漢川機床在3C產品加工中的應用

漢川數控機床股份公司技術中心工藝主管 念 勇

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

塑膠制品如手機、鼠標、數碼相機的外殼，這類零件形狀各異，考慮到設計的美觀和實用性，又以復雜曲面居多，技術難度集中在復雜曲面的加工上，對機床的加工效率、精度、自動程度有著更高的要求。對于這一類零件，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等三維軟件進行三維建模、分模，用CAM編程功能生成數控加工程序，最終在數控機床上完成模具及其零件的加工。鈑金類零件如電腦機箱，交換設備、傳輸設備等的外殼和一些電子類消費產品的內部零件，這類零件批量大，生產周期長，用模具沖壓成形。針對這兩類零件的形狀特點，最適宜加工這兩類零件的機床是立式加工中心。

一直以來，這些領域的機床，尤其是數控高速加工機床，全部被國外機床制造商壟斷，改變3C產品制造依賴進口是國產機床制造企業的當務之急。漢川機床是我國機床行業集產品研發、設計、制造、銷售、服務為一體的重點大型骨干企業，是國家精密數控機床的重要生產基地，有40多年的機床研發制造基礎，有著立式加工中心制造的豐富經驗。針對國內3C產品加工機床研發的現狀， 2009年，中國機械工業質量管理協會授予漢川機床集團有限公司的“漢川”牌立式加工中心（見圖1）XH714D、XH715D、XH716D為“全國機械工業用戶滿意產品”。

圖1 立式加工中心使用現場

公司主要產品

我公司的立式加工中心工作臺外形尺寸（寬×長）涵蓋了400mm×900mm、520mm×1200mm、650mm×1400mm、880mm×2160mm各個中、小規格領域，主軸最高轉速8000r/min，快速移動速度有20000mm/min和36000mm/min兩種規格，廣泛適用于機械制造業及其他行業。

該系列機床采用單立柱、縱床身、十字滑臺、正掛主軸箱，并配有刀具—工件冷卻系統（可氣、液自動轉換）和相應的氣動、液壓系統、并且對主軸系進行了強力制冷降溫，可實現高速、高進給加工。三坐標電動機采用人字形不銹鋼護罩防護，工作臺采用全封閉護罩防護，并附帶鏈式自動排屑器，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環境。

全部基礎大件均采用優質灰鑄鐵，樹脂砂鑄造工藝鑄造。工作臺、滑座、床身、立柱及主軸箱根據動力學分析，進行合理地布筋，從而保證其具有良好的抗扭曲和抗彎曲能力，同時具有良好的精度穩定性。主軸采用兩點支撐，前端和后端采用五列高精度角接觸軸承形式，剛性好，回轉精度高。主軸電動機采用交流伺服調速電動機，主軸軸承采用高精度主軸軸承，精度為P4級。冷卻采用外循環油冷方式。X、Y、Z三個坐標的導軌副均采用精密線性滑軌副，由于導軌副之間摩擦方式為滾動摩擦，動靜摩擦系數小，因此，可達到很高的定位精度及重復定位精度，定位精度高，可長時間維持高精度，可同時承受上、下、左、右方向的負載，組裝容易，互換性好，結構簡單，潤滑方便可靠。

用立式加工中心加工的3C產品如圖2所示。圖3是在XH714D立式加工中心上加工的手機模型。由于手機模型是由一個上、下表面和4個側面組成的，這6個面如何高效、精確地加工出來是手機加工首先要解決的問題。基于上述情況，若使4個側面能夠平滑過渡，就要使手機模型一次成形，一次裝夾加工完所有的面，避免二次裝夾，所以選擇在XH714D機床上增加附件轉臺實現四軸功能，把棒料用自定心卡盤夾緊，采用一夾一頂的方法（見圖4），每加工完一個面，旋轉90°，再加工另一個表面，依次類推，加工完4個面。對于兩端未加工到的區域，鉗工修磨平整。

圖2 產品實例

圖3 某手機模型

圖4 定位夾緊

最新式的高速五軸聯動立式加工中心

隨著技術的不斷進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展，2013年，我公司研發并制造了最新式的高速五軸聯動立式加工中心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控機床展覽會（CCMT2014）展出。該機床提供3種選擇，HVMC500實現三軸聯動，HVMC500R可以實現四軸聯動，HVMC500F5能夠實現五軸聯動。

該機床采用床身、工作臺固定，橫梁移動式結構，刀具有X、Y、Z運動，刀庫采用固定式刀庫，主軸抓刀，為動柱式立式數控機床，這是考慮到高速運動的特殊性，在保證機床足夠剛度的情況下，盡量減少運動的慣量，使得機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量。主要用于中小尺寸和中小重量的各種基礎大件、板件、盤類件、殼體件、模具等多品種零件的加工。

圖5 HVMC500F5高速五軸聯動

該機床加工工藝參數：主軸最高轉速12000r/min，快速移動速度45000mm/min，固定工作臺（寬×長）560mm×1200mm，旋轉工作臺φ500mm，轉臺旋轉360°，擺動-110°～110°。

該機床橫梁采用兩條直線滾動導軌，具有極高的承載能力、卓越的高速性能，壽命長，噪聲低，長期無需維修保養，有極佳的穩定性，全閉環控制，定位準確，動態性能優異。導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軌之間，減少了占地面積，結構緊湊。采用傘形刀庫，動作準確、換刀速度快、可靠性高。排屑器放在工作臺的下面，保證切屑快速導入排走，熱量不會傳至床身，提高機床的加工精度。采用全封閉防護裝置，確保加工環境安全、整潔。

以圖2手機模型在HVMC500F5高速五軸聯動立式加工中心上的加工為例，針對手機模型上曲面多的特點，選擇在HVMC500F5機床轉臺中間裝一個自定心卡盤夾緊棒料，如圖6所示，通過轉臺的轉動和擺臺的擺動，使手機模型一次裝夾加工完5個面。

圖6 定位夾緊

HVMC500F5機床的轉臺，采用力矩電動機直接驅動工作臺轉動，實現了轉臺連續分度，最小分度精度可達0.0001°，而且實現了“零”反向間隙，具有結構簡單、傳動鏈短、剛性好、易加工裝配等特點，可以滿足高速加工需求。而在XH714D上增加的轉臺采用伺服電動機驅動蝸輪蝸桿副傳動，其缺點是機械結構復雜，傳動鏈長，零件數量多，關鍵零件加工精度要求高，生產制造困難，且磨損會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比大（通常為90～200），使得數控轉臺的最高轉速受到限制，不能滿足高速加工需求。

結語

高速多軸數控機床是解決當今3C產品加工的一個重要發展方向，世界各國都在全力發展此項核心技術，但這些國家在“高、精、尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。我國是制造大國，在向制造強國前進的過程中，尤其是在新技術、新工藝方面，要強調創新，強調研究開發具有自主知識產權的技術和產品，為我國3C產品制造乃至整個制造業的可持續發展奠定基礎。