实现高速且高效的切削

文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2018-09-03
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科德数控股份有限公司在GNC60系列数控系统的支持下研制的KMC系列立式五轴铣车复合加工中心采用模块化设计概念,具有更大的作业空间,更强的切削刚度,更高的速度和精度,更紧凑的安装空间。

随着切削速度的提高,单位时间毛坯材料的去除率增加,切削时间减少,加工效率提高,从而缩短了产品的制造周期,提高了产品的市场竞争力。同时,高速切削加工的小量快进使切削力减少,切屑的高速排除,减少了工件的切削力和热应力变形,提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低,转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率,而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感,由此降低了表面粗糙度。

科德数控股份有限公司在GNC60系列数控系统的支持下研制的KMC系列立式五轴铣车复合加工中心采用模块化设计概念,具有更大的作业空间,更强的切削刚度,更高的速度和精度,更紧凑的安装空间。其核心的功能部件数控系统、伺服驱动、理石床体、力矩电机及电主轴等完全由科德数控自主研发。

KMC600S UMT
KMC600S UMT

科德数控的GNC60系列数控系统,不论是数控系统技术还是伺服驱动技术,需要高精度且高频度的数据采集,实时运算,其内在的核心关键技术是复合数学和物理规律的插补技术和逆变能量自动化控制技术,系统功能覆盖率均达到西门子840D的96%左右。支持自动加工方式和手动方式定点执行RTCP功能,刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点将维持不变,此时刀具中心点落在刀具与工件表面实际接触点处的法线上,而刀柄将围绕刀具中心点旋转,对于球头刀而言,刀具中心点就是数控代码的目标轨迹点。为了达到让刀柄在执行RTCP功能时能够单纯地围绕目标轨迹点(即刀具中心点)旋转的目的,就必须实时补偿由于刀柄转动所造成的刀具中心点各直线坐标的偏移,这样才能够在保持刀具中心点以及刀具和工件表面实际接触点不变的情况,改变刀柄与刀具和工件表面实际接触点处的法线之间的夹角,起到发挥球头刀的最佳切削效率,并有效避让干涉等作用。

铣削电主轴是加工中心上的关键部件之一,系列化电主轴为高速、高精密及高刚度大功率电主轴(可配置主轴锁紧,带有车削功能的铣车复合式电主轴)。铣削电主轴支持拥有自主知识产权的原创性成果,借助大连光洋科技集团有限公司在相关领域已经取得的研究成果,即主轴电机、主轴编码器、高速主轴用旋转接头等,针对机床高速主轴可靠性及精度稳定性等问题,重点研究:高速同步电主轴可补偿热伸长技术、电主轴冷却、润滑等结构的优化设计;HSK刀具夹紧机构可靠性技术;精度控制及精度保持技术;电主轴的单项及综合性能监测关键技术;可实现批量稳定生产的精密加工及装配等关键工艺制造技术等。

立式铣车复合加工中心的结构采用改良的龙门框架设计,3个轴在刀具上,2个旋转轴在工件上,达到最优的主轴支撑;各轴的驱动和导轨都在加工区域之外的上方,不会受加工时产生的切屑等因素的影响,大大降低故障率;主轴内置于垂直的Z向滑枕中,借鉴立式坐标镗的精典结构;主轴不会受到摆动的影响,所以刀具长度不会影响摆臂长度而影响摆动误差,拥有更好的主轴刚性;数控回转摆动工作台实现双壁支撑,Y轴采用四导轨支撑和位于中心的主驱动;A轴摆动角度为–130°~ +130°。

矿物铸件材料具有良好的减振性能,其阻尼特性数值(对数减量)为铸铁的6~10倍。采用矿物铸件材料床身的机床刀具使用寿命可延长30%,并且可大幅地提高工件的加工精度。在设计研发阶段利用计算机辅助设计技术手段。基于CAD设计的3D立体模型,使用“有限元分析法”模拟静态载荷和动态运行工况,通过多次模拟和设计修正,追求每一个机床部件达到理想的静态和动态特性,以确保机床的整体刚性。通过“有限元分析法”辅助设计的结果,将在原型样机上通过实验测试和模态分析得到验证和确认。

立式铣车复合加工中心采用直驱技术,通过力矩电机作为回转坐标主要驱动技术。直驱技术具有动态响应能力好,无反向间隙,无传动机械磨损等显著优势。直驱技术已经成为当前国际上精密高速机床重要的技术路线。U型和UMT型分别配置低速力矩电机和高速力矩电机,均实现了满足铣削和车削要求的良好的精度和动态性能的表现。通过双驱技术实现重心驱动可以使机床得到更强、更平稳的驱动,能够有效地抑制振动,消除反向间隙;同时双驱技术也对控制提出了更高的技术要求。

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