各种立式、卧式、五轴加工中心各部分结构的形式种类及特点

CNC车床分为卧式和立式车床，还有就是简易数控车床。卧式数控车床，定义方式为主轴是水平放置，主要进给轴有两个轴X、Z，主轴前端以锥度端面定位联结卡盘或车削夹具，卡盘及夹具需做严格的动平衡，否则机床主轴会产生振颤。卡盘有液压、手动之分，有三爪、四爪、多爪和花盘等各个分类。主轴与主轴电机的联结方式基本上分为两种，一、同步带传动；二、齿轮箱传动。同步带传动一般用于较小型的车床，为满足机床切削的功率要求，电机功率会选择大一些的；转速一般会超过4000RPM，多用于要求转速较高的有色金属及较小的轴类零件加工。齿轮箱传动多用于大型机台，用户的加工需要用到较大的切削扭力，或者客户的加工要求是以车代磨的方式。转速一般不会超过4000RPM，多用于重型切削或大型轴类零件的加工。床身设计一般有:鞍型、方箱底座、30°斜背、45°斜背设计。刀塔部分，常见的形式有液压、电动刀塔两种，刀位一般分10刀位和12刀位特大型机床除外，刀具接口有标准的刀方、圆柱接口也有Coromant的Capto接口。含有标准的切削液接口。应用，此类机床用途广泛，涵盖的行业很多。例如:汽车、摩托车工业的曲轴、凸轮轴、传动轴等零件；汽轮机转子；航空、航天用轴类零件；机床行业的轴类零件等等。立式数控车床，定义位主轴为垂直放置。主要进给轴有两个轴，主轴安装介面以花盘为主。主轴箱同样分两种方式，因加工对象不同，主轴功率一般较大。床身设计为立式结构，大型数控立车会做门型设计，方便加工。立车刀库类似加工中心刀库，车削头接口有BT或其它形式，可自动换刀。应用，此类机床主要用于车削盘类零件，例如:火车机车的车轮、方向架等；发电机组端盖等；汽车、摩托车轮毂、刹车盘等…加工中心的种类较多，有立式、卧式、龙门、落地镗铣、多轴加工中心。卧式加工中心，目前国内多见国外品牌，主轴水平放置，主轴转速不同使用不同刀具接口，ISO40主轴转速10000RPM以下一般选择BT、ISO、DIN69871等，8000～15000RPM可以选择BBT、HSK；15000RPM以上应选择HSK，CAPTO。ISO50主轴划分方式为转速6000RPM以下；6000～10000RPM；10000RPM以上。ISO4015000转、ISO5010000RPM以上一般使用电主轴，即主轴就是电机转子，功率较大，润滑采用油气润滑。对于低转速机床，电机采用同步带联结或齿轮箱联结，也有直联式结构。机床结构一般情况下分为两种:正T型和倒T型，正T型结构是X轴动柱，倒T型结构是Z轴动柱。需要注意的是Y轴在工作台面上有一段范围是加工的盲区。工作台形式一般标准为点阵螺孔台面，也有使用T型槽的工作台。双工作台，台面小于800x800mm的采用旋转式交换方式，台面大于800X800mm采用直进式交换方式。更大的台面就只有一个工作台。刀库形式有刀盘式和链式交换臂方式，刀库容量有60、80、120、160、180…可根据客户需求选择。应用，此类机床多用于加工汽车、摩托车发动机缸体、缸盖、变速器壳体；制动钳、制动泵；箱体类零部件；压缩机的壳体；大型模具的模架、型腔较深的中大型模具…立式加工中心，主轴垂直放置，目前国内有大量的台湾产品及进口欧美设备，也有相当多的国产品牌在同一个市场竞争，近两年来有民营企业也参与进来，使此类机床销售市场成为国内最竞争的市场。每年国内需求量约为4500～5000台。机床主轴接口的划分方式与卧式加工中心基本相同。机床结构从侧面看为C型结构，此种结构只适合Y轴小于1200mm，如大于此数值，因主轴头部悬伸过长，会造成主轴头部刚性不足，在加工时会产生振颤现象，所以一般情况下可以看到X轴行程较大的立式加工中心，Y向行程较大的很少看到。从轴向运动方式来区分的话，大至分为定柱式、动柱式和全动柱式。定柱式为传统机床结构，立柱固定于底座之上，X轴Y轴相互垂直重叠安装与立柱前面。此种方式对机床的三轴驱动电机功率要求不高，轴向运动对机床的控制系统有较迅速的相应，比较容易解决机床爬行问题。动柱式为工作台只做X或Y向运动，相应的立柱会做Y或X向运动。这种设计方式对立柱的驱动电机有较大的功率要求。全动柱式设计为工作台固定，立柱固定于X、Y轴上，此种结构对X、Y轴的驱动电机功率要求较大，所以机床相对较小，一般多会安装双工作台，可以附加旋转交换工作台。机床刀库多见斗笠式和双向换刀臂方式，也有头部圆盘式换刀方式。斗笠式换刀一般用于对换刀频率、换刀时间要求不高的加工，双向换刀臂的刀库换刀速度快，刀具重量可以用到较大。头部圆盘式换刀方式对机床要求较高，多用于进口高级立式加工中心，如设计合理，换刀效率极高。工作台有点阵式螺孔和T型槽两种类型，针对大批量的零部件生产，小型机床也可以选配交换工作台。交换方式有旋转式和直进式，直进式中分齿轮齿条和油压驱动摆臂两种方式。应用，此类机床为泛用型机床的代表，它广泛应用于涉及到金属切削领域的各行各业，随着工业产品的生产方式向多品种小批量的生产方式转变，此类机床需求量会不断攀升，众多机床厂商甚至为了适应市场需求对标准设备进行转机化改造，接受非标定制。龙门型加工中心，此类机床的定义为机床主轴立式放置。主轴划分方式与卧式加工中心相同。机床结构，机床立柱为双立柱，Y轴为横梁，与立柱成门型结构，Z轴与主轴箱一起沿门型横梁移动，此类设备因是门型结构，所以机床的Y轴行程可以做到很大，解决了立式加工中心Y轴行程局限。此类机床从X轴行程600mm到几十米，行程跨度极大，如在主轴头部安装角度头，机床就称为龙门五面体加工机，可以做到一次装夹加工五面。对大型设备的基础结构件的加工精度有很好的保障。相对小型的机器，工作台可移动，使用T型槽。大型机床为定工作台，立柱移动，也是使用T型槽。刀库，机床刀库在机床侧面，一般是链式刀库，换刀臂换刀。特殊的是角度头也可以自动更换。应用，龙门机床多用在需要大型零件加工的场所，如:造船工业结构件的加工，机床业基础件的加工，汽车业覆盖件模具的加工，大型水压机模具的加工，纺织机械行业大型机架的加工等等，因门型结构的稳定性，在小型高精度模具加工中也会选择此类结构，如加工电脑接插件模具，树脂镜片注塑模具等等。落地镗铣床，此类机床为卧式主轴，主轴功率一般很大，采用齿轮箱传动，机床主轴转速不会太高。主轴接口多用ISO的接口形式。机床结构，机床同样根据X轴行程大小不同制造成定柱式和动柱式，机床Y轴滑轨装于立柱侧面；Z轴侧挂于立柱侧面，因其形状颇似枕头，故称之为滑枕，在滑枕内有一可伸出、缩进的主轴头，称之为W轴，轴径较细，行程比Z轴行程略小。这种结构主要解决了在机械加工中，很多零件是较为深孔或干涉较多的难加工问题。小型机床的工作台是T型槽结构，因工作台较小，所以有的机床工作台可以分度。大型机床工作台为定工作台，立柱移动。落地镗铣床一般不装刀库，也有用户装刀库，但刀库装刀数量不多。应用，此类机床多用于难加工的大型机架类零件，要求主轴悬伸较长。例如:一些机器的主轴箱的加工，大型船用发动机的加工等等。多轴加工中心，此类机床驱动轴多为五轴或以上轴数，国内目前所见多为欧洲产品。机床一般较小，功率大小一般。主轴接口一般采用HSK、CAPTO形式。主轴转速较高，一般在10000RPM以上。机床结构，以五轴机床为例，此种机床主结构类似于立式加工中心的结构，一般机床较小，除正常的X、Y、Z三轴外还有旋转轴，A、B、C轴，常见的有工作台可沿X、Y平面B轴，Y、Z平面A轴同时旋转做千分之一分度，立柱为全动柱形式；或者，工作台可沿X、Y平面，主轴沿X、Z平面C轴在一定角度内连续摆动。 这样可以根据不同的加工需要，选择不同联动轴的机床。工作台一般为圆形，成十字花盘结构，便于装夹被加工零件。刀库，多见双向换刀臂结构。应用，此类机床多用于高精密机床零部件的加工，特别是针对有复杂曲面的零件加工，可以有很好的效果。例如:航空、航天工业中飞机、火箭的零部件，兵器工业的常规武器零部件；飞机发动机的叶轮，各类发电机组的动力叶轮的加工等等。多功能机床，常见的有车铣复合加工机床、车削中心和特殊用途机床。车铣复合加工中心，主轴部分有卧式的车床轴，结构与车床主轴类似，可做普通车削主轴应用，功率较大，车床轴上安装有分度装置，可进行千分之一度连续分度，类似于CNC转台的共用。另外机床还安装有一铣主轴，一般刀具接口为BT、HSK、CAPTO等，可做普通铣削主轴使用，功率等级一般略小于立式加工中心。刀具通过主柄转接可安装车削刀具、旋转刀具，铣削轴可沿几个方向移动X、Y、Z。一般车铣复合机床，安装车铣轴，也有机床同时加装车削通用刀塔，即机床同时会安装车刀塔和双向换刀臂刀库。可根据不同的加工需求选择不同的刀塔或铣削轴加工。应用，该类机床因价格较为昂贵且技术含量较高，目前国内所见大部分为国外产品，主要用于复杂轴类零件的加工上，减少了复杂轴类零件加工的装夹次数，有效保证了零部件的加工精度。例如:枪支中的枪栓部件、纺织机械中的纺丝轴、飞机的起落架轴等等。车削中心，主轴和车铣复合机床具有同样的结构功能，作为主切削轴，轴电机功率较大。机床没有铣削轴。刀塔，此类机床刀塔称为动力刀塔，即刀塔内含有动力传动机构，除使用普通车削刀具外，还可以通过安装动力刀头安装铣削刀具，但因结构设计的限制，动力刀塔的功率都偏小，只能做小量的铣削工作，并且机床有的没有Y轴，即使安装有Y轴，轴向精度也较差。应用，此类机床介于CNC车床和车铣复合加工机床之间，在车铣复合机床成熟应用之前一直用来加工复杂轴类零件，但因其应用上的局限性，目前已逐渐被车铣复合机床所代替，一般被用来加工复杂但精度要求不高的小型零部件。例如:汽车转向节球头保持架等等。特殊用途机床，简单讲一下，目前还有多立柱机床，多主轴机床和利用模糊控制理论来控制机床运动的新型机床。多立柱机床顾名思义即机床有多个立柱，可同时对零件进行加工，例如:上海磁悬浮的轨道梁，因其单个轨道梁就有60m长，但因磁浮列车高速运行时在转弯的时候对轨道的运动曲面要求很高。所以就有了专门设计的轨道加工机。多主轴机床，目前有双主轴加工中心，双主轴双刀塔车床等金属切削机床，多用于大批量生产时使用。模糊控制运动的机床，目前运用较少，从直观上看机床的主轴即运动轴象一个六脚的蜘蛛，可自由旋转加工。可以参见COROMANT图像资料。机床分类可见投影。数控系统，数控系统的好坏直接影响模具的加工精度，对刀具的使用也至关重要。目前大多数机床厂商都使用SIEMENS、FANUC的数控系统，即使有的厂家没有打出这两家的商标，实际上他们也是使用数控系统厂家的基础模块，在增加了与机床相匹配的二次开发的数控功能之后，取了自己的名字推向市场。数控系统的计算功能直接影响机床的运动控制精度。如，机床在加工模具的过程中，轴向运动的控制精度和运动的顺畅性至关重要，这需要控制系统有很高的计算能力。如果机床在加工模具的时候，加减速和转角加减速对正确描述加工路径非常重要，解决好这两个难题，加工出的模具曲面才会最接近理论值。而我们刀具在平滑、稳定、均匀的切削使用环境中才可以减少磨损、保持精度。