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WMEM|KMC 800 SU五轴立式加工中心的研发与应用


一、概述

在机器制造中,机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的40%-60%,机床在国民经济现代化的建设中起着重要作用。其中,五轴加工中心是一种科技含量高、精密度高,专门用于加工复杂曲面的机床,并对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有着举足轻重的影响力。

随着国内航空、航天、军工、汽车等工业的快速发展,以及铝合金等新材料的应用,对数控机床的高速化、高精度化、功能复合化、智能化等要求越来越高,国产五轴机床的研发与创新也愈发迅猛。

在基于企业所建立的“全技术链、全产业链、全人才链”的完整发展模式之下,光洋集团充分整合了企业在自主化高档数控系统、伺服驱动、电机、精密转台等关键功能部件方面的优势,科德数控打造出了以KMC系列五轴铣车复合立式加工中心为主打的一个又一个自主系列产品。目前,科德数控KMC系列五轴立式加工中心拥有KMC400SKMC600SKMC800SKMC1250S全系列型号产品。


二、产品性能介绍

数控机床在数字化控制下实现工件与刀具间任意轨迹的相对运动,从而实现各种型面的加工。在实际应用中,由于零件复杂程度越来越高,许多零件加工需要在一次装卡下完成尽可能多的表面加工,甚至完成复杂凹曲面和异形腔体的加工,于是诞生了五轴机床,即在传统三坐标基础上加入回转坐标,以实现特殊工件和刀具间姿态调整的要求。

科德数控研发生产的KMC800S系列五轴立式加工中心采用模块化设计概念,具有更大的作业空间,更小的干涉,更强的切削刚度,更高的速度和精度,更紧凑的安装空间及下述特点。

1. 改良的龙门框架及整机结构设计

KMC800S系列五轴立式加工中心的结构采用改良的龙门框架设计,三个轴在刀具上,两个旋转轴在工件上,达到最优的主轴支撑;各轴的驱动和导轨都在加工区域之外的上方,不会受加工时产生的切屑等因素的影响,大大降低故障率;主轴内置于垂直的Z向滑枕中,借鉴立式坐标镗的经典结构;主轴不会受到摆动的影响,所以刀具长度不会影响摆臂长度而影响摆动误差,拥有更好的主轴刚性;数控回转摆动工作台实现双壁支撑,Y轴采用四导轨支撑和位于中心的主驱动;A轴摆动角度为-130°~130°。环形刀库与机床床身融为一体,结构简单,节省空间。


2. 人造理石床身

KMC800S系列五轴立式加工中心采用人造理石为床体主要材料。人造理石材料热膨胀系数仅为铸铁的1/20,具有更好的环境适应性,更小的热变型误差;人造理石阻尼是铸铁的6倍,具有更好的吸收振动的能力,降低切削振动对机床传动部件的影响;人造理石床身制造工艺采用常温固化,没有铸铁冷却不均导致的内应力,是国际上精密机床优选的床身材料。


3.  直驱技术

KMC800S系列五轴立式加工中心采用直驱技术,加工中心的旋转轴采用力矩电机替代传统的齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠传动等机械传动。通过力矩电机作为回转坐标主要驱动技术。直驱技术具有动态响应能力好、无反向间隙、无传动机械磨损等显著优势。直驱技术已经成为当前国际上精密高速机床重要的技术路线。U型和MT型分别配置低速力矩电机和高速力矩电机,均可满足铣削和车削要求的良好的精度和动态性能。


4. 双驱技术和重心驱动

KMC800S系列五轴立式加工中心通过双驱技术(KMC800标配,KMC400选配)实现摇篮式转台的重心驱动,可以使机床得到更强劲、更平稳的驱动,能够有效地抑制振动,消除反向间隙,为用户提供了理想的加工性能。

5.激光干涉反馈

KMC800S系列五轴立式加工中心可以选配激光干涉反馈系统,将长度反馈系统提升至激光波长基准,自带环境(温度、气压)补偿,可以控制工作台定位精度达到0.5μm,满足用户特殊的超高精度要求。


6.高动态响应技术

科德在机床设计阶段十分重视运动部件动态性能优化,重视高刚度轻量化设计和机械运动部件的动力匹配。在机床订单配置和调试阶段,可以根据用户特殊需求,配置更高扭矩惯量比的高性能电机及驱动,进一步进行机床每一个运动坐标的驱动参数的优化,使机床的动态性能满足用户的需求。


三、关键技术应用情况

数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的一个核心标志,在现代制造行业中,作为先进制造的核心设备,数控系统的功能和性能对制造业的自动化、集成化、柔性化及智能化起着至关重要的作用,以它为基础平台的相关技术水平高低已成为衡量一个国家的工业现代化水平的重要指标。

依托自主研发、拥有自主知识产权的全数字总线开放式高档数控系统,光洋集团长期坚持践行“产学研用”深度融合的战略,与高校紧密合作,实现前沿创新。科德数控专心致力于机床精度的提升,以完整的数控方案为用户创造价值。

科德五轴数控系统支持多个控制过程并发,既可以同时控制多个加工过程,而且可以是不同机床上的不同加工任务,也可以是单台机床上多主轴上的不同加工任务。

高端五轴数控系统三大基础技术包括:

1. 高速的信息交互——G-lNK光纤运动控制现场总线

采用100Mbps的高速光纤介质,将数控系统的控制指令送达每个伺服驱动装置,并保证严格同步运行;将包括机床各坐标位置、负载率、温度等在内的物理量传回数控系统。

2. 精准的高频度控制调度——GRTK内核

实现每秒数千次的精确控制任务调度,使运动控制运算、逻辑控制运算、人机交互高效有序运行,对钟响应延迟1/100000秒,在GNC62中支持多核CPU,最大限度地充分利用高性能数控系统处理器运算资源。

3. 精密的位置,角度感知——传感细分技术

将来自直线/角度传感器的信号进一步进行细分处理,进一步提取1Vpp信号中包含有效精度的位置/角度信息,最高提升物理分辨率达16384倍,细分处理器在15000000秒内瞬间完成。独特的激光干涉全闭环控制技术,将长度反馈检测精度提升到0.2μm,分辩率提升到1 nm,为精密机床控制提供基础技术保证。


四、成果应用及推广

科德数控研制的五轴机床已经批量应用于国内的航天、航空、能源等领域。部分导弹、航空发动机、大飞机、核电叶片等高精尖产品的制造线上也都有科德数控的产品在运行。在实现了部分替代进口的同时,科德数控的五轴机床和关键功能部件产品也已经小批量出口德国,开创了完全自主知识产权的高档数控产品出口西方发达国家的先河。

未来,科德数控将在新园区,利用其地下恒温恒湿厂房快速实现规模化生产,逐渐实现批量替代进口,进而让中国设计制造的高档五轴机床和智能制造装备所需的关键功能部件产品逐渐替代进口并扩大国际市场占有率,用中国的高端五轴机床装备中国工业,推动我国智能化制造产业实现跨越式发展。

科德数控股份有限公司


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