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加工中心加工
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高速加工中心的發展

2021-03-03 08:30:27

近十年來,驅動技術和控制系統的長足進步,推動了加工中心結構的不斷創新和性能的不斷提高。電主軸、直線電機、轉矩電機和快速數控系統的應用對提高加工中心的高速、高動態和高加工精度起了決定性的作用。而在模具加工機床的多種結構創新中,轉矩電機起到了特別重要的作用。它不僅應用于回轉工作臺的回轉和擺動驅動,而且還應用于叉形主軸頭的擺動或主軸頭的擺動和回轉驅動,由此構成各種不同類型的五軸加工中心。而回轉和擺動主軸頭的應用,又為發展加工大型模具的五軸龍門式高速精密銑床提供了技術支持。

今后,進一步提高主軸轉速、動態性能和行程速度仍是高速加工中心的發展重點,這不僅仍要依賴于驅動技術和數控技術的進一步發展,還要有賴于機床構件輕量化的發展和并聯機床的開發。可以預料,在今后5年中,高速加工中心或高速銑床的軸加速度有望達到3~4g,坐標軸的快速行程速度達到100~140m/min。

在高速加工中心上,回轉工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉等運動,已廣泛采用轉矩電機來實現。轉矩電機是一種同步電機,其轉子直接固定在所要驅動的部件上,所以沒有機械傳動元件,它像直線電機一樣是直接驅動裝置。

轉矩電機所能達到的角加速度要比傳統的蝸輪蝸桿傳動高6倍,在擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。由于轉矩電機可達到極高的靜態和動態負載剛性,從而提高了回轉軸和擺動軸的定位精度和重復精度。已有部分廠家的高速加工中心,已采用直線電機和轉矩電機來分別驅動直線軸(X/Y/Z)和回轉擺動軸(C和A)。如R歞er的RXP500DS/RXP800DS,德馬吉的DMC75V linear和Edel的CyPort五軸龍門銑床。

應該提及的是,直接驅動的直線軸與直接驅動的回轉軸相組合,使機床所有的運動軸具有較高的動態性能和調節特性,從而為高速度、高精度和高表面質量加工模具自由曲面提供了條件。

加工中心.jpg

控制系統

CNC控制系統是高速加工中心的重要組成部分,它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質量。因此,對于加工模具自由曲面的高速機床,數控系統的性能具有特別重要的意義。

加工高精度自由曲面時,由微段直線和圓弧構成的刀具軌跡造成龐大的零件程序,這些數據流需要由機床控制系統來儲存和處理,因此,程序段處理時間的長短是決定CNC控制系統工作效率的重要指標。前高檔CNC控制系統的程序段處理時間一般可達0.5ms(如海德漢的iTNC530數控系統),而個別數控系統的程序段處理時間已縮短到0.2~0.4ms。

應用于模具高速加工的現代CNC數控系統,除了具有為確保高速進給速度所必要的很短程序處理時間外,還應具有Nurbs和樣條插補功能,并能以納米的分辨率進行工作,以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質量。

高檔的數控系統也都能與不同廠家的CAD/CAM系統進行連接,數據從CAD/CAM系統經以太網以很高的速度傳送到控制系統上。CAD/CAM集成到控制系統上,在很大程度上能使模具復雜輪廓的加工獲得良好的效果,并對縮短調整時間和編程時間做出十分重要的貢獻。

在上述所引述的五軸高速機床上,除R歞er公司是采用自己開發的數控系統外,其它主要是采用了西門子的840D和海德漢公司的iTNC530數控系統。


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