精密復(fù)合式鏜銑加工中心作為機(jī)械制造生產(chǎn)中的大型基礎(chǔ)設(shè)備，其在航空、 航天、船舶、汽車、發(fā)電裝置、軍工等領(lǐng)域的產(chǎn)品制造中占據(jù)著重要地位，機(jī)床 的加工精度和加工效率將直接影響到終端產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。本文在綜合分析國(guó) 內(nèi)外鏜銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過組合創(chuàng)新與工藝原理性創(chuàng)新相 結(jié)合，研發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的精密復(fù)合式鏜銑加工中心，研究 并解決了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題，具體的解決方法及結(jié)果如下：
本章介紹了“精密復(fù)合式鏜銑加工中心的開發(fā)與研究”課題來源與研究背景， 在明確本文所研究的復(fù)合式鏜銑加工中心的基礎(chǔ)上，介紹國(guó)內(nèi)外復(fù)合式加工中心 產(chǎn)品和其關(guān)鍵技術(shù)，比較國(guó)內(nèi)、外先進(jìn)技術(shù)水平的差距，闡述了研究高精密復(fù)合 式鏜銑加工中心產(chǎn)品和關(guān)鍵技術(shù)的意義及重要性，且提出本論文的主要研究?jī)?nèi)容。
精密復(fù)合鏜銑加工中心要具有高速、高精度的切削性能，加工中心的主軸及 主軸箱、進(jìn)給系統(tǒng)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵難點(diǎn)。這包括如何使加 工中心在進(jìn)給過程中產(chǎn)生的振動(dòng)最小，如何設(shè)計(jì)高速、高精度的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn) 給系統(tǒng)，如何設(shè)計(jì)高精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，本課題所研制的復(fù)合式鏜銑加工中心CAD 結(jié)構(gòu)模型如圖3.1所示。
目前，世界上精工加工設(shè)備的格局已發(fā)生悄然改變，精密精工機(jī)床呈現(xiàn)出多 方向發(fā)展趨勢(shì)，復(fù)合式加工設(shè)備越來越占據(jù)著主導(dǎo)地位。復(fù)合式機(jī)床可劃分成工 藝性復(fù)合和功能性復(fù)合兩類，工藝性復(fù)合是指工件從毛胚到成品的整個(gè)加工過程是在同一臺(tái)精工機(jī)床上實(shí)現(xiàn)的，使得多個(gè)加工工序聯(lián)動(dòng)，從而降低了工件的定位 裝夾次數(shù)，縮小了由于定位基準(zhǔn)的不統(tǒng)一而引起的定位誤差值，所以高效、高精 度加工是工藝性復(fù)合機(jī)床的特點(diǎn)；功能性復(fù)合機(jī)床的主要特點(diǎn)是指在原有的機(jī)床 功能項(xiàng)上進(jìn)行擴(kuò)展，例如提高對(duì)工件的夾緊速度來提高機(jī)床的加工效率。機(jī)床的 復(fù)合化使得精工機(jī)床加工零件的生產(chǎn)速度得到明顯提高，降低了工件加工過程中 的搬運(yùn)、夾緊、找正等時(shí)間，縮短了工件的加工周期，減少了工件的在制品數(shù)量。 因?yàn)?，只需要把工件一次裝夾在機(jī)床上，即降低了加工過程中的輔助時(shí)間，又因 不需要再次裝夾定位使得加工精度得到大大提高，所以復(fù)合化機(jī)床是現(xiàn)代先進(jìn)加 工設(shè)備的發(fā)展方向。綜合分析我國(guó)自主研發(fā)的復(fù)合式機(jī)床，主要是以普通的精工車削加工中心為 基礎(chǔ)，發(fā)展到復(fù)合車銑加工中心，而精密的復(fù)合鏜銑加工中心在國(guó)內(nèi)基本沒有相 關(guān)的研究，因?yàn)槲覈?guó)自主研發(fā)復(fù)合式機(jī)床的技術(shù)能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家的先 進(jìn)技術(shù)，所以研發(fā)出具有高效、復(fù)合、穩(wěn)定的適合于現(xiàn)代加工技術(shù)的高水平精密 復(fù)合式鏜銑加工中心是一項(xiàng)具有跨時(shí)代意義的科研項(xiàng)目。
在分析研究精密復(fù)合鏜銑加工中心總體結(jié)構(gòu)布局時(shí)，不但要綜合的考慮到結(jié) 構(gòu)的先進(jìn)性，還要考慮到圍繞產(chǎn)品設(shè)計(jì)市場(chǎng)定位的結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)工藝性等問 題，如何設(shè)計(jì)出的布局結(jié)構(gòu)使得加工中心具備高的剛度、高的穩(wěn)定性將是本章所 論述的重點(diǎn)。因此，本章在分析臥式立式加工中心結(jié)構(gòu)、布局形式以及復(fù)雜箱體 零件對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)特殊要求的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)雜箱體精密復(fù)合鏜銑加工中心的總 體布局方案。
自二十世紀(jì)五十年代末，機(jī)械制造的生產(chǎn)過程發(fā)生了巨大變化，由傳統(tǒng)的普 通機(jī)床以及組合機(jī)床所構(gòu)成的加工生產(chǎn)線，慢慢的發(fā)展到以加工中心和精工機(jī)床（CNC)所構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多品種、大批量的柔性自動(dòng) 化生產(chǎn)，機(jī)床技術(shù)在經(jīng)歷三十多年的發(fā)展和應(yīng)用以后，部分工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的精工 機(jī)床使用率占整個(gè)機(jī)床的80%左右。然而，加工中心已經(jīng)成為現(xiàn)代化車間的基本 制造單元，其使得自動(dòng)換刀、空行程等速度加快，也提高了生產(chǎn)過程的連續(xù)性， 高性能的加工中心不但成倍的提高機(jī)床的加工效率，而且進(jìn)一步的改善了加工零 件的表面質(zhì)量和精度[3_5]。因此，這一先進(jìn)制造技術(shù)的出現(xiàn)，使得各國(guó)的工業(yè)制造 界和學(xué)術(shù)研究界對(duì)此高度重視，綜合分析機(jī)床技術(shù)的發(fā)展歷史，可以得到現(xiàn)今高性能加工中心所包括的技術(shù)框架如圖
精密復(fù)合式鏜銑加工中心的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)為水平放置，工作臺(tái)為加工中心提供 了回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)床原有的加工使用范圍得到擴(kuò)大，高精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的重要性 能有六個(gè)方面：分度精度和重復(fù)定位精度；&剎緊力矩的大小；C.密封性能；4 回轉(zhuǎn)定位速度；&承載能力；/精度保持性。
本章闡述了精密復(fù)合式鏜銑加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，在綜合分析 國(guó)內(nèi)外的立臥式加工中心總體布局的基礎(chǔ)上，總結(jié)了各種機(jī)床運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)分配形 式的特點(diǎn)。(2)以裝甲車的精密復(fù)雜箱體類零件為對(duì)象，分析了零件的結(jié)構(gòu)特征以及對(duì) 加工該類零件的設(shè)備進(jìn)行需求分析，綜合運(yùn)動(dòng)部件的輕質(zhì)量、高剛度要求，確定 了將單龍門式鏜銑加工中心和臥式鏜銑加工中心相結(jié)合，采用電主軸和機(jī)械主軸 的雙主軸的單龍門立臥布局的復(fù)合化結(jié)構(gòu)。
本論文課題以蘇州江源精密機(jī)械有限公司與意大利共同合作研發(fā)的TH6213臥式 鏜銑加工中心主軸及主軸箱部件為研宄對(duì)象。該款機(jī)床研發(fā)項(xiàng)目被列為2011年度江 蘇省工業(yè)支撐項(xiàng)目以及2014年度江蘇省重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目。
鏜銑加工中心是一種鏜銑床復(fù)合式的精工機(jī)床，由于鏜銑床共用一 個(gè)工作臺(tái)，所以鏜銑床不能同時(shí)工作，必須被分在兩個(gè)軸組中，所以對(duì)其控制的 精工系統(tǒng)要有多通道多軸控制的能力?；诳刂乒δ芎头€(wěn)定性要求，本加工中心 選用了 UMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器為下位機(jī)，以工控機(jī)（IPC)為上位機(jī)，即采用“NC 嵌入PC”型開放式精工系統(tǒng)控制鏜銑加工中心。該精工系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用主從 結(jié)構(gòu)，IPC的CPU為主CPU,主要負(fù)責(zé)精工系統(tǒng)的管理和人機(jī)交互等功能的實(shí)現(xiàn)。 UMAC的DSP為從CPU,負(fù)責(zé)底層的速度和軌跡控制等。其中工控機(jī)與UMAC 通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，加工中心精工系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。