力矩電機在五軸刀具磨床上的應用

隨著(zhù)對機床產(chǎn)能、精度和動(dòng)態(tài)性能要求的增加，直接驅動(dòng)技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地被采用以滿(mǎn)足以上多種需求。特別是直接驅動(dòng)力矩電機，能夠為機床的性能提高帶來(lái)重大的改變。直驅力矩電機的應用，還具有降低客戶(hù)的綜合使用成本，簡(jiǎn)化機器的設計及減少維修維護等優(yōu)點(diǎn)。

　　力矩電機被設計成直接驅動(dòng)連接方式，即消除了齒輪箱、蝸輪蝸桿、同步帶等機械傳動(dòng)裝置，實(shí)現了機械負載與電機轉子的直接連接。這樣的連接方式能夠提供高動(dòng)態(tài)性能，消除了傳動(dòng)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(xué)院合作開(kāi)發(fā)出了世界上第一臺直驅力矩電機，最早應用于慣性制導轉臺上。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(wú)刷永磁直驅電機的產(chǎn)品線(xiàn)中，開(kāi)發(fā)出各種系列的高性能免維護直驅旋轉電機和直線(xiàn)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(dòng)數控刀具磨床上的成功應用。

　　該機床是大連科德數控有限公司、大連光洋科技工程有限公司聯(lián)合國內著(zhù)名刀具廠(chǎng)商和大學(xué)共同研制的。機床床體為圓柱形，采用平衡對稱(chēng)設計，結構穩定性高，熱場(chǎng)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，熱穩定性好，耐腐蝕性等特性。砂輪主軸采用雙電機串聯(lián)驅動(dòng)，且驅動(dòng)完全對稱(chēng)，平衡性好。B、C軸采用直驅式力矩電機進(jìn)行傳遞。B軸可以實(shí)現±360°旋轉，大幅度提高加工效率，減少刀具重復裝夾次數。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。數控系統采用大連光洋的光纖總線(xiàn)式數控系統，磨削軟件采用大連光洋自主開(kāi)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(zhuān)利兩項。

　　技術(shù)參數

　　●最大砂輪直徑：Φ200mm

　　●最大磨削直徑：Φ220mm

　　●最大磨削長(cháng)度：300mm

　　●X/Y/Z/B軸行程：460/250/300mm/±360°

　　●直線(xiàn)軸快移速度：20m/min

　　●直線(xiàn)軸定位精度：0.003mm

　　●直線(xiàn)軸重復定位精度：0.0015mm（高精）

　　●砂輪主軸最高轉速：8000rpm

　　●最大扭矩：108Nm

　　●最大功率：45Kw

　　●B軸最高轉速：100rpm

　　●最大扭矩：1200Nm

　　●C軸最高轉速：1000rpm

　　●最大扭矩：218Nm

　　●控制軸數：6軸5聯(lián)動(dòng)

　　●數控系統：大連光洋GNC09/GNC60光纖總線(xiàn)式高檔數控系統

　　●磨削工藝軟件：大連光洋GTOOL刀具磨削工藝軟件系統

　　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(jìn)了高精度數控多軸聯(lián)動(dòng)工具磨床的推出和機床磨削功能與性能的不斷發(fā)展。目前國內使用的高性能進(jìn)口五軸、六軸聯(lián)動(dòng)數控工具磨床，主要有施利博格、WAlter、WENDT、舒特、薩克、ANCA、德克、TTB等國際品牌。

　　數控工具磨床一般采用世界先進(jìn)的數據電氣控制軟件系統、精密導軌與絲杠運動(dòng)系統、精密光柵和伺服電機反饋定位系統等先進(jìn)模塊設計。

　　科爾摩根KBM電機在該機型上的應用

　　近年來(lái)，結構緊湊的直驅電機在砂輪主軸和工件主軸上的使用日漸增加。直驅主軸可避免機械傳動(dòng)上的間隙，替代原來(lái)成本高昂的精密蝸輪蝸桿系統，節省了安裝體積，并保證系統穩定均衡的精度。

·　　經(jīng)過(guò)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(wú)框電機，KBM無(wú)框電機系列采用了科爾摩根公司最新的直接驅動(dòng)技術(shù)，具有以下特點(diǎn)：

·　　完全密封的定子繞組

·　　155C內部繞組溫度持續能力

·　　PTC熱敏電阻(雪崩式)過(guò)載保護

·　　稀土釹鐵硼磁體

·　　轉子磁體的自動(dòng)防故障頻帶，兼容RoHS

·　　UL,CE認證

　　可定制的轉子輪轂尺寸

　　選用KBM力矩電機帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)：維護工作少、維修成本低、停機時(shí)間短、使用壽命長(cháng)，效率至少比機械傳動(dòng)裝置如變速箱和同步帶系統高10%。結構緊湊，性能好，占用空間小。另外，這些電機可以驅動(dòng)轉子與負載之間具有較大慣性比的高慣性負載。同時(shí)它們具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，加速和減速時(shí)間極短，大幅提升機器性能。