漢川數(shù)控機(jī)床股份公司技術(shù)中心工藝主管 念 勇

通信技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電腦和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的發(fā)展。近年來，跟隨數(shù)字時(shí)代的發(fā)展步伐，以移動(dòng)電話及電信產(chǎn)業(yè)為主軸，手機(jī)、無線通訊設(shè)備、傳輸設(shè)備、筆記本電腦、各種電腦硬件體及各周邊設(shè)備等3C產(chǎn)品，漸漸發(fā)展為世界性的新興科技產(chǎn)業(yè)，是目前發(fā)展最迅速的一種產(chǎn)業(yè)。3C產(chǎn)品款式多樣，所用的零件除了內(nèi)部的電路板、屏幕外，其余大部分零件，包括外殼和內(nèi)部零件主要有塑膠和鈑金類零件兩類。

塑膠制品如手機(jī)、鼠標(biāo)、數(shù)碼相機(jī)的外殼，這類零件形狀各異，考慮到設(shè)計(jì)的美觀和實(shí)用性，又以復(fù)雜曲面居多，技術(shù)難度集中在復(fù)雜曲面的加工上，對(duì)機(jī)床的加工效率、精度、自動(dòng)程度有著更高的要求。對(duì)于這一類零件，通常用注塑模注塑成型，再加工成我們需要的零件。用UG、Pro/E等三維軟件進(jìn)行三維建模、分模，用CAM編程功能生成數(shù)控加工程序，最終在數(shù)控機(jī)床上完成模具及其零件的加工。鈑金類零件如電腦機(jī)箱，交換設(shè)備、傳輸設(shè)備等的外殼和一些電子類消費(fèi)產(chǎn)品的內(nèi)部零件，這類零件批量大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，用模具沖壓成形。針對(duì)這兩類零件的形狀特點(diǎn)，最適宜加工這兩類零件的機(jī)床是立式加工中心。

一直以來，這些領(lǐng)域的機(jī)床，尤其是數(shù)控高速加工機(jī)床，全部被國外機(jī)床制造商壟斷，改變3C產(chǎn)品制造依賴進(jìn)口是國產(chǎn)機(jī)床制造企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。漢川機(jī)床是我國機(jī)床行業(yè)集產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)為一體的重點(diǎn)大型骨干企業(yè)，是國家精密數(shù)控機(jī)床的重要生產(chǎn)基地，有40多年的機(jī)床研發(fā)制造基礎(chǔ)，有著立式加工中心制造的豐富經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)國內(nèi)3C產(chǎn)品加工機(jī)床研發(fā)的現(xiàn)狀， 2009年，中國機(jī)械工業(yè)質(zhì)量管理協(xié)會(huì)授予漢川機(jī)床集團(tuán)有限公司的“漢川”牌立式加工中心（見圖1）XH714D、XH715D、XH716D為“全國機(jī)械工業(yè)用戶滿意產(chǎn)品”。

圖1 立式加工中心使用現(xiàn)場(chǎng)

公司主要產(chǎn)品

我公司的立式加工中心工作臺(tái)外形尺寸（寬×長(zhǎng)）涵蓋了400mm×900mm、520mm×1200mm、650mm×1400mm、880mm×2160mm各個(gè)中、小規(guī)格領(lǐng)域，主軸最高轉(zhuǎn)速8000r/min，快速移動(dòng)速度有20000mm/min和36000mm/min兩種規(guī)格，廣泛適用于機(jī)械制造業(yè)及其他行業(yè)。

該系列機(jī)床采用單立柱、縱床身、十字滑臺(tái)、正掛主軸箱，并配有刀具—工件冷卻系統(tǒng)（可氣、液自動(dòng)轉(zhuǎn)換）和相應(yīng)的氣動(dòng)、液壓系統(tǒng)、并且對(duì)主軸系進(jìn)行了強(qiáng)力制冷降溫，可實(shí)現(xiàn)高速、高進(jìn)給加工。三坐標(biāo)電動(dòng)機(jī)采用人字形不銹鋼護(hù)罩防護(hù)，工作臺(tái)采用全封閉護(hù)罩防護(hù)，并附帶鏈?zhǔn)阶詣?dòng)排屑器，使切屑及切削液得到安全、充分的回收，保證了人身安全和良好的生產(chǎn)環(huán)境。

全部基礎(chǔ)大件均采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵，樹脂砂鑄造工藝鑄造。工作臺(tái)、滑座、床身、立柱及主軸箱根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，進(jìn)行合理地布筋，從而保證其具有良好的抗扭曲和抗彎曲能力，同時(shí)具有良好的精度穩(wěn)定性。主軸采用兩點(diǎn)支撐，前端和后端采用五列高精度角接觸軸承形式，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高。主軸電動(dòng)機(jī)采用交流伺服調(diào)速電動(dòng)機(jī)，主軸軸承采用高精度主軸軸承，精度為P4級(jí)。冷卻采用外循環(huán)油冷方式。X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副均采用精密線性滑軌副，由于導(dǎo)軌副之間摩擦方式為滾動(dòng)摩擦，動(dòng)靜摩擦系數(shù)小，因此，可達(dá)到很高的定位精度及重復(fù)定位精度，定位精度高，可長(zhǎng)時(shí)間維持高精度，可同時(shí)承受上、下、左、右方向的負(fù)載，組裝容易，互換性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤滑方便可靠。

用立式加工中心加工的3C產(chǎn)品如圖2所示。圖3是在XH714D立式加工中心上加工的手機(jī)模型。由于手機(jī)模型是由一個(gè)上、下表面和4個(gè)側(cè)面組成的，這6個(gè)面如何高效、精確地加工出來是手機(jī)加工首先要解決的問題?；谏鲜銮闆r，若使4個(gè)側(cè)面能夠平滑過渡，就要使手機(jī)模型一次成形，一次裝夾加工完所有的面，避免二次裝夾，所以選擇在XH714D機(jī)床上增加附件轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)四軸功能，把棒料用自定心卡盤夾緊，采用一夾一頂?shù)姆椒ǎㄒ妶D4），每加工完一個(gè)面，旋轉(zhuǎn)90°，再加工另一個(gè)表面，依次類推，加工完4個(gè)面。對(duì)于兩端未加工到的區(qū)域，鉗工修磨平整。

圖2 產(chǎn)品實(shí)例

圖3 某手機(jī)模型

圖4 定位夾緊

最新式的高速五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步及用戶要求的不斷提高，立加加工中心向高速多軸方向發(fā)展，2013年，我公司研發(fā)并制造了最新式的高速五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心HVMC500F5（見圖5），將于2014年2月24～28日在上海國際展覽中心（SNIEC）舉辦的第八屆中國數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)（CCMT2014）展出。該機(jī)床提供3種選擇，HVMC500實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)，HVMC500R可以實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動(dòng)，HVMC500F5能夠?qū)崿F(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)。

該機(jī)床采用床身、工作臺(tái)固定，橫梁移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，刀具有X、Y、Z運(yùn)動(dòng)，刀庫采用固定式刀庫，主軸抓刀，為動(dòng)柱式立式數(shù)控機(jī)床，這是考慮到高速運(yùn)動(dòng)的特殊性，在保證機(jī)床足夠剛度的情況下，盡量減少運(yùn)動(dòng)的慣量，使得機(jī)床高速加工中的跟蹤誤差趨于最小，最終提高高速加工的精度和質(zhì)量。主要用于中小尺寸和中小重量的各種基礎(chǔ)大件、板件、盤類件、殼體件、模具等多品種零件的加工。

圖5 HVMC500F5高速五軸聯(lián)動(dòng)

該機(jī)床加工工藝參數(shù)：主軸最高轉(zhuǎn)速12000r/min，快速移動(dòng)速度45000mm/min，固定工作臺(tái)（寬×長(zhǎng)）560mm×1200mm，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)φ500mm，轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)360°，擺動(dòng)-110°～110°。

該機(jī)床橫梁采用兩條直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，具有極高的承載能力、卓越的高速性能，壽命長(zhǎng)，噪聲低，長(zhǎng)期無需維修保養(yǎng)，有極佳的穩(wěn)定性，全閉環(huán)控制，定位準(zhǔn)確，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)異。導(dǎo)軌絲杠具有可靠的防塵、防水、防切屑的裝置。刀庫放置于床身兩導(dǎo)軌之間，減少了占地面積，結(jié)構(gòu)緊湊。采用傘形刀庫，動(dòng)作準(zhǔn)確、換刀速度快、可靠性高。排屑器放在工作臺(tái)的下面，保證切屑快速導(dǎo)入排走，熱量不會(huì)傳至床身，提高機(jī)床的加工精度。采用全封閉防護(hù)裝置，確保加工環(huán)境安全、整潔。

以圖2手機(jī)模型在HVMC500F5高速五軸聯(lián)動(dòng)立式加工中心上的加工為例，針對(duì)手機(jī)模型上曲面多的特點(diǎn)，選擇在HVMC500F5機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)中間裝一個(gè)自定心卡盤夾緊棒料，如圖6所示，通過轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺臺(tái)的擺動(dòng)，使手機(jī)模型一次裝夾加工完5個(gè)面。

圖6 定位夾緊

HVMC500F5機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)，采用力矩電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)臺(tái)連續(xù)分度，最小分度精度可達(dá)0.0001°，而且實(shí)現(xiàn)了“零”反向間隙，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、剛性好、易加工裝配等特點(diǎn)，可以滿足高速加工需求。而在XH714D上增加的轉(zhuǎn)臺(tái)采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿副傳動(dòng)，其缺點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，零件數(shù)量多，關(guān)鍵零件加工精度要求高，生產(chǎn)制造困難，且磨損會(huì)使得蝸輪蝸桿副反向間隙增大，影響分度精度。特別是由于蝸輪蝸桿副的傳動(dòng)比大（通常為90～200），使得數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的最高轉(zhuǎn)速受到限制，不能滿足高速加工需求。

結(jié)語

高速多軸數(shù)控機(jī)床是解決當(dāng)今3C產(chǎn)品加工的一個(gè)重要發(fā)展方向，世界各國都在全力發(fā)展此項(xiàng)核心技術(shù)，但這些國家在“高、精、尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國實(shí)行封鎖和限制政策。我國是制造大國，在向制造強(qiáng)國前進(jìn)的過程中，尤其是在新技術(shù)、新工藝方面，要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)研究開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，為我國3C產(chǎn)品制造乃至整個(gè)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。