直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)在立式車銑復(fù)合加工中心上的應(yīng)用

1、直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)在立式車銑復(fù)合加工中心上的應(yīng)用主題:關(guān)鍵功雒舒件iioplcs:evpunctjonunit直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)在立式車銑復(fù)合加工中心上的應(yīng)用趙宏安張然董建軍付承云(大連機(jī)床(數(shù)控)股份有限公司,遼寧大連116620)摘要:在立式車銑復(fù)合加工中心上成功集成應(yīng)用了直驅(qū)式多功能回轉(zhuǎn)工作臺(tái),分析了應(yīng)用直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)過程中可能遇到的難點(diǎn)與關(guān)鍵問題,并給出了解決方案.關(guān)鍵詞:直驅(qū)技術(shù)車銑轉(zhuǎn)臺(tái)立式車銑復(fù)合加工中心中圖分類號(hào):tg65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:btheapplicationresearchofdirectdriverotarytableinverticaturning-millingcompoundmach

2、iningcenterzhaohongan,zhangran,dongjianjun,fuchengyun(dalianmachinetool(cnc)stockco.,ltd.,dalian116620,chn)abstract:akindofmultifunctionaldirectdriverotarytablewassuccessfullyappliedinturning-millingcompoundmachiningcenter,themaindifficultiesandkeyproblemsduringtheprocessofapplicationwereintro-duced

3、andalsoprovidedresolvingmethods.keywords:directdrivetechnology;rotarytable;turning-millingcompoundmachiningcenter隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)床制造業(yè)逐步向復(fù)合化,高速化,精密化方向發(fā)展.直驅(qū)式車銑轉(zhuǎn)臺(tái)是高檔立式車銑復(fù)合類機(jī)床的關(guān)鍵功能部件之一,具有結(jié)構(gòu)緊湊,無磨損,精度高,動(dòng)態(tài)特性好,承載能力大等優(yōu)勢(shì),無疑是當(dāng)今立式車銑復(fù)合加工中心類機(jī)床向復(fù)合化,高速化,精密化發(fā)展的最佳選擇之一.本文介紹了在立式車銑復(fù)合加工中心上集成應(yīng)用直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)的一些經(jīng)驗(yàn)和方法,希望借此能夠?yàn)閲?guó)內(nèi)高檔復(fù)合類機(jī)床以及多軸

4、聯(lián)動(dòng)加工中心的研發(fā)提供些許幫助.l應(yīng)用背景介紹我公司研究開發(fā)的vht系列立式銑車復(fù)合加工中心采用動(dòng)柱式結(jié)構(gòu),工作臺(tái)回轉(zhuǎn)直徑為800/1000mm.按照整機(jī)設(shè)計(jì)要求,轉(zhuǎn)臺(tái)需做為移動(dòng)部件實(shí)現(xiàn)軸直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)可實(shí)現(xiàn)c軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(如圖1所示),因此在轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)過程中,體積和重量成為了關(guān)的夾緊和放松安全可靠.3虎頭刀夾拉刀結(jié)構(gòu)工作原理虎頭刀夾(圖1)的夾緊過程:首先將虎頭刀夾15裝在形刀夾固定座13的上部,將固定在虎頭刀夾后部的刀夾拉釘14靠近鎖刀拉桿6的螺紋部分,由按鈕站控制液壓馬達(dá)3順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),液壓馬達(dá)3通過聯(lián)軸器1驅(qū)動(dòng)鎖刀拉桿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),鎖刀拉桿拉動(dòng)固定在虎頭刀夾后部的刀夾拉釘,使裝有車刀

5、的虎頭刀夾整體向后軸向移動(dòng),移動(dòng)到與形刀夾固定座的配合面后,將虎頭刀夾鎖緊在形刀夾固定座上,這時(shí)鎖緊限位開關(guān)11發(fā)出信號(hào),由按鈕站控制液壓馬達(dá)停止,虎頭刀夾夾緊工作完成.4結(jié)語該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于數(shù)控重型臥式車床上刀架雙刀板結(jié)構(gòu)中,機(jī)動(dòng)換刀時(shí)間短,效率高,經(jīng)濟(jì)效果顯著.本裝置已申請(qǐng)發(fā)明專利,專利名稱:一種臥式虎頭刀夾拉刀裝置(專利號(hào):200910071310).第一作者:王麗艷,女,1970年生,碩士,工程師,主要從事專機(jī)設(shè)計(jì)及工藝研究.(編輯譚弘穎)(收稿日期:20101129)文章編號(hào):110412如果您想發(fā)表對(duì)本文的看法,請(qǐng)將文章編號(hào)填入讀者意見調(diào)查表中的相應(yīng)位置.國(guó)家高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造

6、裝備科技重大專項(xiàng)資助(2009zx04001-031)i主題:美鍵功能部件t面面忑而一鍵的設(shè)計(jì)約束.由于我們研發(fā)的是立式車銑復(fù)合加工中心類機(jī)床,所以對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)的性能要求較高,不但要滿足車削對(duì)于高轉(zhuǎn)速和大扭矩的需要,還要考慮到銑削時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)提出的高定位精度以及隨動(dòng)性好等動(dòng)態(tài)特性方面的要求.對(duì)于以上設(shè)計(jì)約束條件,傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái),顯然是無法滿足要求的.直驅(qū)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)憑借其優(yōu)異的特性,恰好能夠滿足設(shè)計(jì)要求,為高檔立式車銑復(fù)合加工中心的研發(fā)鋪平了道路.圖1vht800立式車銑復(fù)合加工中心當(dāng)前直驅(qū)式力矩電動(dòng)機(jī)的最大額定扭矩可達(dá)5000n?rn,峰值扭矩可高出額定值的80%,轉(zhuǎn)速可高至1000r/

7、min.回轉(zhuǎn)定位精度可達(dá)0.001.因此在研發(fā)中型規(guī)格的直驅(qū)式多功能轉(zhuǎn)臺(tái)在技術(shù)上是完全可行的.目前市場(chǎng)上可供選擇的直驅(qū)力矩電動(dòng)機(jī)主要有兩種方式,可以選用封裝好的電動(dòng)機(jī)(如圖2),也可以只選用定子和轉(zhuǎn)子(如圖3),根據(jù)機(jī)床布局,自己集成安裝.這里我們采用了第二種方案,與煙臺(tái)環(huán)球集團(tuán)合作開發(fā)了適用于本機(jī)床的直驅(qū)回轉(zhuǎn)工作臺(tái),這樣可以使機(jī)床結(jié)構(gòu)更加緊湊,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的性能參數(shù)與機(jī)床要求更加匹配.但是這也增加了應(yīng)用的難度,對(duì)于相關(guān)零部件的安裝精度提出了較為苛刻的要求,并且需要按照機(jī)床的功能要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的制動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu),冷卻溫控,測(cè)量反饋等系統(tǒng).國(guó)圖2集成式力矩電動(dòng)機(jī)圖3分裝式力矩電動(dòng)機(jī)2直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用的主要技

8、術(shù)內(nèi)容2.1鎖緊制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)?38?當(dāng)加工結(jié)束時(shí),轉(zhuǎn)臺(tái)需要能夠迅速制動(dòng);當(dāng)進(jìn)行某些特定的銑削加工時(shí),要求轉(zhuǎn)臺(tái)能夠穩(wěn)固地鎖緊工件,防止在加工過程中產(chǎn)生位移而影響加工精度.因此設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí),首先要考慮的就是設(shè)計(jì)一個(gè)有效并可靠的制動(dòng)鎖緊系統(tǒng).這里我們選用了液壓制動(dòng)鎖緊方案.如圖4所示,當(dāng)工作臺(tái)鎖緊口通人壓力油后,脹套1將工作臺(tái)脹緊,實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的鎖緊;當(dāng)工作臺(tái)鎖緊口壓力油卸壓后,工作臺(tái)松開.即:鎖緊套的緊運(yùn)動(dòng)是由壓力油完成,松開時(shí)靠彈簧彈力,因此轉(zhuǎn)臺(tái)松開時(shí),鎖緊腔必須迅速卸壓.轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊進(jìn)油口尺寸為z3/8英寸,進(jìn)油管接到轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊口.轉(zhuǎn)臺(tái)鎖緊力矩和鎖緊壓力成正比,最高油壓為3.5mpa,最大鎖緊力矩為60

9、00n?m,可根據(jù)加工情況設(shè)定鎖緊壓力.注意轉(zhuǎn)臺(tái)松開時(shí)回油管上得有背壓,保證轉(zhuǎn)臺(tái)可靠松開.圖4轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)直驅(qū)力矩電動(dòng)機(jī)本身就是高發(fā)熱元件,且處于機(jī)床的腹部位置,如果散熱不好,極易形成熱量累積,導(dǎo)致自身和關(guān)聯(lián)部件的溫升,引起機(jī)床的熱變形.因此必須設(shè)計(jì)出高效的冷卻系統(tǒng)將熱量及時(shí)導(dǎo)出,否則直接影響機(jī)床的加工精度,電動(dòng)機(jī)推力,甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī).直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)里的熱源主要產(chǎn)生于軸承和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn).因此我們根據(jù)發(fā)熱源和部件的熱敏感性,在定子和轉(zhuǎn)臺(tái)本體之間集成了水冷系統(tǒng)并在軸承附近安裝了溫度傳感器2.這使得轉(zhuǎn)臺(tái)的額定轉(zhuǎn)速和扭矩大大提高,轉(zhuǎn)臺(tái)的安全可靠運(yùn)行得到了有效保障.圖5工作臺(tái)液

10、壓鎖緊系統(tǒng)原理圖等u.工f轉(zhuǎn)臺(tái)上冷卻液接口為g3/8英寸,冷卻系統(tǒng)最高壓力得超過0.4mpa,熱交換功率上低于7kw,冷卻液流量上低于20l/rain.此外對(duì)于冷卻水的使用需要注意以下幾個(gè)方面:(1)冷卻水應(yīng)加人防銹劑等,須防止銹蝕及藻類的產(chǎn)生.(2)冷卻水必須保證清潔,進(jìn)水管要加裝過濾器,過濾顆粒小于100ixm.(3)進(jìn)水口溫度必須控制在1035,如果高于35,轉(zhuǎn)臺(tái)額定扭矩可能會(huì)下降;冷卻水溫度也不要低于環(huán)境溫度3,防止轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部潮氣凝結(jié)成露.在軸承的溫度控制方面,要求軸承的溫度范圍控制在一30120之間,這里我們?cè)谳S承固定位置附近安裝了一個(gè)溫度傳感器(圖4箭頭3所指部位)來保證軸承在允許的

11、溫度范圍內(nèi)工作,推薦運(yùn)行的最高溫度控制在80以內(nèi).此外為了防止電動(dòng)機(jī)過熱,還在相應(yīng)位置添加了一個(gè)溫度傳感器用于監(jiān)控電動(dòng)機(jī)工作溫度,以防止電動(dòng)機(jī)高溫運(yùn)行產(chǎn)生危險(xiǎn).2.3精度控制設(shè)計(jì)直驅(qū)系統(tǒng)能提供顯著效益,如實(shí)現(xiàn)大扭矩快加速以及精密伺服控制等,但對(duì)運(yùn)動(dòng)控制和測(cè)量反饋系統(tǒng)提出了更高的要求.這里我們采用了海德漢絕對(duì)值角度編碼器為直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)的測(cè)量反饋部件,高分辨率的測(cè)量系統(tǒng)能夠提供極好的位置穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)了更為平穩(wěn)的速度控制.設(shè)計(jì)安裝編碼器時(shí),在保障接觸剛度的前提下,盡量減小轉(zhuǎn)臺(tái)與編碼器的配合截面面積,這樣有利于編碼器放置在理想的安裝位置,并適用于盡可能大的安裝直徑.2.4直驅(qū)的控制問題對(duì)于直驅(qū)系統(tǒng)來說,數(shù)

12、控機(jī)床加工過程中切削負(fù)載是在控制閉環(huán)中的,而且負(fù)載的變化不經(jīng)過任何中間環(huán)節(jié)便直接作用于電動(dòng)機(jī)上.因此,直接驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制難度較大,系統(tǒng)控制器需要具有良好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的魯棒性.目前大部分高檔數(shù)控系統(tǒng)都已經(jīng)集成了相應(yīng)的模塊,可實(shí)現(xiàn)直驅(qū)系統(tǒng)的控制.本機(jī)床選用的是siemens840d,其中已經(jīng)有相應(yīng)的直驅(qū)控制模塊,只需根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置開發(fā)就可以完成對(duì)雙功能直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制任務(wù).2.5本體及防護(hù)設(shè)計(jì)問題主題:關(guān)鍵功能餐件i麗而_r-轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部電動(dòng)機(jī)帶有強(qiáng)磁場(chǎng),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用合適的隔磁材料制作防護(hù)罩,屏蔽強(qiáng)磁場(chǎng).同時(shí)也具有防止切屑和冷卻液進(jìn)入電動(dòng)機(jī)氣隙的作用.這里我們?cè)谵D(zhuǎn)臺(tái)上還加裝了氣密封裝置(壓

13、力大于0.1mpa,密封氣體進(jìn)口要加裝過濾器,保證進(jìn)氣干燥無雜質(zhì)),這樣就可以徹底保證在加工工程中,不會(huì)有切屑和冷卻液空氣圖6工作臺(tái)氣密封系統(tǒng)原理圖進(jìn)入轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部,以免損壞轉(zhuǎn)臺(tái)(如圖6).3結(jié)語本文分析了直驅(qū)式多功能轉(zhuǎn)臺(tái)在高檔立式車銑復(fù)合加工中心上應(yīng)用的主要難點(diǎn),并給出了相應(yīng)的解決方案.主要包括溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),精度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),伺服控制問題以及防護(hù)設(shè)計(jì)等.直驅(qū)技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)較為共性,核心問題在于如何設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的溫度控制系統(tǒng),并通過先進(jìn)的控制反饋系統(tǒng)和高水平的裝配技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度.因此,本文的一些應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)對(duì)于其他一些高檔機(jī)床集成直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)提供了有益參考.參考文獻(xiàn)1劉強(qiáng),陳靜,吳文鏡,等.高性能數(shù)控機(jī)

14、床幾項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)的研究應(yīng)用進(jìn)展j.航空制造技術(shù),2009(5):4245.2l6pezdelaealleln,lamikiza.machinetoolsforhighperformancem.london:springer,2009.3陳一秀,王永初.液壓轉(zhuǎn)臺(tái)的魯棒控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)j.機(jī)床與液壓,2005(1):7173.4王玉明,周興義.測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)軸線不正交對(duì)測(cè)量精度影響的分析j.光學(xué)儀器,2008(1):1114.5王成元,王貴子,夏加寬.機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)直接驅(qū)動(dòng)力矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩優(yōu)化設(shè)計(jì)j.沈iht_業(yè)大學(xué),2008,30(1):7-10.6hwangs,eomj,jungy,eta1.variousdesigntechniquestoreducecoggingtorquebycontrollingenergyvariationinpermanentmagnetmo-torsj.ieeetransonmagnetics,2001,37(4):2806-2809.(編輯譚弘穎)(收稿日期:20101206)文章編號(hào):ilo413如果您想發(fā)表對(duì)本文的看法,請(qǐng)將文章編