死角。床身后里面装配斜齿齿条,主要作用是用于帮助立柱实现纵向的移动,齿条下部装配有光栅尺,光栅尺生产厂家为德国海德汉,进一步实现立柱在纵向移动,形成了闭环的控制。床身全长支撑在多个可调垫铁上,保证其拥有更加理想的高刚性,更加适合曲轴的重载加工。立柱所采用的结构是侧挂式,上面配有辅助导轨。Z轴使用的驱动机构为主从驱动机构,可以通过减速器对于齿轮轴进行直接的传动。帮助其在齿条上形成良好的运动。立柱左右两侧配有双驱动机构,双驱动机构主要作用。可以保证进给机构在X轴上良好的位移 移动。立柱左刀架装配有双光栅尺,生产厂家也为德国海德汉。光栅尺的作用主要是对X1轴方向移动位移进行检测,对于运动实现有效的差补,具体导轨、丝杠、齿条布置结构,详见图4所示。
  3.2 左右主轴箱
  主轴箱润滑采用恒温油润滑,主轴前支撑外部配有油冷却循环装置,可靠的控制了主轴的温升。机床主轴轴承选用进口的高精度轴承,两支承结构,不仅使其具有足够的刚度,加工、装配工艺性也好。主轴前端装有液压刹车装置,将主轴与箱体之间实现近于刚性连接,提供必要的铣削制动扭矩。左右主轴箱如图5所示。
  C轴进给采用1FT6交流伺服电机驱动,经无间隙减速箱降速后,在油缸的摆动下,带动安装在减速箱上的小齿轮与此大直齿轮啮合,使主轴获得合理的铣削扭矩。主轴后端安装有海德汉角度编码器,实现与其它轴的联动。右主轴箱可沿床身上的齿条移动,液压锁紧,配有液压驱动的可伸缩顶尖。左主轴箱有Z向固定和可移动两种。
  3.3 左侧进给机构
  左侧进给机构配备旋转刀具和车削刀具的安装位置,其中旋转刀具可以进行铣削、钻削和攻丝;车削刀具可以进行外圆和内孔等部位的车削加工,可选配通过转位油缸实现刀具180°转位,无需换刀即可对工件的另一侧面进行加工的模块;B轴可在-90~+90°范围内旋转,并配有2.5°位置齿盘锁紧和任意位置液压锁紧机构。同时在该进给机构上可以选配加长刀杆,用于特殊部位加工。
  左侧进给机构采用内置式技术,西门子电主轴配双速减速机,向刀具主轴提供了2400Nm的动力、3150rpm转速。用于安装电主轴和减速机的箱体孔为多阶梯深孔形式,机加难度大,采用灌胶工艺有效的解决了这一难题。
  3.4 右侧进给机构
  右侧进给机构为滑枕结构,78kW的主轴电机经齿型带及自制双速减速箱的减速后,可提供12000Nm的输出扭矩。滑枕在Y2轴方向的运动通过安装在右侧滑板上的伺服电机、减速机带动滚珠丝杠实现的;定点铣削时,采用多个油缸锁紧Y2轴,避免丝杠受力,保证机床的精度;刀具可沿Y2轴进行旋转,两个工作位置可保证一次装卡下对曲轴两端的连杆颈的加工时,不与两端的卡盘发生干涉。右侧进给机构详见图6所示。
  3.5 刀库结构介绍
  本机床配有换刀机械手、刀库。刀库位于立柱左侧面,由立柱带动,落于床身导轨上。为左侧进给机构提供刀具。另可选配第二刀库,该刀库位于左主轴箱上方,五个刀位,自制V型定位块,弹簧片锁紧,配有巴鲁夫检测开关。该刀库的配置,對大型设备尤为重要,可有效的实现自动换刀,避免手动换刀安全性能低,效率低。刀具长度超过500mm的,安装在第二刀库内(如深孔钻)。
  3.6 拖动机构
  HTM125系列第二主轴和中心架的移动采用了专用的拖动机构。该机构动力固定在床身右端,它驱动长达10m的燕尾导轨在Z向上运动,配合中心架上的插销机构、第二主轴上的齿条机构,实现对任意部件单元的Z向位置的改变。该机构较采用多个伺服电机分别驱动的结构形式,性价比高。
  3.7 与雄克联合开发的专用中心架
  卡盘多种配置形式:采用增力机构自制的手动四爪卡盘,德国雄克手动四爪卡盘,德国雄克自定心气动卡盘,用户可根据主轴需要的转速选配。
  4  发展状况
  近些年来,我国国内生产厂家针对于重型五轴车铣复合机床,进行了相关的设计和研究。但是加工直径通常是被设定在1250mm,其配有的外铣刀盘为1400mm,承重为30吨左右。所采用的结构是斜床身、单立柱、全防护和半防护。而相对于中速机曲轴大型五轴重载机床来说,在国内相关机床生产厂家的实际设计和生产过程当中。并没有实现有效的装配和设计。因此是,与国际上的五轴车铣加工中心很难有效的匹敌,国际的知名企业主要有奥地利公司WFL公司、德国的尼尔森公司[6]。这两家企业所生产的产品,所用的床身结构为斜床身、上刀方向为斜后方,但是中心架承载能力不够理想,并不能够实现重载的大规格外铣加工[5]。而同比起国际机床来说,HTM125系列机床,其在精度上和重载加工方面表现的十分优秀,而且最主要体现是价格优势十分巨大。此机床在生产之后,国内相关加工企业纷纷采购,如此不难看出,我国的整体装备水平、设计水平和加工水平,同比起国际先进技术来说,都实现了有效的追赶,甚至是在某一方面明显超越对方,进一步也为我国数控机床的发展,奠定下浓厚的技术基础和实力体现。
  5  经济及社会效益
  近些年来伴随着我国经济不断飞速发展,数控机床呈现出精度、质量不断向上飞跃的良好发展态势。但是同比起大型重载五轴车铣复合机床的生产研发来说,依旧与国际发达国家存在着一定的差距,但是HTM125系列车床的诞生,突破了国际生产厂家的技术垄断,也逐渐缩短了同国外机床厂家所产生的距离,为我国国际数控机床的核心竞争力提升,提供了极大的帮助,进一步也降低了国内相关生产厂家采购成本,减少了设备维护方面所需要投入的费用。HTM125系列机床为我国船舶领域、矿山领域、大型工程的相关零件加工,提供了巨大的帮助和伟大的贡献,为相关行业提供了十分理想的技术支持和设备帮助,其最关键的体现还是在产品的加工效率方面,以及技术知识方面,并且为相关领域的快速发展提供了极大的保障。
  参考文献:
  [1]郑兵.车铣复合加工过程阻尼与切削稳定性研究,2018.
  [2]李健.浅谈车铣复合加工的关键技术与应用前景,2019.
  [3]刘亚峰,李云霞,张霞妹,孙璐,张勇.新型复合材料加工用大型五轴车铣复合机床[J].装备制造技术,2018(08):1-4.
  [4]邹小堤,胡纯.五轴联动车铣复合制造工艺技术应用[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2018,36(04):487-490.
  [5]第十三届中国国际机床展览会(CIMT2013·北京)展品预览(三)[J].世界制造技术与装备市场,2017(02):63-99.
  [6]于思远.中国数控机床展览会CCMT 2008参观导引和重点展品介绍[J].制造技术与机床,2018(04):13-28.
其他文献
摘要:随着时代的发展,汽车的普及率逐渐提升,而汽车的使用体验感主要受到汽车发动机稳定性和故障率的影响。传统的人工诊断故障的方式难以降低汽车发动机的故障率以及提高维修精度等。为了降低汽车发动机机械系统故障,提高故障检测精准性,对汽车发动机机械系统故障原因进行诊断分析。文章介绍了汽车发动机机械系统;从多个方面分析了汽车发动机机械系统故障分类及原因,最后阐述了汽车发动机机械系统故障检测技术,从而明确了发
摘要:大气环境是人们赖以生存的重要基础,是一切生命得以存在的保护伞。随着我国经济建设水平的不断提高,城市化进程大大加快。带来繁荣的同时也造成了一系列的环境问题。汽车作为使用最为广泛的交通工具,目前大部分汽车能量的来源仍是以化石能源的燃烧为主,在内燃机工作的过程中产生的废气严重影响了大气环境的质量,损害了人民的身体健康。为了加强对大气环境问题的管理,必须提高汽车排气污染物检测方法的研究和使用。  关
摘要:增压器叶轮是一种很复杂的零部件,它采用多轴高效联动加工工艺进行制造,而多轴高效联动加工工艺是国家制造业的发展趋势、军工业发展的战略需求,它的技术研究对于我国成为制造业强国是重中之重。本文围绕此工艺,针对实际过程多轴加工中存在的一些问题,从国内外研究现状分析其加工工艺,针对多轴加工中的问题提出更加有效的方法和研究。  关键词:增压器叶轮;多轴联动;加工工艺   中图分类号:TK413.51
摘要:如今的汽车已经成为人们日常出行的重要代步工具,而且随着人们生活水平的提高,对于汽车各方面性能的水平要求也逐渐提升。汽车发动机涡轮增压器能够显著提高汽车的动力,并为用户带来更为良好的驾驶和出行体验。但在汽车发动机涡轮增压器的实际使用中,一些常见故障就会直接影响到汽车的正常价是甚至于驾驶人员的人身安全。本文在简单叙述汽车发动机涡轮增压器结构组成及其运行原理的前提下,就其常见故障处理以及使用过程中
摘要:新时代背景下,人们的生活水平得到提升,我国汽车保有量逐年递增,带来了能源短缺和环境污染两大弊端,而汽车轻量化技术能够有效地改善这些弊端。为此,本文深入分析了汽车轻量化技术的重要意义,系统阐述了汽车轻量化的两个关键点,即材料优化和结构优化,并对不同的有优化方式进行了详细的阐述。  关键词:汽车;轻量化技术;材料;结构   中图分类号:U467.1+9 文献标识
摘要:为更好的保障内燃机车的安全稳定运行,基于进行内燃机维修的重要性,主要针对内燃机车的冷却水系统、增压器以及电气线路等部位常见故障现象进行了分析,分析了故障原因,提出了一系列具体的维修措施,通过综合应用这些维修措施,有助于更快速高效的解决内燃机常见故障,进一步提高内燃机车运行效益。  Abstract: For better guarantee safe and stable operation
摘要:随着汽车产业的高速发展,电动汽车已成为当今社会绿色交通工具的主流。然而,随之而来的各个系统的故障问题也是层出不穷,本文选取北汽EV200为例,对其车辆加速无反应问题,进行故障分析和排除,本研究有助于电动汽车基础知识的普及应用。  关键词:电动车;整车控制器;故障诊断   中图分类号:U469.72+2 文献标识码:A 文章编号:
在开展建筑工程施工工作的过程中,建筑材料的质量直接关系着整个工程的施工质量.当前,在施工建设的过程中我国的工程项目存在着很多建筑材料质量问题,要想确保工程项目能高效
摘要:钢坯热送收集台架工作原理,使用中存在的问题,针对问题分析原因、提出改进方案、实施验证。  Abstract: The working principle of the billet hot delivery collection stand, the problems in use, analyze the reasons for the problems, put forward impr
摘要:机械加工工艺技术的水平在很大程度上影响着后期机械产品的外观达标、使用过程中的精准性以及产品的使用寿命,因此当前人们更加重视机械加工制造的零部件精度。但受我国技术发展水平限制,机械加工工艺技术依旧存在一定误差,其会影响我国机械加工工艺水平的高水平发展,因此本文通过简析机械加工,针对机械加工工艺技术存在的误差问题,提出应对机械加工工艺技术误差的对策,以帮助人们正确认识机械加工工艺的技术误差问题,