CKD6183数控车铣复合机床的设计

CKD6183数控车铣复合机床的设计廖朝洋董大华（长沙金岭机床有限责任公司，湖南长沙410205）摘要：介绍了研制的CKD6183数控车铣复合机床，以常见的水平床身的数控车床结构为基型，通过选用高性能伺服主轴，增加带上下移动的铣头，实现X轴、Y轴、Z轴、C轴四轴控制和四轴联动加工，特别适合较长的轴类零件带有螺旋槽或其他特殊槽的加工，通过一次装夹完成长轴带槽零件的车铣复合加工。关键词：数控车铣复合四轴联动控制长轴带槽零件DesignofCKD6183NCTurning-and-MillingmultipleMachineToolLiaoZhaoyang，DongDahua(ChangshaJinlingMachineToolCo.,LTD.，Changsha410205，CHN)Abstsrct：ThearticledescribeddevelopmentofCKD6183Turning-and-MillingmultipleNCMachineTool，AccordingtothestructureofcommmonhorizontalMachineBedofNCLathe，throughchoosinghigh-performanceservospindle，addingUp/downMobileMillingHead，themachineachievedXYZandCfouraxislinkagecontrilandfouraxislinkagemanufacturing，especiallysuitabletoproducelongshaftpartswithspiralslotorspecialslot，whichcanbefinishedbyonlybeingclampedatatime.Keymords：Turning-and-MillingmultipleNCmachinetool；fouraxislinkagecontrol；longshaftpartswithslot复合加工是当前机床产品发展方向之一。随着经济的发展，各种产品的技术和质量的提高越来越快，产品的生产周期也越来越短，所以在机械加工时要求加工精度越来越高，加工周期越来越短，某些零件希望一次装夹后能够完成全部的机械加工，这就提出了复合加工的要求。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、钻孔攻丝、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、全部完工的加工理念。目前国内生产的数控车铣复合机床按机床床身的结构形式分为二大类，一类是斜床身结构，另一类是水平床身结构，我公司研制的CKD6183数控车铣复合机床就是水平床身结构。机床选用SINUMERIK802D数控系统，带高性能伺服主轴，床鞍滑块前端配置电动或液压刀架，后端装有可升降的铣头，通过X轴、Y轴、Z轴、C轴四轴控制和四轴联动加工，实现了一次装夹完成长轴带槽零件的车铣复合加工。1、结构设计CKD6183数控车铣复合机床的床身为整体落地式，床身导轨采用大宽度的矩形筋与山形筋的组合，总宽度达610mm，比普通80车床的床身都要宽，抗扭性强，满足机床前置刀架、后置铣头的刚性要求。机床最大回转直径φ830mm，刀架上φ450mm。最大回转直径机床主电机选用高性能伺服主轴电机，通过传动比为1：2的同步带传给床头箱内的主轴，主轴转速范围为10～800r/min，可实现无级调速及恒线速度切削加工，同时机床主轴具有可精确分度和联动控制的C轴功能，分度精度控制在3＇以内，具体结构如图1所示。机床的刀架和铣头部分如图2所示。在机床床鞍1上装有滑板2，床鞍和滑板由伺服电机驱动滚珠丝杠螺母副实现机床的Z轴和X轴的直线运动。在滑板2的前端装有立式四工位电动刀架3，根据加工对象的不同，可使工件在一次装夹时加工尽可能多的部位，提高零件的加工精度和加工效率，当然也可以将电动刀架换成液压刀架，以满足机床车削功能的需要。在滑板2的后端配置了可升降的铣削动力头4，铣头的上下运动（Y轴）由伺服电机5带动滚珠丝杠螺母副运动而实现，铣头主轴自身的旋转通过变频电机6直接驱动，通过频率调整来改变铣头的转速，满足铣削工艺的需要。2、机床数控加工过程控制机床采用SINUMERIK802D数控系统，伺服控制X轴、Y轴、Z轴、C轴四个轴，同时控制车床主轴、铣头主轴的运动以及电机（或液压）刀架的换刀等动作。通过系统设定和机床参数设置，由SINUMERIK802D数控系统对CKD6183数控车铣复合机床进行集中控制，特别是各个伺服电机及伺服驱动的控制指令和输入、输出信号都是由系统通过现场总线传输，保证了系统控制的反应速度和精度，使得机床具有优良的动态品质和控制精度。CKD6183数控车铣复合机床在机床数控系统正常工作时，有车削和铣削两种加工方式。我们在机床PLC控制程序中设置了M33（车削）和M34（铣削）指令，机床一开机默认为车削工作方式，系统对内取消对Y轴电机的监控和铣头电机的控制指令输出，对外输出信号切断Y轴电机的强电，这时只有X轴、Z轴、C轴参与联动工作。当机床需要铣削加工时，在MDI方式或在加工程序中输入M34（铣削）指令，这时系统对内恢复对Y轴电机的监控和铣头电机的控制指令输出，对外输出信号接通Y轴电机的强电，此时机床可实现铣削功能，同时Y轴参与机床联动加工，通过四轴联动可以加工出复杂工件，特别是对于较长的轴类零件（长度2000mm以上的轴类），带有螺旋槽或其他特殊曲线槽，通过一次装夹可完成零件的车铣复合加工，极大地提高了加工效率，改善了零件的加工精度。工作时，零件装夹在机床主轴上，按加工工艺编程进行，电动刀架上可安装4把车刀，铣头主轴上可安装1把铣刀或钻头。加工时通常是先进行车削加工，此时滑板上的电动刀架靠近工件进行车削加工，车削完成后，滑板后退，车削刀架远离工件，铣削主轴靠近工作，Y轴按加工需要动作，铣头电机旋转，进行铣削加工，如需更换铣刀或钻头，要停机手动换刀再继续加工，从而完成轴类、盘类及套类零件的车、铣、钻等数控粗、精加工。3、加工实例图3是油田行业用于提拉油管锚的中心管，其上有4个驳接导入槽，4个槽的驳口连接要求圆滑过渡，便于油管驳接；图4是船舶行业中海轮用的缆索收放装置的绞杆，其上有2条大导程螺旋槽，分别为左旋和右旋，且左旋螺纹和右旋螺纹相互贯通，实现绞杆单向转动，收索器来回运动进行收回或放下缆索的动作。二种零件的长度大多都在2000mm左右，最长的达3000mm。选用CKD6183数控车铣复合机床进行加工，一次装夹就完成了粗、精车外圆，粗、精铣槽部的工序，提高了效率和精度，且大幅度地降低了生产成本。4、结论CKD6183数控车铣复合机床较好地实现了零件的车铣复合加工，特别适合于长轴类零件的加工。通过零件的一次装夹，即可车削、铣削、钻孔等多种不同工艺的加工，免去了工序间工作的搬运和储存，节约了作业面积，缩短了制造周期，提高了加工精度，是一款深受用户喜爱的数控车铣复合机床。参考文献⑴李德珍，李宪凯。五轴车铣复合加工技术的现状与发展趋势。航空制造技术［J］，2009，No12。⑵江国炎。卧式车铣复合机床数控系统的开发和精度检测。西安理工大学［D］，2007。⑶李志栋。VERICUT五轴车铣复合加工中心的应用。加工工艺与CAM［J］，2010，No7。第一作者：廖朝洋，男，1967年出生，高级工程师，主要研究方向：数控机床，机电一体化。