■ 漢川數(shù)控機(jī)床股份公司 （陜西漢中 723003） 念 勇 張海亮 苗 寧 伏艷梅

1. 橋式五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心

該機(jī)床為六軸五聯(lián)動(dòng)龍門式數(shù)控機(jī)床，如圖1所示，機(jī)床整體布局采用高架橋式結(jié)構(gòu)，使重型機(jī)床的3個(gè)主運(yùn)動(dòng)部件都處于質(zhì)量最輕、驅(qū)動(dòng)力最小和動(dòng)態(tài)伺服響應(yīng)更快的有利條件。承載橫梁運(yùn)動(dòng)的床身及大型工件的落地式工作臺(tái)結(jié)合為一體，不但整體結(jié)構(gòu)緊湊、空間利用率高，而且利于機(jī)床的剛性、精度的提高和安裝、運(yùn)輸?shù)谋憷?。大跨距橫梁的導(dǎo)向支撐采用雙邊單根高強(qiáng)度導(dǎo)軌配置多滑塊設(shè)計(jì)，避免了大行程運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向部件的過(guò)定位及基礎(chǔ)大件的高精度加工要求。用于大行程驅(qū)動(dòng)的齒輪、齒條消隙齒輪箱傳動(dòng)技術(shù)，使最小化理論行程在機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)上都能得到實(shí)現(xiàn)。利用數(shù)控系統(tǒng)的雙驅(qū)動(dòng)雙反饋“龍門軸”功能，解決了大跨距橋式龍門雙邊驅(qū)動(dòng)滿足高精度定位及伺服響應(yīng)的同步性難題。配置高精度的五軸聯(lián)動(dòng)銑頭，解決了大型工件在空間曲線及復(fù)雜曲面的加工難題。主軸采用高速雙擺頭，可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)下的高性能銑削和高速精加工。主軸轉(zhuǎn)速高、精度高且精度保持性好，油、汽潤(rùn)滑，強(qiáng)制循環(huán)冷卻。

機(jī)床采用工作臺(tái)固定、橫梁在兩個(gè)高架床身上前后移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。工作臺(tái)床身直接固定在地基上，主軸箱、橫梁等與龍門框聯(lián)為整體，整體框架在工作臺(tái)兩側(cè)的床身上運(yùn)動(dòng)。電柜、液壓站等固定在橫梁頂面上，局域防護(hù)，自動(dòng)排屑。工作臺(tái)兩側(cè)各安置1床身。每個(gè)床身上安裝1條進(jìn)口高精度機(jī)床專用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動(dòng)，更適合高速進(jìn)給和超大、超重零件的加工。機(jī)床在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，利用有限元法進(jìn)行力學(xué)分析，合理布筋，合理分布質(zhì)量，使機(jī)床整體剛性強(qiáng)，靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定可靠。機(jī)床模塊化程度高，零部件通用性強(qiáng)，全閉環(huán)控制，性能優(yōu)良。

2. 五軸聯(lián)動(dòng)銑頭

圖1 HBMC1540F5橋式五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心

五軸聯(lián)動(dòng)銑頭（見(jiàn)圖2）主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭，能自行圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)360°，稱為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還帶有可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般可達(dá)±90°以上，采用叉形擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，A、C軸全閉環(huán)伺服控制。銑頭殼體采用優(yōu)質(zhì)、高剛性球墨鑄鐵，保證了大轉(zhuǎn)矩切削和精度穩(wěn)定性。配置高速精密主軸，主軸具有刀具內(nèi)冷、外冷功能。能實(shí)現(xiàn)軸承溫度在線檢測(cè)與補(bǔ)償，利用系統(tǒng)RTCP補(bǔ)償功能，無(wú)需后置處理，真正實(shí)現(xiàn)五軸刀具路徑控制和簡(jiǎn)化編程功能。A、C軸通過(guò)高精密消隙齒輪結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)精密傳動(dòng)，由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)五軸連續(xù)插補(bǔ)加工。選用高分辨角度編碼器，完成A、C軸全閉環(huán)定位控制。采用高性能液壓夾緊裝置，保證A、C軸在任意孔距位置的可靠鎖定。性能可靠、調(diào)試維護(hù)保養(yǎng)容易，滿足了高速、精密五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)加工要求。

由于是由銑頭執(zhí)行兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)部件體積相對(duì)較小，工作臺(tái)可以較大，因此加工范圍大、加工空間大。工件1次裝夾不僅可以完成五面體的加工，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度的加工，更能夠適合越來(lái)越復(fù)雜的高檔、先進(jìn)模具的加工以及汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等精密復(fù)雜零件的加工。目前，該銑頭廣泛應(yīng)用于各類龍門式、橋式、臥式和立式等數(shù)控加工中心的功能拓展和產(chǎn)品技術(shù)升級(jí)以及車銑復(fù)合等多功能復(fù)合機(jī)床。主要用于航空航天、發(fā)電、船舶及軍工等我國(guó)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)建設(shè)領(lǐng)域。

3. 五軸聯(lián)動(dòng)加工的特點(diǎn)

五軸聯(lián)動(dòng)加工是指在1臺(tái)機(jī)床上至少有5個(gè)坐標(biāo)軸（3個(gè)直線坐標(biāo)和2個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)）可在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。工件1次裝夾即可完成五面體的加工，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。以立式五軸聯(lián)動(dòng)銑頭為例，主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭，為C軸，回轉(zhuǎn)頭上可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工的功能。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)得非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)，也是五軸加工相對(duì)于三軸、四軸加工最顯著的特點(diǎn)，在使用球面銑刀加工曲面時(shí)，當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時(shí)，三軸、四軸加工由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為0，頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會(huì)很差，而采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，令主軸相對(duì)工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使球面銑刀避開(kāi)頂點(diǎn)切削，保證加工時(shí)有一定的線速度，就可以得到很好的表面粗糙度值，提高表面加工質(zhì)量。HGM2560F5五軸聯(lián)動(dòng)龍門式數(shù)控銑床加工現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 HGM2560F5五軸聯(lián)動(dòng)龍門式數(shù)控銑床加工現(xiàn)場(chǎng)

4. 結(jié)語(yǔ)

橋式五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心主要應(yīng)用于汽車工業(yè)中的模具制造、原型制造、大型鋼模和鑄鐵模具的制造以及航空航天工業(yè)中的復(fù)雜零件加工、鋁及其合金加工和難加工材料的加工。零件1次裝夾后，即能完成多種工序的五面加工和多種空間方向的銑削加工，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。是加工要求較高、形狀復(fù)雜零件和模具行業(yè)、航空航天工業(yè)等行業(yè)的理想設(shè)備。

[1] 李樹(shù)明，高東強(qiáng)．?dāng)?shù)控機(jī)床加工編程技術(shù)[M]．陜西：陜西人民出版社，2002．