漢川數(shù)控機床股份公司技術(shù)中心工藝主管 念 勇

通信技術(shù)的發(fā)展帶動了電腦和消費類電子產(chǎn)品的發(fā)展。近年來，跟隨數(shù)字時代的發(fā)展步伐，以移動電話及電信產(chǎn)業(yè)為主軸，手機、無線通訊設(shè)備、傳輸設(shè)備、筆記本電腦、各種電腦硬件體及各周邊設(shè)備等3C產(chǎn)品，漸漸發(fā)展為世界性的新興科技產(chǎn)業(yè)，是目前發(fā)展最迅速的一種產(chǎn)業(yè)。3C產(chǎn)品款式多樣，所用的零件除了內(nèi)部的電路板、屏幕外，其余大部分零件，包括外殼和內(nèi)部零件主要有塑膠和鈑金類零件兩類。

塑膠制品如手機、鼠標(biāo)、數(shù)碼相機的外殼，這類零件形狀各異，考慮到設(shè)計的美觀和實用性，又以復(fù)雜曲面居多，技術(shù)難度集中在復(fù)雜曲面的加工上，對機床的加工效率、精度、自動程度有著更高的要求。對于這一類零件，通常用注塑模注塑成型，再加工成我們需要的零件。用UG、Pro/E等三維軟件進行三維建模、分模，用CAM編程功能生成數(shù)控加工程序，最終在數(shù)控機床上完成模具及其零件的加工。鈑金類零件如電腦機箱，交換設(shè)備、傳輸設(shè)備等的外殼和一些電子類消費產(chǎn)品的內(nèi)部零件，這類零件批量大，生產(chǎn)周期長，用模具沖壓成形。針對這兩類零件的形狀特點，最適宜加工這兩類零件的機床是立式加工中心。

一直以來，這些領(lǐng)域的機床，尤其是數(shù)控高速加工機床，全部被國外機床制造商壟斷，改變3C產(chǎn)品制造依賴進口是國產(chǎn)機床制造企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。漢川機床是我國機床行業(yè)集產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、制造、銷售、服務(wù)為一體的重點大型骨干企業(yè)，是國家精密數(shù)控機床的重要生產(chǎn)基地，有40多年的機床研發(fā)制造基礎(chǔ)，有著立式加工中心制造的豐富經(jīng)驗。針對國內(nèi)3C產(chǎn)品加工機床研發(fā)的現(xiàn)狀， 2009年，中國機械工業(yè)質(zhì)量管理協(xié)會授予漢川機床集團有限公司的“漢川”牌立式加工中心（見圖1）XH714D、XH715D、XH716D為“全國機械工業(yè)用戶滿意產(chǎn)品”。

圖1 立式加工中心使用現(xiàn)場

公司主要產(chǎn)品

我公司的立式加工中心工作臺外形尺寸（寬×長）涵蓋了400mm×900mm、520mm×1200mm、650mm×1400mm、880mm×2160mm各個中、小規(guī)格領(lǐng)域，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，快速移動速度有20000mm/min和36000mm/min兩種規(guī)格，廣泛適用于機械制造業(yè)及其他行業(yè)。

該系列機床采用單立柱、縱床身、十字滑臺、正掛主軸箱，并配有刀具—工件冷卻系統(tǒng)（可氣、液自動轉(zhuǎn)換）和相應(yīng)的氣動、液壓系統(tǒng)、并且對主軸系進行了強力制冷降溫，可實現(xiàn)高速、高進給加工。三坐標(biāo)電動機采用人字形不銹鋼護罩防護，工作臺采用全封閉護罩防護，并附帶鏈?zhǔn)阶詣优判计?，使切屑及切削液得到安全、充分的回收，保證了人身安全和良好的生產(chǎn)環(huán)境。

全部基礎(chǔ)大件均采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，樹脂砂鑄造工藝鑄造。工作臺、滑座、床身、立柱及主軸箱根據(jù)動力學(xué)分析，進行合理地布筋，從而保證其具有良好的抗扭曲和抗彎曲能力，同時具有良好的精度穩(wěn)定性。主軸采用兩點支撐，前端和后端采用五列高精度角接觸軸承形式，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高。主軸電動機采用交流伺服調(diào)速電動機，主軸軸承采用高精度主軸軸承，精度為P4級。冷卻采用外循環(huán)油冷方式。X、Y、Z三個坐標(biāo)的導(dǎo)軌副均采用精密線性滑軌副，由于導(dǎo)軌副之間摩擦方式為滾動摩擦，動靜摩擦系數(shù)小，因此，可達(dá)到很高的定位精度及重復(fù)定位精度，定位精度高，可長時間維持高精度，可同時承受上、下、左、右方向的負(fù)載，組裝容易，互換性好，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便可靠。

用立式加工中心加工的3C產(chǎn)品如圖2所示。圖3是在XH714D立式加工中心上加工的手機模型。由于手機模型是由一個上、下表面和4個側(cè)面組成的，這6個面如何高效、精確地加工出來是手機加工首先要解決的問題。基于上述情況，若使4個側(cè)面能夠平滑過渡，就要使手機模型一次成形，一次裝夾加工完所有的面，避免二次裝夾，所以選擇在XH714D機床上增加附件轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)四軸功能，把棒料用自定心卡盤夾緊，采用一夾一頂?shù)姆椒ǎㄒ妶D4），每加工完一個面，旋轉(zhuǎn)90°，再加工另一個表面，依次類推，加工完4個面。對于兩端未加工到的區(qū)域，鉗工修磨平整。

圖2 產(chǎn)品實例

圖3 某手機模型

圖4 定位夾緊

最新式的高速五軸聯(lián)動立式加工中心

隨著技術(shù)的不斷進步及用戶要求的不斷提高，立加加工中心向高速多軸方向發(fā)展，2013年，我公司研發(fā)并制造了最新式的高速五軸聯(lián)動立式加工中心HVMC500F5（見圖5），將于2014年2月24～28日在上海國際展覽中心（SNIEC）舉辦的第八屆中國數(shù)控機床展覽會（CCMT2014）展出。該機床提供3種選擇，HVMC500實現(xiàn)三軸聯(lián)動，HVMC500R可以實現(xiàn)四軸聯(lián)動，HVMC500F5能夠?qū)崿F(xiàn)五軸聯(lián)動。

該機床采用床身、工作臺固定，橫梁移動式結(jié)構(gòu)，刀具有X、Y、Z運動，刀庫采用固定式刀庫，主軸抓刀，為動柱式立式數(shù)控機床，這是考慮到高速運動的特殊性，在保證機床足夠剛度的情況下，盡量減少運動的慣量，使得機床高速加工中的跟蹤誤差趨于最小，最終提高高速加工的精度和質(zhì)量。主要用于中小尺寸和中小重量的各種基礎(chǔ)大件、板件、盤類件、殼體件、模具等多品種零件的加工。

圖5 HVMC500F5高速五軸聯(lián)動

該機床加工工藝參數(shù)：主軸最高轉(zhuǎn)速12000r/min，快速移動速度45000mm/min，固定工作臺（寬×長）560mm×1200mm，旋轉(zhuǎn)工作臺φ500mm，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)360°，擺動-110°～110°。

該機床橫梁采用兩條直線滾動導(dǎo)軌，具有極高的承載能力、卓越的高速性能，壽命長，噪聲低，長期無需維修保養(yǎng)，有極佳的穩(wěn)定性，全閉環(huán)控制，定位準(zhǔn)確，動態(tài)性能優(yōu)異。導(dǎo)軌絲杠具有可靠的防塵、防水、防切屑的裝置。刀庫放置于床身兩導(dǎo)軌之間，減少了占地面積，結(jié)構(gòu)緊湊。采用傘形刀庫，動作準(zhǔn)確、換刀速度快、可靠性高。排屑器放在工作臺的下面，保證切屑快速導(dǎo)入排走，熱量不會傳至床身，提高機床的加工精度。采用全封閉防護裝置，確保加工環(huán)境安全、整潔。

以圖2手機模型在HVMC500F5高速五軸聯(lián)動立式加工中心上的加工為例，針對手機模型上曲面多的特點，選擇在HVMC500F5機床轉(zhuǎn)臺中間裝一個自定心卡盤夾緊棒料，如圖6所示，通過轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動和擺臺的擺動，使手機模型一次裝夾加工完5個面。

圖6 定位夾緊

HVMC500F5機床的轉(zhuǎn)臺，采用力矩電動機直接驅(qū)動工作臺轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺連續(xù)分度，最小分度精度可達(dá)0.0001°，而且實現(xiàn)了“零”反向間隙，具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動鏈短、剛性好、易加工裝配等特點，可以滿足高速加工需求。而在XH714D上增加的轉(zhuǎn)臺采用伺服電動機驅(qū)動蝸輪蝸桿副傳動，其缺點是機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動鏈長，零件數(shù)量多，關(guān)鍵零件加工精度要求高，生產(chǎn)制造困難，且磨損會使得蝸輪蝸桿副反向間隙增大，影響分度精度。特別是由于蝸輪蝸桿副的傳動比大（通常為90～200），使得數(shù)控轉(zhuǎn)臺的最高轉(zhuǎn)速受到限制，不能滿足高速加工需求。

結(jié)語

高速多軸數(shù)控機床是解決當(dāng)今3C產(chǎn)品加工的一個重要發(fā)展方向，世界各國都在全力發(fā)展此項核心技術(shù)，但這些國家在“高、精、尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。我國是制造大國，在向制造強國前進的過程中，尤其是在新技術(shù)、新工藝方面，要強調(diào)創(chuàng)新，強調(diào)研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國3C產(chǎn)品制造乃至整個制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。