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高速精密卧式加工中心开发的关键技术研究

姜华  
【摘要】: 数控技术是先进制造技术中的一项核心技术,由数控机床组成的柔性化制造系统是改造传统机械加工装备产业、构建数字化企业的重要基础装备,它的发展一直备受制造业的关注,其设计、制造和应用的水平在某种程度上就代表一个国家的制造业水平和竞争力。高速精密卧式加工中心作为一类重要的数控机床产品,是我国汽车、航空航天、精密模具等行业领域急需的关键设备,但目前国内开发的卧式加工中心产品与国外同类产品比较,在设计技术、制造技术和产品性能方面都还存在较大的差距,在基础理论和关键技术的深入系统地研究方面更显缺乏。 本论文在国家重点新产品试产计划项目的支持下,结合成都宁江机床集团公司的企业发展战略规划以及市场的需求,对自主开发的THM6363高速精密卧式加工中心的总体方案设计、结构设计、性能分析、制造工艺、精度检测等技术进行深入的理论分析和应用研究,探讨高速高精卧式数控加工中心开发模式、有关基础理论和一些关键技术问题。本论文的主要研究成果和特色如下: (1)通过分析比较国内外先进高性能加工中心产品的技术特征,确定了本课题研究的高速精密卧式加工中心主要用于航空航天、军工及模具等行业的中小型零件的精密加工,提出高速精密卧式加工中心设计要求和关键技术,制订了自主开发具有宁江特色的高速、高效、高精、高可靠性的高速精密卧式加工中心的开发计划。 (2)在分析国内外卧式加工中心的结构特点和总体布局形式的基础上,提出了一种适用于中小型零件精密加工的高速精密度卧式加工中心的总体布局方案。根据“相同的综合位移和刚度”原理,采用工作台进行轴向进给和工件进给方式可使在不同工件位置时,机床变形和变化最小,具有几乎相同的综合位移和刚度,确保加工精度稳定。 (3)对THM6363高速精密卧式加工中心的主轴系统、进给传动系统和精密回转工作台等功能部件的结构设计方法进行了深入的研究,给出了主轴结构设计方案,设计了高速滚珠丝杠和直线滚柱导轨组合结构的进给驱动系统,提出大惯量电机选择的负载惯量以及扭矩的计算准则,建立了连续回转工作台蜗杆蜗轮副传动结构的传动扭矩和液压油缸紧固螺钉强度的分析和计算模型。 (4)以THM6363高速精密卧式加工中心的立柱和整机为对象,运用计算机辅助设计和分析方法,进行了立柱和整机的有限元分析和优化设计。建立了THM6363精密卧式加工中心的有限元分析模型并进行了模态分析,给出了机床的前5阶固有频率及其相应振型,初步判别机床的共振区域,并对机床立柱结构进行优化设计尝试。在此基础上进行了机床样机的性能试验,对有限元动态分析的结论进行了部分实验验证,为机床结构的优化提供了依据。 (5)根据制造技术基础实现产品性能的准则,深入研究高速精密卧式加工中心的相关制造技术,对主轴的加工工艺、导轨的刮研工艺、精密回转工作台装配工艺以及滚珠丝杠预应力工艺技术方法进行了分析研究,提出了适应企业实际需要的工艺流程和制造方法。 (6)高精度位置控制是开发高精度数控机床的关键技术。应用当前国际机床领域的先进“空间精度”的理论,分析了影响卧式加工中心坐标轴相互垂直精度和坐标定位精度的因素,提出了高精度卧式加工中心坐标轴相互垂直精度的测量和调整技术、全闭环检测系统保证坐标定位精度技术,以及运用球杆仪进行圆检验的实际应用方法,对全面反映机床的装配质量、加工性能及误差具有重要的意义。 (7)分析讨论了高速切削刀具技术、高速切削工艺技术、刀具与机床接口技术等,结合大量的试验数据,提出卧式加工中心高速切削刀具加工工艺及切削用量选择方案,并在保证刀具高速切削和减少刀具磨损上,结合机床试验,进行卧式加工中心低温冷风切削新技术应用。 (8)在以上研究成果的基础上,建立起一种适应于企业需要的高速精密卧式加工中心产品的开发集成技术,成功研制出THM6363精密卧式加工中心产品并已经实现规模化生产,获得国家重点新产品试产计划项目支持、四川省优秀新产品二等奖和成都市科技进步二等奖,取得了良好的社会和经济效益。


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