【2017年整理】LW850高速高精度立式加工中心设计.doc

LW850高速高精度立式加工中心设计 Abstract: This paper describes the typical CNC systems used for CNC machine tools, machining center ray structure, spindle drive system, servo drive system and automatic tool changer. On this basis, researching and developing high-speed precision vertical machining center based on Num CNC system as construction center. Keyword: CNC system,Machining center,Design and Selection 0 引言 数控机床是当今机械制造业中实现机电一体化的代表性先进装备。以数控技术为核心的数控系统装配和制造水平已经成为衡量一个国家制造水平的标志。根据十一五期间，国家对装备制造业的要求，自主开发高速精密加工中心，研究其相关的设计和制造技术，对国家在高端装备领域的核心竞争力起到至关重要的影响。结合当前国内外数控加工中心的最新技术动态，本文在对典型数控系统进行比较的基础上，以Num数控系统作为整个加工中心构建的核心，配备相关组件，研究并开发了一套高速高精度立式加工中心。 1数控系统选型 数控系统通常由人机界面、数字控制以及机床逻辑控制三个功能模块组成。其中主控制器内的插补模块即是根据所读入的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补计算，并通过与坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器PLC完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地顺序工作[1]。 在数控系统选型时，要考虑数控系统的高生产性，节能性，同时要求系统易于开发，输入输出单元易于扩展。从设计角度出发，要求有良好的人机接口，便于设计人员开发、修改程序、更改参数等。数控系统的开放性高，利于进行二次开发，建立开放式数控平台[2]。 目前，国外比较典型的数控系统有法国Num，德国SIEMENS，日本FANUC、三菱数控系统等。国内有广州数控与华中数控等。其中Num，SIEMENS，FANUC品种齐全，性能可靠，有较高的性价比。我国从事数控系统开发、设计和生产的公司起步较晚，与Num，SIEMENS，FANUC有较大差距。而Num系统相对于其他两种系统而言，由于Motorola比Intel的CPU处理速度快，性能稳定，相比之下，Num Power 1040的硬件特性最佳，SIMENS 840D次之，FANUC 0T最差；Num Power 1040比SIMENS840D的软件功能多，FANUC0T最差。因此本文选用Num数控系统作为整个加工中心构建的核心。 2加工中心光机选型 在加工中心上加工零件时，要求机床既能承受粗加工时的最大切削功率，又能保证精加工时的高精度，所以机床结构必须具有很高的强度、刚度和抗振性。另外，机床的结构必须有很高的可靠性，才能保证机床运行功能正确执行。所以加工中心的光机必须具支承件刚度高、传动机构简约、传动元件精密等特点[3]。 经过对国内加工中心生产企业专业性及产品质量的综合考虑，本文选用昆明兴台正机械有限公司L850型加工中心光机，性能参数如表1所示 图L850光机结构表1 L850型加工心光机的性能参数 型号 L850 行程 X 800mm Y 500mm Z 550mm 主轴端面至工作台距离 最大680mm 最小130mm 工作台尺寸 950mm×460mm 工作台T型槽 18mm，3条 主轴中心至Z轴导轨面距离 575mm 主轴锥度 BT40/BT50 导轨 重载矩形导轨 主轴最高转速 8000RPM 主轴功率 7.5kw 刀具最大重量 8kg 切削进给速度 0-12m/min X/Y/Z轴快进速度 12 m/min 定位精度 ±0.01mm 重复定位精度 ±0.005mm 机床尺寸 占地面积(长x宽)2550x2200mm 机床高度 高度2550mm 工作台最大承重量 750kg 3 主轴驱动系统设计 造自动化要求作为底层加工系统的数控机床具有高效、高精度、高柔性等特性。这对数控机床的主轴驱动系统提出了高速及超高速、宽调速范围、快速响应、精确的准停功能等高要求[4]。 3.1主轴电机选型 （1）典型工艺参数下的主轴切削力 已知条件：加工中心主轴对工件进行精加工、主轴转速6000r/min、