复合加工技术与复合加工机床.pdfVIP

前言

如今，世界己进入了全球制造的时代，缩短产业链、专注自身核心竞

争力的提高已成为世界制造业企业的变革趋势。面对千差万别的制造业，

如何以客户为中心、满足客户个性化的需求、为他们提供一个整体的最优

化的解决方案是当今机床制造企业所面临的一个重要课题。鉴于此，复合

机床应运而生。

复合机床（ComplexMachineTools），是指能够在一台主机上完成尽

可能从毛坯到成品的多种加工要素的机床。该类型机床就是为适应市场单

件小批、快捷生产需求以及新工艺对机床在各方面的要求而开发的。它具

有保持工序集中、节省作业面积、减少机床和夹具数量、消除或减少工件

重新安装定位次数、免去工件间的搬运和储存、提高工件加工精度、缩短

加工周期的优势，是当前世界机床技术发展潮流。本文就以复合机床中的

一种——车铣复合加工中心为例，系统阐述机床设计的脉络及需要注意的

问题。

具体设计过程

1.分析任务

本次设计任务为车铣复合加工中心，顾名思义，设计成果要实现以下

功能：

1）车削。车削加工的最大特点为工件通过卡盘夹在机床主轴上，并高

速旋转，刀具固定，并按照回转体的母线走刀，切出产品外型。与传统的

车削机床不同，目前车削类机床的刀具均为动力刀架。

2）铣削。与车削加工不同，铣削加工的显著特征为刀具在高速电主轴

的驱动下旋转，工件固定，本功能可以由动力刀架上的配备电主轴的刀具

实现。

3）加工中心。提到加工中心，就不能忽视其自动换刀功能。依照加工

中心的功能要求，常常以转塔刀架或刀库实现此项功能。鉴于本设计为中

小型加工中心，因此选用前者作为换刀装置。

4）精密。由于先进制造的要求，精密加工已经成为机加工的大势所趋。

当今机床行业中，精密已经成为衡量机床性能的最基本指标。为了实现这

一性能，机床界掀起了一股股推陈出新的浪潮，推动了机床业的发展。

2功能部件选择

由上述分析，可以初步确定出此加工中心的总体布局。其依据为其各

个参数。如用于加工零件的最大回转半径，主轴转速初步选定伺服电机，

为防止在实际加工过程中出现类似超负荷等意外，选择伺服电机时应该注

意要留有一定的余量。精密滚珠丝杠为目前常规机床机加工中心上常用的

传动部件，采用多种有效地冷却系统，精密滚珠丝杠能满足大部分精密加

工的要求。如今，精密滚珠丝杠早已产业化，用户可以根据自己的需求通

过专门的厂家量身定制所需规格的滚珠丝杠。在本设计中，采用长短两根

精密滚珠丝杠，分别提供加工中心x和y方向进给运动。滚珠丝杠带动溜

板箱，而溜板箱有两根导轨固定于床身上，而横向进给（即y方向进给）

的溜板箱上端固定动力刀架，下端通过导轨固联于横向溜板箱，其运动由

较短的滚珠丝杠提供，两滚珠丝杠端部均通过联轴器与相应的伺服电机联

接，伺服电机型号由滚珠丝杠所承受的负载确定。关于滚珠丝杠和导轨的

具体尺寸则由厂家确定，用户只需提供丝杠需传动的负载即可。根据快速

进给速度初步确定滚珠丝杠和导轨的型式和长度。由以上各个数据可以初

步确定加工中心主要工作部分的结构及尺寸。

到此为止，加工中心的传动系统就初步设计完成，下面是动力刀架的

设计。动力刀架是数控车床及中小型加工中心中应用最普遍的一种辅助装

置，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以

缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，

从而提高机床的加工效率和加工精度。动力刀架的性能和结构往往直接影

响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。根

据加工的复杂程度，有很多种工位数量的动力刀架供选择，卧式刀架常有

八、十、十二等工位。它以回转分度实现刀具自动交换及回转动力刀具的

传动。动力刀架既安放刀具，还可直接参与切削，承受极大的切削力作用，

所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。同时，本部件也为本次设计任

务中最关键的部件。笔者认为，为避免加工中出现的干涉而对刀具或机床

加工精度造成永久性创伤，动力刀架应该尽可能小型化，但为了实现多种

加工工序，因此要求其功能多样化，这就产生了不可调解的矛盾。在实际

设计过程中，应该参照加工要求，寻找一个两者最佳的结合点。

该结构由六大部分组成，如下图所示。刀盘，动力传动部分，精确分

度机构，液压控制系统，粗分度结构，动力刀具离合结构。

精密端齿盘(鼠牙盘)来保证。目前，高精度加工的端齿盘，可以达到

在具体的设计过程中，动力刀架的主要技