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WMEM| KMC 800 SU五軸立式加工中心的研發(fā)與應用
WMEM|KMC 800 SU五軸立式加工中心的研發(fā)與應用
一、概述
在機器制造中，機床所擔負的加工工作量占機器總制造工作量的40%-60%，機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化的建設中起著重要作用。其中，五軸加工中心是一種科技含量高、精密度高，專門用于加工復雜曲面的機床，并對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。
隨著國內(nèi)航空、航天、軍工、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展，以及鋁合金等新材料的應用，對數(shù)控機床的高速化、高精度化、功能復合化、智能化等要求越來越高，國產(chǎn)五軸機床的研發(fā)與創(chuàng)新也愈發(fā)迅猛。
在基于企業(yè)所建立的“全技術鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈、全人才鏈”的完整發(fā)展模式之下，光洋集團充分整合了企業(yè)在自主化高檔數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動、電機、精密轉(zhuǎn)臺等關鍵功能部件方面的優(yōu)勢，科德數(shù)控打造出了以KMC系列五軸銑車復合立式加工中心為主打的一個又一個自主系列產(chǎn)品。目前，科德數(shù)控KMC系列五軸立式加工中心擁有KMC400S、KMC600S、KMC800S、KMC1250S全系列型號產(chǎn)品。
二、產(chǎn)品性能介紹
數(shù)控機床在數(shù)字化控制下實現(xiàn)工件與刀具間任意軌跡的相對運動，從而實現(xiàn)各種型面的加工。在實際應用中，由于零件復雜程度越來越高，許多零件加工需要在一次裝卡下完成盡可能多的表面加工，甚至完成復雜凹曲面和異形腔體的加工，于是誕生了五軸機床，即在傳統(tǒng)三坐標基礎上加入回轉(zhuǎn)坐標，以實現(xiàn)特殊工件和刀具間姿態(tài)調(diào)整的要求。
科德數(shù)控研發(fā)生產(chǎn)的KMC800S系列五軸立式加工中心采用模塊化設計概念，具有更大的作業(yè)空間，更小的干涉，更強的切削剛度，更高的速度和精度，更緊湊的安裝空間及下述特點。
1. 改良的龍門框架及整機結(jié)構(gòu)設計
KMC800S系列五軸立式加工中心的結(jié)構(gòu)采用改良的龍門框架設計，三個軸在刀具上，兩個旋轉(zhuǎn)軸在工件上，達到最優(yōu)的主軸支撐；各軸的驅(qū)動和導軌都在加工區(qū)域之外的上方，不會受加工時產(chǎn)生的切屑等因素的影響，大大降低故障率；主軸內(nèi)置于垂直的Z向滑枕中，借鑒立式坐標鏜的經(jīng)典結(jié)構(gòu)；主軸不會受到擺動的影響，所以刀具長度不會影響擺臂長度而影響擺動誤差，擁有更好的主軸剛性；數(shù)控回轉(zhuǎn)擺動工作臺實現(xiàn)雙壁支撐，Y軸采用四導軌支撐和位于中心的主驅(qū)動；A軸擺動角度為－130°~＋130°。環(huán)形刀庫與機床床身融為一體，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省空間。
2. 人造理石床身
KMC800S系列五軸立式加工中心采用人造理石為床體主要材料。人造理石材料熱膨脹系數(shù)僅為鑄鐵的1/20，具有更好的環(huán)境適應性，更小的熱變型誤差；人造理石阻尼是鑄鐵的6倍，具有更好的吸收振動的能力，降低切削振動對機床傳動部件的影響；人造理石床身制造工藝采用常溫固化，沒有鑄鐵冷卻不均導致的內(nèi)應力，是國際上精密機床優(yōu)選的床身材料。
3. 直驅(qū)技術
KMC800S系列五軸立式加工中心采用直驅(qū)技術，加工中心的旋轉(zhuǎn)軸采用力矩電機替代傳統(tǒng)的齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、滾珠絲杠傳動等機械傳動。通過力矩電機作為回轉(zhuǎn)坐標主要驅(qū)動技術。直驅(qū)技術具有動態(tài)響應能力好、無反向間隙、無傳動機械磨損等顯著優(yōu)勢。直驅(qū)技術已經(jīng)成為當前國際上精密高速機床重要的技術路線。U型和MT型分別配置低速力矩電機和高速力矩電機，均可滿足銑削和車削要求的良好的精度和動態(tài)性能。
4. 雙驅(qū)技術和重心驅(qū)動
KMC800S系列五軸立式加工中心通過雙驅(qū)技術（KMC800標配，KMC400選配）實現(xiàn)搖籃式轉(zhuǎn)臺的重心驅(qū)動，可以使機床得到更強勁、更平穩(wěn)的驅(qū)動，能夠有效地抑制振動，消除反向間隙，為用戶提供了理想的加工性能。
5.激光干涉反饋
KMC800S系列五軸立式加工中心可以選配激光干涉反饋系統(tǒng)，將長度反饋系統(tǒng)提升至激光波長基準，自帶環(huán)境（溫度、氣壓）補償，可以控制工作臺定位精度達到0.5μm，滿足用戶特殊的超高精度要求。
6.高動態(tài)響應技術
科德在機床設計階段十分重視運動部件動態(tài)性能優(yōu)化，重視高剛度輕量化設計和機械運動部件的動力匹配。在機床訂單配置和調(diào)試階段，可以根據(jù)用戶特殊需求，配置更高扭矩慣量比的高性能電機及驅(qū)動，進一步進行機床每一個運動坐標的驅(qū)動參數(shù)的優(yōu)化，使機床的動態(tài)性能滿足用戶的需求。
三、關鍵技術應用情況
數(shù)控技術是衡量一個國家制造業(yè)現(xiàn)代化程度的一個核心標志，在現(xiàn)代制造行業(yè)中，作為先進制造的核心設備，數(shù)控系統(tǒng)的功能和性能對制造業(yè)的自動化、集成化、柔性化及智能化起著至關重要的作用，以它為基礎平臺的相關技術水平高低已成為衡量一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要指標。
依托自主研發(fā)、擁有自主知識產(chǎn)權的全數(shù)字總線開放式高檔數(shù)控系統(tǒng)，光洋集團長期堅持踐行“產(chǎn)學研用”深度融合的戰(zhàn)略，與高校緊密合作，實現(xiàn)前沿創(chuàng)新。科德數(shù)控專心致力于機床精度的提升，以完整的數(shù)控方案為用戶創(chuàng)造價值。
科德五軸數(shù)控系統(tǒng)支持多個控制過程并發(fā)，既可以同時控制多個加工過程，而且可以是不同機床上的不同加工任務，也可以是單臺機床上多主軸上的不同加工任務。
高端五軸數(shù)控系統(tǒng)三大基礎技術包括：
1. 高速的信息交互——G-lNK光纖運動控制現(xiàn)場總線
采用100Mbps的高速光纖介質(zhì)，將數(shù)控系統(tǒng)的控制指令送達每個伺服驅(qū)動裝置，并保證嚴格同步運行；將包括機床各坐標位置、負載率、溫度等在內(nèi)的物理量傳回數(shù)控系統(tǒng)。
2. 精準的高頻度控制調(diào)度——GRTK內(nèi)核
實現(xiàn)每秒數(shù)千次的精確控制任務調(diào)度，使運動控制運算、邏輯控制運算、人機交互高效有序運行，對鐘響應延遲1/100000秒，在GNC62中支持多核CPU，最大限度地充分利用高性能數(shù)控系統(tǒng)處理器運算資源。
3. 精密的位置，角度感知——傳感細分技術
將來自直線／角度傳感器的信號進一步進行細分處理，進一步提取1Vpp信號中包含有效精度的位置／角度信息，最高提升物理分辨率達16384倍，細分處理器在1／5000000秒內(nèi)瞬間完成。獨特的激光干涉全閉環(huán)控制技術，將長度反饋檢測精度提升到0.2μm，分辯率提升到1 nm，為精密機床控制提供基礎技術保證。
四、成果應用及推廣
科德數(shù)控研制的五軸機床已經(jīng)批量應用于國內(nèi)的航天、航空、能源等領域。部分導彈、航空發(fā)動機、大飛機、核電葉片等高精尖產(chǎn)品的制造線上也都有科德數(shù)控的產(chǎn)品在運行。在實現(xiàn)了部分替代進口的同時，科德數(shù)控的五軸機床和關鍵功能部件產(chǎn)品也已經(jīng)小批量出口德國，開創(chuàng)了完全自主知識產(chǎn)權的高檔數(shù)控產(chǎn)品出口西方發(fā)達國家的先河。
未來，科德數(shù)控將在新園區(qū)，利用其地下恒溫恒濕廠房快速實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，逐漸實現(xiàn)批量替代進口，進而讓中國設計制造的高檔五軸機床和智能制造裝備所需的關鍵功能部件產(chǎn)品逐漸替代進口并擴大國際市場占有率，用中國的高端五軸機床裝備中國工業(yè)，推動我國智能化制造產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
（科德數(shù)控股份有限公司）
