[发明专利]一种五轴联动卧式加工中心机床

说明书

技术领域

本发明涉及机械制造设备，即一种用于钛合金等难加工材料复杂型面航空结构件高效、高精度加工的五轴联动卧式加工中心机床。

背景技术

近年来，随着航空航天行业的迅速发展，市场上对飞机的需求量越来越大，对现代飞机的性能要求也越来越高，钛合金以比其强度高、机械性能好和耐腐蚀性能强等特点在现代飞机上的应用越来越广泛，尤其在高性能战斗机中，钛合金所占的比例已超过40％。钛合金属于难加工材料，在实际加工中存在切削力大，导热率低，摩擦力大，易形成表面硬层等问题。同时，现代航空结构件多采用整体毛坯加工方式，零件去除率大，结构复杂，多薄壁、空穴、沟槽，且对零件的尺寸精度和表面质量要求越来越高。随着钛合金在现代飞机上所占比重的不断增加，钛合金航空结构件的数控加工质量和加工效率对航空制造企业的影响也越来越大。目前在钛合金航空结构件加工方面，传统加工方法采用低速、大扭矩机床，低转速、大切深的方式加工，加工效率极为低下。随着钛合金在航空结构件中的大量应用，钛合金航空结构件的加工效率问题将成为制约现代飞机研制、生产的瓶颈。因此，如何实现钛合金航空结构件的高效、高精度加工成为国内、外航空制造企业的一项难题。

钛合金航空结构件加工机床多为五轴联动数控机床，而能满足此要求的国产五轴联动数控机床极为鲜见，且主要为立式五轴加工中心机床，加工效率较低。采用卧式五轴加工中心加工航空结构件比采用立式五轴加工中心排屑方便、迅速，有利于提高航空结构件的加工质量；对某些板类航空结构件，可实现在一台机床上通过一次装夹，完成多个工件的加工，提高工件的加工效率；配置交换工作台可实现多工位加工并组建柔性生产线，提高设备利用率。因此卧式五轴加工中心更适合钛合金航空结构件的高效、高精度加工。目前国内还没有厂家生产用于加工钛合金航空结构件的卧式五轴加工中心，用户只能从国外进口，价格非常昂贵，供货期长，且购买经常受到限制。因此，开发此类机床对国内机床制造企业来说已经迫在眉睫。

卧式五轴加工中心根据其两个旋转轴的布置方式可以分为3种基本结构：一为两个旋转轴都在主轴端的双摆头卧式五轴加工中心，此结构为满足钛合金加工对大切削力、大扭矩的需求，摆头的结构尺寸一般设计得比较大，结构也比较复杂，导致摆头和主轴悬伸长，刚性差，主轴卧式加工时问题尤其突出；二为两个旋转轴都在工作台端的双摆台卧式五轴加工中心，此结构的优点是主轴结构比较简单，主轴刚性非常好，但一般工作台不能设计得太大，承重也较小，否则摆动负载较大，动态性能大大降低，特别是当A轴(转台摆动轴)摆动大于90°时，切削工件时会对工作台产生很大的承载力矩；三为主轴端和工作台端各布置一个旋转轴的单摆头配回转工作台结构的卧式五轴加工中心，此结构的优、缺点为前两种结构优、缺点的折衷，适合于同时要求高刚性和高动态性能的中、大型零件的加工，而钛合金航空结构件多为中、大型零件，且要求高刚性、大扭矩加工和高效加工，特别适合采用第三种结构的五轴联动卧式加工中心。

发明内容

本发明的目的是提供一种五轴联动卧式加工中心机床，满足国内航空航天行业对钛合金航空结构件高效、高精度加工设备的需求。

五轴联动卧式加工中心机床，其床身包括横床身1和纵床身2，其特征在于横、纵床身呈T型布置，回转工作台在横床身上左右运动为X轴运动，立柱在纵床身上前后运动为Z轴运动，摆头带动主轴在立柱上上下运动为Y轴运动，主轴绕X轴轴线摆动为A轴运动，回转工作台绕Y轴轴线转动为B轴运动，X轴、Y轴、Z轴、A轴和B轴可实现五轴联动加工；机床A轴(单摆头)具有大摆角范围-120°～+95°，横床身前方配有双交换工作台、纵床身右侧设置刀库及换刀机械手，机床还设置刀具测量和工件测量装置，进行刀具断裂检测、刀具尺寸测量和工件加工尺寸的自动在线检测；移动立柱为正面和侧面双向变截面结构。