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第 l期 汽 齿 科 技 2010年 汽车零部件企业生产中高速加工中心的应用 赵 利 安 汽车工业相对航空、航天、船舶、机床等其它机械加工工业来说，其突出特点是生产批 量大，加工节拍快，且大都是某一个零件重复的大批量生产。为了适应这种单一工件的大批 量生产，采用专机或专机 自动线进行加工生产是最经济的，因而也是最常用最普遍的一种选 择。然而，当前汽车用户对汽车的多样化、个性化的要求，迫使汽车企业的产品周期越来越 短，换型越来越快，产品品种纷繁多样，原来单一工件的大批量生产变成了多种工件各 自的 较小批量迭加成的大批量生产，因此，多年来在汽车制造行业占统治地位的组合机床 (专机) 生产线已无法满足汽车行业快速更新换代的现实需要，专机或专机 自动线虽然效率高，但却 限制了加工的柔性，使得机床对加工零件品种变化的适应性非常差。 为了解决这个难题，高速、高效的新一代加工中心卜一 高速加工中心应运而生，很好地 解决了加工柔性和产量、投资与更新的矛盾，满足了汽车行业 目前多品种、大批量、少投资 的要求，同时也满足了汽车零部件企业对生产的这种要求。 高速加工中心的特点 加工中心是数控技术进一步发展的产物，它和普通数控机床的主要区别是： (1)多工序的功能，有回转工作台，在一次装夹中能完成除基准面以外的几乎全部工序的 多面加工； (2)有一套 自动换刀装置 (包括换刀机械手和刀库)能实现各工序间的快速 自动换刀； (3)采用三轴以上联动的全数字控制，而不是用简单经济型数控系统； (4)一般还带有 自动交换工作台，实现上下料的自动化。 和普通的数控机床相比，加工中心加工零件的辅助工时大为缩短。生产过程连续性提高 了，工艺性和加工精度也达到了前所未有的高度。加工中心已成为现代车间柔性化生产的基 本单元。高速加工中心是为了在不断降低零件的切削工时，进一步提高生产效率的背景下所 产生的。现已在工业发达国家得到了广泛的应用。 那么什么才算是高速加工?目前高速加工中心一般是指主轴转速超过 10000r／rain，进给 速度超过40mra／in，进给加速度大于0．5G(5rn／s2)的一类加工中心。为了实现高速、大切削量 下稳定加工，一般高速加工中心都具有下列结构特点。 1．1 高转速主轴 主轴转速过低无法满足生产效率高的要求，转速过高则在可靠性方面带来多种不利因素。 高速加工中心主轴转速一般定在46~16000r／min之间。为此，最佳的结构方案为内装直驱动式 的电主轴，电主轴在使用中不可拆卸，不需保养，不需调正。主轴转子安装在复合陶瓷滚珠 ·22· 汽 齿 科 技 2OlO年 轴承上，采用三点支承方式以保证高的动态刚性和精度。在定予和转子轴承四周有~l-J水冷 系统以吸收发热。 1．2 动平衡与热平衡的结构设计 高速加工中心由于其高的主轴转速．高的进给速度及高的进给加速度，必然要求其结构 设计具有高的静态刚性和动态刚性。为此，有的将液压装置与主轴分离放置，以减少震动对 主轴精度的影响。 设备结构完全是热对称的，这样可以避免由于热变形使主轴与工件的位置偏移。为防止 作为重要热源的切屑引起热不平衡，有的从结构上设计使切屑不在被加工工件上及托盘上停 留，而且通过在 z轴罩两侧的螺旋式排屑输送器将切屑快速排到切削液箱，以使由切屑引起 的热的影响减到最小。 · 为保证运动刚性及稳定性，高速加工中心的设计通常遵循以下原则： (1)对各轴所作的力始终在各个重心的轴线上，以避免加速和减速时设备结构件的摆动： (2)移动部件的导向装置也处于重心平面上，以稳定设备的结构并避免加速和减速时结构 件的摆动： (3)采用部件镶嵌结构。改进部件的加工工艺．以减轻移动部件的重量： (4)各轴测量都在推力中心进行，以便得到最精确的测量结果以及位置重复精度最大的稳 定性。 1．3 高刚性三点支撑床身 高速加工中心大都采用坐标镗床式的三点支撑床身，通过有限元分析方法(FEM)进行高刚 性的结构设计，保持高刚性及稳定性，