力矩電機在五軸刀具磨床上的應用
隨著對機床產(chǎn)能、精度和動態(tài)性能要求的增加,直接驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)越來越多地被采用以滿足以上多種需求。特別是直接驅(qū)動力矩電機,能夠為機床的性能提高帶來重大的改變。直驅(qū)力矩電機的應用,還具有降低客戶的綜合使用成本,簡化機器的設計及減少維修維護等優(yōu)點。
力矩電機被設計成直接驅(qū)動連接方式,即消除了齒輪箱、蝸輪蝸桿、同步帶等機械傳動裝置,實現(xiàn)了機械負載與電機轉(zhuǎn)子的直接連接。這樣的連接方式能夠提供高動態(tài)性能,消除了傳動的間隙與延遲,提供機床加工需要的極高剛性。
美國科爾摩根(Kollmorgen)于二十世紀五十年代,與麻省理工學院合作開發(fā)出了世界上第一臺直驅(qū)力矩電機,最早應用于慣性制導轉(zhuǎn)臺上。此后的60多年其將所擁有的電磁和機電設計經(jīng)驗均應用于無刷永磁直驅(qū)電機的產(chǎn)品線中,開發(fā)出各種系列的高性能免維護直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機和直線電機。本文介紹了KBM電機在我公司自主研發(fā)的六軸五聯(lián)動數(shù)控刀具磨床上的成功應用。
該機床是大連科德數(shù)控有限公司、大連光洋科技工程有限公司聯(lián)合國內(nèi)著名刀具廠商和大學共同研制的。機床床體為圓柱形,采用平衡對稱設計,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高,熱場均勻分布,便于補償。底座為人造石材料,具有阻尼減震,高精度,吸震性好,熱穩(wěn)定性好,耐腐蝕性等特性。砂輪主軸采用雙電機串聯(lián)驅(qū)動,且驅(qū)動完全對稱,平衡性好。B、C軸采用直驅(qū)式力矩電機進行傳遞。B軸可以實現(xiàn)±360°旋轉(zhuǎn),大幅度提高加工效率,減少刀具重復裝夾次數(shù)。本機可以加工2~8刃直柄銑刀、球頭銑刀、鉆頭、階梯鉆頭、絲錐等多種標準和非標準刀具及外圓和沖頭磨削加工。數(shù)控系統(tǒng)采用大連光洋的光纖總線式數(shù)控系統(tǒng),磨削軟件采用大連光洋自主開發(fā)的工藝軟件。該機床已在中國、澳大利亞、美國、日本、歐盟等申請國際發(fā)明專利兩項。
技術(shù)參數(shù)
●最大砂輪直徑:Φ200mm
●最大磨削直徑:Φ220mm
●最大磨削長度:300mm
●X/Y/Z/B軸行程:460/250/300mm/±360°
●直線軸快移速度:20m/min
●直線軸定位精度:0.003mm
●直線軸重復定位精度:0.0015mm(高精)
●砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速:8000rpm
●最大扭矩:108Nm
●最大功率:45Kw
●B軸最高轉(zhuǎn)速:100rpm
●最大扭矩:1200Nm
●C軸最高轉(zhuǎn)速:1000rpm
●最大扭矩:218Nm
●控制軸數(shù):6軸5聯(lián)動
●數(shù)控系統(tǒng):大連光洋GNC09/GNC60光纖總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)
●磨削工藝軟件:大連光洋GTOOL刀具磨削工藝軟件系統(tǒng)
刀具磨床
硬質(zhì)合金刀具大批量、多品種、高精度磨削加工要求的不斷增加,促進了高精度數(shù)控多軸聯(lián)動工具磨床的推出和機床磨削功能與性能的不斷發(fā)展。目前國內(nèi)使用的高性能進口五軸、六軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床,主要有施利博格、WAlter、WENDT、舒特、薩克、ANCA、德克、TTB等國際品牌。
數(shù)控工具磨床一般采用世界先進的數(shù)據(jù)電氣控制軟件系統(tǒng)、精密導軌與絲杠運動系統(tǒng)、精密光柵和伺服電機反饋定位系統(tǒng)等先進模塊設計。
科爾摩根KBM電機在該機型上的應用
近年來,結(jié)構(gòu)緊湊的直驅(qū)電機在砂輪主軸和工件主軸上的使用日漸增加。直驅(qū)主軸可避免機械傳動上的間隙,替代原來成本高昂的精密蝸輪蝸桿系統(tǒng),節(jié)省了安裝體積,并保證系統(tǒng)穩(wěn)定均衡的精度。
· 經(jīng)過前期的選型、安裝方式確定、安裝、水冷材料選擇及效率分析,到型號的最終確認。我們選取了科爾摩根KBM系列無框電機,KBM無框電機系列采用了科爾摩根公司最新的直接驅(qū)動技術(shù),具有以下特點:
· 完全密封的定子繞組
· 155C內(nèi)部繞組溫度持續(xù)能力
· PTC熱敏電阻(雪崩式)過載保護
· 稀土釹鐵硼磁體
· 轉(zhuǎn)子磁體的自動防故障頻帶,兼容RoHS
· UL,CE認證
可定制的轉(zhuǎn)子輪轂尺寸
選用KBM力矩電機帶來的好處顯而易見:維護工作少、維修成本低、停機時間短、使用壽命長,效率至少比機械傳動裝置如變速箱和同步帶系統(tǒng)高10%。結(jié)構(gòu)緊湊,性能好,占用空間小。另外,這些電機可以驅(qū)動轉(zhuǎn)子與負載之間具有較大慣性比的高慣性負載。同時它們具有優(yōu)異的動態(tài)性能,加速和減速時間極短,大幅提升機器性能。
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