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2023.12.14

读懂机床本体结构,选购理想立式加工中心!

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  读懂机床本体结构,选购理想立式加工中心!机床本体的结构决定了机床的性能,其制造水平,装备质量直接影响以后的加工及精度。加工中心的各部件的稳定性直接影响机床精度的保持。机床本体材料一般为铸铁,据介绍有的公司使用的床身等部件在铸造完成后,需要放在冰冷的海水里浸泡两年,然后再进行加工,通过自然时效消除零件本身的铸造应力。普通立式加工中心通常为固定立柱的C形结构。其优点是结构简单、占地面积小,缺点是刚性稍差。其他的还有动柱式、双立柱式等,对于一般用户来说选择C形结构的机床即可。机床的自重是品质的保证。例如,同样台面尺寸的卧式加工中心,DMG加工中心的质量只有19t左右,而HulerHille公司的却达到31t,差异很大,一般标准规格的立式加工中心(工作台面750mmx550mm左右)重量也要在5t以上。

立式加工中心床身图片


  1.床身

  选择床身时要注意以下几点:

  1)两条导轨之间的距离应该尽可能宽,以保证滑座运动的刚性和稳定性。

  2)床身结构以对称为好,以便在受热变形时均匀一致,抵消对机床精度的影响。

  3)切屑应该能够尽快排出,避免堆积在床身上形成热源。

  4)机床前部最好留有空间,以便手动叉车的前轮可以伸进去,方便上下运输工件。

  2.滑座

  一般机床滑座的长度与重量远远大于工作台,X轴导轨安装在滑座上,滑块安装在工作台下面。但是有一种轻型加工中心,X轴导轨倒置在工作台下部,滑块安装在滑座上。滑座简化成一个薄片。用于精密加工的用户应慎选此类小滑座结构的机床。

  3.工作台

  工作台的宽度可能导致一些工件不能在该机床加工,但是工作台的宽度受主轴箱长度的限制不能无限大,因此选择宽台面的机床时要考虑到主轴与立柱的结构刚性。工作台上安装工件用的T形槽有的是三条,有的是五条。考虑到安装工件方便,选用五条较好,但不是必要条件。

  4.导轨

  小型机床通常选用滚动导轨,优点是摩擦力小,移动速度快,通常刚性不如滑动导轨。立式加工中心Z向移动距离较短,对效率的影响较小;又因为主轴系统直接承受加工中的作用力,Z向的刚性极为重要。因此,有些机床在Z向采用滑动导轨。导轨具有不同的公差等级,不特别指出时,厂家通常只配H级(高级)导轨,实际上P级(精密级)更好。选择设备时要作详细了解。导轨的截面越宽刚性越好;滑块大则滚动体大、滚动体与导轨的接触面也就大。因此,导轨越宽刚性越好。挑选设备时应当横向比较此项指标。两条Y轴导轨之间的距离越宽则床身越宽,就增加了毛坯尺寸。

  5.导轨防护罩

  对于高速机床此项尤其重要,国内机床附件供应商参差不齐,防护罩的材料、料厚、结构形式、价格差别很大,用户不可忽视。

  6.主轴箱

  机械主轴转矩大,其最高转速在12000r/min左右。主轴与主轴电动机之间有直接驱动和带传动两种形式。其中直驱形式结构简单,振动小、噪声低,但是轴向尺寸长;带传动对于主轴电动机的保护简单可靠且轴向尺寸短,在电动机与主轴之间以同步带连接,同步带及同步带轮的质量直接影响机床的加工性能。主轴电动机功率最少要达到7.5kW(连续运转)或11kW(30min短时),配置11kW/15kW的主轴电动机最好,但价格较高。电主轴转速高但转矩小,实用的电主轴的转速已经可以达到60000r/min。虽然结构简单、体积小,但是维护成本很高,每使用20000h就要送回厂家保养,为了使生产不间断常常要买两根主轴。一般用户选用机械主轴即可。以下几点注意事项很重要。

  1)常用的主轴转速在6000~8000r/min,如果经常加工小直径孔(例如直径1mm),就得选用最高转速10000r/min或以上的主轴了。

  2)相同参数下,主轴轴承直径越大,轴承线速度越低、刚性越好、寿命越长。

  3)主轴前端与刀柄连接的部位称作“主轴接口”,有形式和尺寸的区别。目前市场上主流机床匹配的接口主要有BT和HSK两种规格。BT刀柄市场保有量大,价格便宜,只是与其规格相当的HSK刀柄价格的1/3~1/2。常用的规格为BT40。HSK刀柄常用的规格为HSK63。

  4)考虑到经济原因,在立式加工中心上选用BT40的刀柄也可满足使用要求。只是无论选择哪种刀柄,尽量要有中心出水功能,且出水压力需达到1.5MPa或以上。这对于将来提高生产效率至关重要。

  5)主轴是最容易产生热的机床部件,主轴受热之后要伸长,轴承间隙要减少,除了影响加工精度以外,对于轴承寿命也有很大影响。国外研究发现轴承寿命与轴承内、外环的温度有很大关系。某一种轴承,当其内、外环的温差为0℃时,寿命为20000h;内环温度低于外环温度5℃时,寿命为50000h;内环温度高于外环温度5℃时,寿命为5500h。因此,带有主轴冷却油路是高精度加工的重要条件。

  7.刀库

  虽然无机械手式刀库机构简单、故障率低,但是换刀时间长。建议选择带机械手的刀库,投入资金增加得不多,但对于生产率的提高很重要。

  8.冷却系统

  此处指的是加工时冷却工件与刀具的系统。需要注意机床外罩切削液的渗漏问题,考查切削液喷管的品牌质量。切削液箱上要有液位显示,移进与搬出要方便,便于清理。可以考虑带自动排屑器的切削液箱,以减轻操作者的劳动强度。

  9.润滑系统

  润滑系统主要对主轴、导轨、丝杠等处的转动及传动进行润滑,分为脂润滑和油润滑两种。脂润滑是按部件分别进行的。油润滑一般分为两套回路,一般由PLC(可编程序控制器)自动控制。

  1)专门对主轴进行的油雾润滑可以有效降低主轴温度,提高主轴轴承的使用寿命,建议选用。

  2)对丝杠和导轨采用油润滑的好处是操作方便,便于观察润滑情况。提高了机床保养的可靠性。

  10.防护罩

  1)防护罩的首要条件是不能漏水。

  2)防护门要有一定的安全系数,两层有机玻璃中间加一层强力胶可获得比较好的结果。

  3)正门上方有横梁的结构整体刚性好,但是影响天车吊装工件,因此首先要考虑好在生产中上下搬运工件的方法与设备。

  4)防护门开关一定要轻快。

  5)前部要有安装水枪、气枪的快插接头。

  6)工作灯属于消耗品,其价格及灯泡的更换方法应作考虑。这些小零件的正品与赝品外观相差不大却价格悬殊,对于安全生产、提高效率影响很大。

  7)电气柜内部布线是否合理、整洁在一定程度上反映电气设计质量的高低。柜内一定要带温度控制系统,这样可以有效地减少高温环境下机床的故障率,提高电气元件的使用寿命。


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