秦川機(jī)床：HMC1200/5S五軸臥式加工中心
2021-1-18 來源：秦川機(jī)床工具集團(tuán)股份公司 作者：-
隨著制造業(yè)水平的不斷提高，各制造領(lǐng)域?qū)ξ遢S高精度加工設(shè)備的需求日益突出，在航空航天領(lǐng)域尤為明顯，而國產(chǎn)五軸臥式加工中心機(jī)床與國外相比，其精度、可靠性等方面還存在一定的差距，整體停留在中低端水平，高端設(shè)備基本依賴進(jìn)口。
高精度五軸臥式加工中心設(shè)備可提高加工零件質(zhì)量，縮短制造周期，尤其在航空航天領(lǐng)域一些形狀復(fù)雜的異形零件的加工中更具優(yōu)勢。航空航天類零件多為高溫合金、鈦合金、不銹鋼、鋁鎂合金等，零件外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有加工難度大、加工周期長等特點(diǎn)。鈦金屬在加工過程中會產(chǎn)生較高和較集中的切削力，容易產(chǎn)生振動而導(dǎo)致切削時(shí)出現(xiàn)震顫，并且在切削時(shí)還容易與切削刀具材料發(fā)生反應(yīng)，此外它的導(dǎo)熱性差，切削過程會產(chǎn)生大量的熱，而在制造這類零件時(shí)，恰恰需要通過銑削來去除大量材料，因此機(jī)床的熱穩(wěn)定性及精度是此類零件成功的關(guān)鍵所在。
高精度五軸臥式加工中心的成功研制可實(shí)現(xiàn)我國五軸臥式加工中心設(shè)備從低端到高端，從中低產(chǎn)品到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，可解決航空發(fā)動機(jī)類零件加工難度大、加工效率低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)五軸臥式加工中心設(shè)備在航空發(fā)動機(jī)各類零件單批次、生產(chǎn)線批量化生產(chǎn)加工應(yīng)用，替代部分進(jìn)口設(shè)備。此設(shè)備也可用于軍工、船舶、醫(yī)療、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，對提高我國機(jī)床設(shè)計(jì)制造水平和先進(jìn)機(jī)械加工工藝水平具有重要意義。
秦川機(jī)床引進(jìn)瑞典SAJO技術(shù)，結(jié)合公司的“三精”制造優(yōu)勢，研制的HMC1200/5S五軸臥式加工中心機(jī)床（見圖1）,非常適合航空、航天、軍工、能源等復(fù)雜、難加工零件的加工需要。
圖1：機(jī)床外形圖
一、HMC1200/5S五軸臥式加工中心簡介
機(jī)床采用T型結(jié)構(gòu)形式，強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好。床身后部支撐立柱，立柱左右移動為X軸，最大行程2000mm。擺動頭結(jié)合在立柱上，擺動頭上下方向移動為Y軸，最大行程1750mm。前床身上方裝有轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺前后方向移動為Z軸，最大行程1800mm。擺動頭偏擺采用機(jī)械式雙齒輪消隙結(jié)構(gòu)，主軸在Y、Z平面內(nèi)擺動為A軸，擺角范圍-100°～+60°。臺面繞中心作回轉(zhuǎn)運(yùn)動為B軸，可實(shí)現(xiàn)±360°回轉(zhuǎn)，工作臺面采用T型槽型式。機(jī)床配有液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液壓動作的自動控制執(zhí)行。機(jī)床采用全封閉罩殼形式，以防冷卻液和鐵屑飛濺。配有自動排屑系統(tǒng)以及切削液自動循環(huán)系統(tǒng)，冷卻循環(huán)系統(tǒng)用于工件冷卻以及將工件和夾具上的鐵屑沖走。每一軸承組件和滾珠絲桿螺母均有注脂孔，由中央潤滑系統(tǒng)自動潤滑。導(dǎo)軌、滾珠絲桿配有可伸縮式鋼防護(hù)罩保護(hù)不受鐵屑和冷卻液侵蝕。機(jī)床各進(jìn)給軸電機(jī)全部采用交流伺服電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償?shù)裙δ堋C(jī)床X、Y、Z、A、B采用全閉環(huán)控制，提高機(jī)床加工精度。機(jī)床總體結(jié)構(gòu)如圖2所示：
圖2：機(jī)床總體結(jié)構(gòu)圖
二、主要技術(shù)指標(biāo)（見圖表）
三、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
（1）主機(jī)部分
▲ 采用機(jī)械式擺動頭，切削主軸有電主軸和機(jī)械式兩種類型，可滿足不同用戶的加工需求。偏擺軸采用雙齒輪消隙結(jié)構(gòu)，利用秦川最擅長的齒輪加工技術(shù)，此驅(qū)動結(jié)構(gòu)剛性好、扭矩大、精度高。采用氣動鉗夾系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，夾緊扭矩大，提高可靠性及使用安全性。切削主軸有電主軸和機(jī)械式主軸兩種類型可選，電主軸最高轉(zhuǎn)速7000r/min，最大扭矩700N·m；機(jī)械式主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min，最大扭矩可達(dá)1250N·m。主軸剛性好，精度高，適合鈦合金、高溫合金等材料的加工。
▲ 轉(zhuǎn)臺采用秦川傳統(tǒng)的高精度蝸輪副制造技術(shù)，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，剛性好，精度高，回轉(zhuǎn)精度8＂以內(nèi)。
▲ 刀庫采用桁架式伺服換刀小車單元，可以隨最終的主軸加工位置進(jìn)行任意位置換刀，換刀速度快，效率高。
▲ 機(jī)床采用T型結(jié)構(gòu)形式，提高剛度及穩(wěn)定性，可以很方便提供工作托盤交換方式及相關(guān)配置，組成柔性制造單元和自動化生產(chǎn)線。
▲ 可配置大型刀庫管理系統(tǒng)（200把刀）。
▲ 進(jìn)給軸采用高精度滾動直線導(dǎo)軌，采用伺服電機(jī)驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)無間隙、高靈敏度直線運(yùn)動。
▲ 采用高精度滾珠絲杠,傳動精度高，壽命長。
▲ 機(jī)床主要支撐部分采用高精密軸承，精度高，使用壽命長。
▲ 具備工件自動測量（選配）。
▲ 具備激光機(jī)內(nèi)對刀儀，兼具斷刀檢測（選配）。
▲ 具備刀庫管理，集成RFID讀寫裝置，能夠?qū)⒌毒邤?shù)據(jù)寫入數(shù)控系統(tǒng)刀具內(nèi)存（選配）。
▲ 具備自適應(yīng)加工（選配）。
▲ 具備主軸防碰撞功能（選配）。
（2）數(shù)控系統(tǒng)
▲ 采用華中HNC-848D數(shù)控系統(tǒng),或西門子840DSL數(shù)控系統(tǒng)（選配）。
▲ 配置符合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的操作控制面板。
▲ 可實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)、數(shù)控系統(tǒng)故障自動檢測、故障報(bào)警等功能。
▲ 配帶可移動存儲設(shè)備，用于程序的導(dǎo)入、導(dǎo)出，操作面板部位設(shè)有與計(jì)算機(jī)通訊的接口，并配有通訊軟件。
▲ 配備手持單元，手持式脈沖編碼器帶軸、倍率選擇開關(guān)。
▲ 支持多種編程方式，可訪問外部存儲設(shè)備進(jìn)行在線加工。
▲ 主軸和進(jìn)給軸系統(tǒng)采用成套的數(shù)字交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)。
▲ 伺服系統(tǒng)為全閉環(huán)控制方式。
▲ 伺服電機(jī)防護(hù)等級：IP64。
▲ 支持通過以太網(wǎng)進(jìn)行機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)以及報(bào)警數(shù)據(jù)的讀取。
▲ 支持通過以太網(wǎng)進(jìn)行NC程序在數(shù)控機(jī)床和服務(wù)器之間的傳送以及NC程序在服務(wù)器端的集中管理的功能。
▲ 五軸全閉環(huán)測量裝置，光柵尺作用在軸上直接測量位置。
（3）電氣系統(tǒng)
▲ 電箱密閉并設(shè)有冷卻空調(diào)，采用環(huán)保介質(zhì)。
▲ 總電源開關(guān)自帶安全鎖，安裝在電控柜側(cè)面。
▲ 電箱門設(shè)置安全保護(hù)連鎖裝置，并在機(jī)床維護(hù)時(shí)能夠解除互鎖。
▲ 電箱內(nèi)電氣元件布局、走線規(guī)范、合理。設(shè)備外圍管線整齊美觀，安裝牢固。機(jī)床電源部位、分線盒部位等位置設(shè)有帶電警告永久性標(biāo)志。所有的標(biāo)識、標(biāo)志清楚、醒目。
▲ 低壓電氣元器件選用知名品牌產(chǎn)品，在防護(hù)罩內(nèi)的電器元器件防護(hù)等級為IP54。
▲ 電控柜配置安全電壓照明燈。
▲ 配備三色報(bào)警燈。
（4）液壓系統(tǒng)
▲ 液壓油箱設(shè)低液位報(bào)警及液溫報(bào)警。
▲ 配置系統(tǒng)壓力使用范圍標(biāo)牌，各壓力表標(biāo)明要求的壓力使用范圍。
（5）潤滑系統(tǒng)
▲ 所有機(jī)床導(dǎo)軌和絲杠副都采用自動集中潤滑系統(tǒng),注脂時(shí)間間隔及注脂量可調(diào)。
▲ 機(jī)床的每個(gè)潤滑點(diǎn)均可得到充分的潤滑。若有異常屏幕可顯示潤滑故障，并停機(jī)警報(bào)。
（6） 冷卻系統(tǒng)
▲ 機(jī)床冷卻系統(tǒng)包括工件冷卻、主軸中心冷卻、機(jī)床及工件沖洗、排屑及過濾系統(tǒng)等。
▲ 水箱有效容量1650L，機(jī)床冷卻系統(tǒng)采用二級過濾系統(tǒng)。
▲ 機(jī)床排屑系統(tǒng)包括工作臺兩側(cè)的螺桿排屑器及機(jī)床前端的起升式排屑器。
▲ 機(jī)床上用于工件冷卻的噴嘴方向均可調(diào)節(jié)。
▲ 電主軸冷卻由恒溫控制的水冷機(jī)通過循環(huán)水冷卻。
四、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
（1）擺動頭偏擺結(jié)構(gòu)采用機(jī)械式雙齒輪消隙驅(qū)動結(jié)構(gòu)，利用秦川最擅長的齒輪加工技術(shù)，驅(qū)動結(jié)構(gòu)剛性好，扭矩大，精度高。與其他常見驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式相比具有明顯優(yōu)勢，常見結(jié)構(gòu)形式有：
①、蝸輪蝸桿驅(qū)動結(jié)構(gòu)：此結(jié)構(gòu)剛性好、扭矩大，但應(yīng)用在擺動頭中由于蝸輪只有局部接觸，使用過程中局部易發(fā)生磨損，精度容易走失。
②、力矩電機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)：此結(jié)構(gòu)傳動精度高，但扭矩偏小，電器元器件發(fā)熱易損壞，影響使用壽命。
秦川自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的擺動頭采用雙齒輪消隙驅(qū)動結(jié)構(gòu)，兼具高剛性，大扭矩，同時(shí)保證了加工過程中的高精度、高可靠性和長使用壽命。擺動頭驅(qū)動結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3
擺動頭切削主軸分為電主軸和機(jī)械式主軸兩種類型，可滿足不同用戶的加工需求。電主軸最高轉(zhuǎn)速7000r/min，最大扭矩700N·m；機(jī)械式主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)6000r/min，最大扭矩可達(dá)1250N·m。主軸剛性好，精度高，適合鈦合金、高溫合金等材料的加工。
（2）刀庫采用桁架式伺服換刀小車單元，可以隨最終的主軸加工位置進(jìn)行任意位置換刀，速度快，效率高。可配置大型刀庫管理系統(tǒng)（最大200把刀），集成RFID讀寫裝置，能夠?qū)⒌毒邤?shù)據(jù)寫入數(shù)控系統(tǒng)刀具內(nèi)存。
五、技術(shù)水平
五軸臥式加工中心精度分為普通級、精密級和高精度三個(gè)等級，國產(chǎn)五軸臥式加工中心設(shè)備多為普通級，精密級、大規(guī)格的高精度五軸臥式加工中心設(shè)備較為稀少。秦川機(jī)床引進(jìn)瑞典SAJO技術(shù)，結(jié)合公司的“三精”制造優(yōu)勢，研制的高精度五軸臥式加工中心在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，可替代部分進(jìn)口加工設(shè)備。此產(chǎn)品核心部件大扭矩、高精度擺動頭、轉(zhuǎn)臺均為自主研發(fā)，回轉(zhuǎn)軸定位精度8＂，重復(fù)定位精度4＂以內(nèi)。采用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，產(chǎn)品國產(chǎn)化率高，具有高精、高效、高可靠性的特點(diǎn)，可滿足鈦合金、高溫合金等材料的重切削和鋁鎂合金等材料的高速切削加工，非常適合航空、航天、軍工、能源等領(lǐng)域的加工需要。
六、市場定位及產(chǎn)業(yè)化前景
秦川自主研制開發(fā)的高精度五軸臥式加工中心可用于航空、航天、輪船等行業(yè)各類箱體、盤環(huán)類零件的復(fù)雜型面加工，以及端面、徑向及斜孔的半精加工和精加工；能一次裝夾完成鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻絲、銑型面等多種加工；特別是精密孔加工，充分發(fā)揮其加工中心的高效、高精及高可靠性,解決復(fù)雜異形零件加工難度大、加工效率低、加工質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)五軸臥式加工中心設(shè)備在各類零件單批次、生產(chǎn)線批量化生產(chǎn)的加工應(yīng)用。此機(jī)床可加工材料包括高溫合金、鈦合金、不銹鋼、鋁鎂合金等，可針對外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、加工周期長的零件提供最佳解決方案。
本產(chǎn)品精度高、剛性好、穩(wěn)定性好，可為航空航天類零件提供整套的解決方案，也可應(yīng)用于航海、醫(yī)療、汽車等工業(yè)領(lǐng)域，跟國內(nèi)同類機(jī)床設(shè)備相比具有明顯優(yōu)勢，可替代部分進(jìn)口加工設(shè)備，市場前景較好，可形成良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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