KMC 800 SU五軸立式加工中心的研發(fā)與應(yīng)用
2019-8-16 來源:- 作者:-
一、概述
在機(jī)器制造中,機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)器總制造工作量的40%-60%,機(jī)床在國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重要作用。其中,五軸加工中心是一種科技含量高、精密度高,專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床,并對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。
隨著國內(nèi)航空、航天、軍工、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展,以及鋁合金等新材料的應(yīng)用,對數(shù)控機(jī)床的高速化、高精度化、功能復(fù)合化、智能化等要求越來越高,國產(chǎn)五軸機(jī)床的研發(fā)與創(chuàng)新也愈發(fā)迅猛。
在基于企業(yè)所建立的“全技術(shù)鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈、全人才鏈”的完整發(fā)展模式之下,光洋集團(tuán)充分整合了企業(yè)在自主化高檔數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、電機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺等關(guān)鍵功能部件方面的優(yōu)勢,科德數(shù)控打造出了以KMC系列五軸銑車復(fù)合立式加工中心為主打的一個又一個自主系列產(chǎn)品。目前,科德數(shù)控KMC系列五軸立式加工中心擁有KMC400S、KMC600S、KMC800S、KMC1250S全系列型號產(chǎn)品。

二、產(chǎn)品性能介紹
數(shù)控機(jī)床在數(shù)字化控制下實(shí)現(xiàn)工件與刀具間任意軌跡的相對運(yùn)動,從而實(shí)現(xiàn)各種型面的加工。在實(shí)際應(yīng)用中,由于零件復(fù)雜程度越來越高,許多零件加工需要在一次裝卡下完成盡可能多的表面加工,甚至完成復(fù)雜凹曲面和異形腔體的加工,于是誕生了五軸機(jī)床,即在傳統(tǒng)三坐標(biāo)基礎(chǔ)上加入回轉(zhuǎn)坐標(biāo),以實(shí)現(xiàn)特殊工件和刀具間姿態(tài)調(diào)整的要求。
科德數(shù)控研發(fā)生產(chǎn)的KMC800S系列五軸立式加工中心采用模塊化設(shè)計(jì)概念,具有更大的作業(yè)空間,更小的干涉,更強(qiáng)的切削剛度,更高的速度和精度,更緊湊的安裝空間及下述特點(diǎn)。
1. 改良的龍門框架及整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
KMC800S系列五軸立式加工中心的結(jié)構(gòu)采用改良的龍門框架設(shè)計(jì),三個軸在刀具上,兩個旋轉(zhuǎn)軸在工件上,達(dá)到最優(yōu)的主軸支撐;各軸的驅(qū)動和導(dǎo)軌都在加工區(qū)域之外的上方,不會受加工時(shí)產(chǎn)生的切屑等因素的影響,大大降低故障率;主軸內(nèi)置于垂直的Z向滑枕中,借鑒立式坐標(biāo)鏜的經(jīng)典結(jié)構(gòu);主軸不會受到擺動的影響,所以刀具長度不會影響擺臂長度而影響擺動誤差,擁有更好的主軸剛性;數(shù)控回轉(zhuǎn)擺動工作臺實(shí)現(xiàn)雙壁支撐,Y軸采用四導(dǎo)軌支撐和位于中心的主驅(qū)動;A軸擺動角度為-130°~+130°。環(huán)形刀庫與機(jī)床床身融為一體,結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)省空間。

2. 人造理石床身
KMC800S系列五軸立式加工中心采用人造理石為床體主要材料。人造理石材料熱膨脹系數(shù)僅為鑄鐵的1/20,具有更好的環(huán)境適應(yīng)性,更小的熱變型誤差;人造理石阻尼是鑄鐵的6倍,具有更好的吸收振動的能力,降低切削振動對機(jī)床傳動部件的影響;人造理石床身制造工藝采用常溫固化,沒有鑄鐵冷卻不均導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力,是國際上精密機(jī)床優(yōu)選的床身材料。

3. 直驅(qū)技術(shù)
KMC800S系列五軸立式加工中心采用直驅(qū)技術(shù),加工中心的旋轉(zhuǎn)軸采用力矩電機(jī)替代傳統(tǒng)的齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動等機(jī)械傳動。通過力矩電機(jī)作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)主要驅(qū)動技術(shù)。直驅(qū)技術(shù)具有動態(tài)響應(yīng)能力好、無反向間隙、無傳動機(jī)械磨損等顯著優(yōu)勢。直驅(qū)技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前國際上精密高速機(jī)床重要的技術(shù)路線。U型和MT型分別配置低速力矩電機(jī)和高速力矩電機(jī),均可滿足銑削和車削要求的良好的精度和動態(tài)性能。

4. 雙驅(qū)技術(shù)和重心驅(qū)動
KMC800S系列五軸立式加工中心通過雙驅(qū)技術(shù)(KMC800標(biāo)配,KMC400選配)實(shí)現(xiàn)搖籃式轉(zhuǎn)臺的重心驅(qū)動,可以使機(jī)床得到更強(qiáng)勁、更平穩(wěn)的驅(qū)動,能夠有效地抑制振動,消除反向間隙,為用戶提供了理想的加工性能。
5.激光干涉反饋
KMC800S系列五軸立式加工中心可以選配激光干涉反饋系統(tǒng),將長度反饋系統(tǒng)提升至激光波長基準(zhǔn),自帶環(huán)境(溫度、氣壓)補(bǔ)償,可以控制工作臺定位精度達(dá)到0.5μm,滿足用戶特殊的超高精度要求。

6.高動態(tài)響應(yīng)技術(shù)
科德在機(jī)床設(shè)計(jì)階段十分重視運(yùn)動部件動態(tài)性能優(yōu)化,重視高剛度輕量化設(shè)計(jì)和機(jī)械運(yùn)動部件的動力匹配。在機(jī)床訂單配置和調(diào)試階段,可以根據(jù)用戶特殊需求,配置更高扭矩慣量比的高性能電機(jī)及驅(qū)動,進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)床每一個運(yùn)動坐標(biāo)的驅(qū)動參數(shù)的優(yōu)化,使機(jī)床的動態(tài)性能滿足用戶的需求。

三、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用情況
數(shù)控技術(shù)是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的一個核心標(biāo)志,在現(xiàn)代制造行業(yè)中,作為先進(jìn)制造的核心設(shè)備,數(shù)控系統(tǒng)的功能和性能對制造業(yè)的自動化、集成化、柔性化及智能化起著至關(guān)重要的作用,以它為基礎(chǔ)平臺的相關(guān)技術(shù)水平高低已成為衡量一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要指標(biāo)。
依托自主研發(fā)、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字總線開放式高檔數(shù)控系統(tǒng),光洋集團(tuán)長期堅(jiān)持踐行“產(chǎn)學(xué)研用”深度融合的戰(zhàn)略,與高校緊密合作,實(shí)現(xiàn)前沿創(chuàng)新。科德數(shù)控專心致力于機(jī)床精度的提升,以完整的數(shù)控方案為用戶創(chuàng)造價(jià)值。
科德五軸數(shù)控系統(tǒng)支持多個控制過程并發(fā),既可以同時(shí)控制多個加工過程,而且可以是不同機(jī)床上的不同加工任務(wù),也可以是單臺機(jī)床上多主軸上的不同加工任務(wù)。
高端五軸數(shù)控系統(tǒng)三大基礎(chǔ)技術(shù)包括:
1. 高速的信息交互——G-lNK光纖運(yùn)動控制現(xiàn)場總線
采用100Mbps的高速光纖介質(zhì),將數(shù)控系統(tǒng)的控制指令送達(dá)每個伺服驅(qū)動裝置,并保證嚴(yán)格同步運(yùn)行;將包括機(jī)床各坐標(biāo)位置、負(fù)載率、溫度等在內(nèi)的物理量傳回?cái)?shù)控系統(tǒng)。
2. 精準(zhǔn)的高頻度控制調(diào)度——GRTK內(nèi)核
實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)千次的精確控制任務(wù)調(diào)度,使運(yùn)動控制運(yùn)算、邏輯控制運(yùn)算、人機(jī)交互高效有序運(yùn)行,對鐘響應(yīng)延遲1/100000秒,在GNC62中支持多核CPU,最大限度地充分利用高性能數(shù)控系統(tǒng)處理器運(yùn)算資源。
3. 精密的位置,角度感知——傳感細(xì)分技術(shù)
將來自直線/角度傳感器的信號進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)分處理,進(jìn)一步提取1Vpp信號中包含有效精度的位置/角度信息,最高提升物理分辨率達(dá)16384倍,細(xì)分處理器在1/5000000秒內(nèi)瞬間完成。獨(dú)特的激光干涉全閉環(huán)控制技術(shù),將長度反饋檢測精度提升到0.2μm,分辯率提升到1 nm,為精密機(jī)床控制提供基礎(chǔ)技術(shù)保證。

四、成果應(yīng)用及推廣
科德數(shù)控研制的五軸機(jī)床已經(jīng)批量應(yīng)用于國內(nèi)的航天、航空、能源等領(lǐng)域。部分導(dǎo)彈、航空發(fā)動機(jī)、大飛機(jī)、核電葉片等高精尖產(chǎn)品的制造線上也都有科德數(shù)控的產(chǎn)品在運(yùn)行。在實(shí)現(xiàn)了部分替代進(jìn)口的同時(shí),科德數(shù)控的五軸機(jī)床和關(guān)鍵功能部件產(chǎn)品也已經(jīng)小批量出口德國,開創(chuàng)了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高檔數(shù)控產(chǎn)品出口西方發(fā)達(dá)國家的先河。
未來,科德數(shù)控將在新園區(qū),利用其地下恒溫恒濕廠房快速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn),逐漸實(shí)現(xiàn)批量替代進(jìn)口,進(jìn)而讓中國設(shè)計(jì)制造的高檔五軸機(jī)床和智能制造裝備所需的關(guān)鍵功能部件產(chǎn)品逐漸替代進(jìn)口并擴(kuò)大國際市場占有率,用中國的高端五軸機(jī)床裝備中國工業(yè),推動我國智能化制造產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。
(科德數(shù)控股份有限公司)
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