復合式鏜銑加工中心將鏜削和高速銑削功能集中在一臺機床上,工件一次裝夾后能完成除安裝面外的側面和頂面的5 個面加工,可減小工件的幾何誤差[1-2],其具有高效率、高精度的特點。對于復雜的空間曲面,如坦克傳動箱體、汽車變速箱和飛機結構件等,可以通過一次安裝定位完成深孔鏜削及零件表面的銑削、鉆孔和攻絲等加工,從而達到減少機床和夾具、避免工序間的搬運和儲存、提高工件加工精度以及縮短加工周期和作業(yè)面積的目的[3]。
復合式鏜銑加工中心是既有鏜削功能又有銑削功能的加工設備,采用數(shù)控系統(tǒng)的雙軸組功能可以同時執(zhí)行2個加工程序,互不影響,也可在加工時實時監(jiān)控到2個軸組的加工狀態(tài),通過2 個軸組內的數(shù)據(jù)采集、比較和交換,實現(xiàn)2個程序同步運行。與 采用2套 CNC 數(shù)控系統(tǒng)相比,該數(shù)控系統(tǒng)更經濟、快捷和準確。NUM POWER1050 是開放式、全功能、全數(shù)字化的數(shù)控系統(tǒng),可以完成多軸及多軸組的控制。
1 機床結構和運動
機床采用框架式結構,為臥式鏜床和立式銑床復合的加工中心。其包括高速銑削電主軸、銑削滑鞍、水平運動滑臺(X 軸)、旋轉工作臺、鏜削主軸箱、鏜削滑鞍、斗笠式刀庫(A 軸)和圓盤式刀庫。該機床的結構布局圖如圖1 所示,機床包括1 個旋轉軸
(A 軸)和6 個直線軸(X 軸、Y1 軸、Y2 軸、Z1 軸、
Zs1軸、Z2 軸),其中,Y1、Z1、Zs1 是臥式鏜床的伺服軸,Z1及其同步軸 Zs1 共同控制垂直運動,雙電動機控制維持了鏜床滑枕在垂直方向的鏜削平衡, 減少了Z軸方向的加工誤差;Y2、Z2 是立式銑床的伺服軸。
機床水平運動滑臺(X 軸)上裝有高精度液壓等分圓盤工作臺,鏜削及銑削加工共用一個工作臺,系 統(tǒng)可通過外部參數(shù)在加工程序中進行切換,來決定 工作臺參與銑削或者鏜削;旋轉工作臺接受運動指令可做90°等分運動,由變頻器控制的高速銑削電 主軸直接驅動圓柱立銑刀,實現(xiàn)無極調速;通過 X、
Y2 和 Z2 三軸聯(lián)動可完成箱體類零件平曲面的高速銑削加工。在框架的立柱上安裝由主驅動單元控制的鏜削主軸箱,在進行箱體深孔的鏜削加工時,鏜削主軸可以在 Y1、Z1方向運動,與分度工作臺進行聯(lián)動,可實現(xiàn)一次裝夾完成5個面的加工,從而提高加工精度和生產效率。
2 機床電氣控制
全數(shù)字的 NUM POWER1050 系統(tǒng)是專門為控制高速加工機床設計的,是世界上最高效的數(shù)控系統(tǒng)之一 。其是一個多處理器的 CNC[4],具備杰出的實時處理能力,采用64 位 CPU,系統(tǒng)掃描周期為2 ms,位置環(huán)刷新周期為0.2 ms,速度環(huán)為0.1ms,電流環(huán)只有0.05 ms,處理速度快,位置控制精度高。全數(shù)字系統(tǒng)簡化了硬件連線,提高了系統(tǒng)的可靠性。高速的數(shù)字通信(4 Mbd),更短的響應時間,更寬的響應帶寬,更高的測量反饋,特別適合用于高精度和高速的多軸數(shù)控機床。機床控制系統(tǒng)由帶有PC-BASED 面板的 NUM POWER1050 控制
系統(tǒng)、高性能的 MBLD 主軸驅動模塊和 MDLU 軸
驅動模塊組成,智能化驅動模塊通過 SBCE 數(shù)字總線與 CNC 相連,FS15liPC 顯示器自身就是一臺多功能的集成工業(yè) PC,不 再需要上位機,操 作面板MP02與系統(tǒng)采用光纖連接,所有的驅動模塊共用一個電源模塊(集成在 MBLD 中)。NUM POWER1050提供一個模擬輸入/輸出端口(IT/ANA),端口的模擬量輸出可作為控制變頻器的指令電壓,實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)對高速銑削電主軸的無級調速控制。
圖2 為鏜銑加工中心的電氣連接圖,直線軸反饋原件為海德漢1Vpp 型直線光柵尺,不需要外部信號轉換單元,實現(xiàn)了機床的全閉環(huán)控制,提高了機床的加工精度。
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結語
鏜銑加工中心的復合加工功能打破了傳統(tǒng)數(shù)控機床的加工工藝界限,通過實際調試,在加工程序中對外部E 參數(shù)進行改寫,可實現(xiàn)工作臺(X 軸)在2個軸組之間的切換,通過一次裝卡完成鏜削及銑削加工,雙主軸、雙軸組(雙刀庫)、七軸控制適合零件多工作面加工及兩維、三維曲面多工序加工。通過伺服系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化,可以提高響應帶寬,使伺服系統(tǒng)的輸出跟隨輸入指令的能力增強,系統(tǒng)的動態(tài)性能
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