力矩電機在五軸刀具磨床上的應用

　　隨著對機床產(chǎn)能、精度和動態(tài)性能要求的增加，直接驅(qū)動技術已經(jīng)越來越多地被采用以滿足以上多種需求。特別是直接驅(qū)動力矩電機，能夠為機床的性能提高帶來重大的改變。直驅(qū)力矩電機的應用，還具有降低客戶的綜合使用成本，簡化機器的設計及減少維修維護等優(yōu)點。

　　力矩電機被設計成直接驅(qū)動連接方式，即消除了齒輪箱、蝸輪蝸桿、同步帶等機械傳動裝置，實現(xiàn)了機械負載與電機轉(zhuǎn)子的直接連接。這樣的連接方式能夠提供高動態(tài)性能，消除了傳動的間隙與延遲，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，與麻省理工學院合作開發(fā)出了世界上第一臺直驅(qū)力矩電機，最早應用于慣性制導轉(zhuǎn)臺上。此后的60多年其將所擁有的電磁和機電設計經(jīng)驗均應用于無刷永磁直驅(qū)電機的產(chǎn)品線中，開發(fā)出各種系列的高性能免維護直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機和直線電機。本文介紹了KBM電機在我公司自主研發(fā)的六軸五聯(lián)動數(shù)控刀具磨床上的成功應用。

　　該機床是大連科德數(shù)控有限公司、大連光洋科技工程有限公司聯(lián)合國內(nèi)著名刀具廠商和大學共同研制的。機床床體為圓柱形，采用平衡對稱設計，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，熱場均勻分布，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(wěn)定性好，耐腐蝕性等特性。砂輪主軸采用雙電機串聯(lián)驅(qū)動，且驅(qū)動完全對稱，平衡性好。B、C軸采用直驅(qū)式力矩電機進行傳遞。B軸可以實現(xiàn)±360°旋轉(zhuǎn)，大幅度提高加工效率，減少刀具重復裝夾次數(shù)。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(shù)控系統(tǒng)采用大連光洋的光纖總線式數(shù)控系統(tǒng)，磨削軟件采用大連光洋自主開發(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)明專利兩項。

　　技術參數(shù)

　　●最大砂輪直徑：Φ200mm

　　●最大磨削直徑：Φ220mm

　　●最大磨削長度：300mm

　　●X/Y/Z/B軸行程：460/250/300mm/±360°

　　●直線軸快移速度：20m/min

　　●直線軸定位精度：0.003mm

　　●直線軸重復定位精度：0.0015mm(高精)

　　●砂輪主軸最高轉(zhuǎn)速：8000rpm

　　●最大扭矩：108Nm

　　●最大功率：45Kw

　　●B軸最高轉(zhuǎn)速：100rpm

　　●最大扭矩：1200Nm

　　●C軸最高轉(zhuǎn)速：1000rpm

　　●最大扭矩：218Nm

　　●控制軸數(shù)：6軸5聯(lián)動

　　●數(shù)控系統(tǒng)：大連光洋GNC09/GNC60光纖總線式高檔數(shù)控系統(tǒng)

　　●磨削工藝軟件：大連光洋GTOOL刀具磨削工藝軟件系統(tǒng)

　　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，促進了高精度數(shù)控多軸聯(lián)動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(nèi)使用的高性能進口五軸、六軸聯(lián)動數(shù)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(shù)控工具磨床一般采用世界先進的數(shù)據(jù)電氣控制軟件系統(tǒng)、精密導軌與絲杠運動系統(tǒng)、精密光柵和伺服電機反饋定位系統(tǒng)等先進模塊設計。

　　科爾摩根KBM電機在該機型上的應用

　　近年來，結(jié)構(gòu)緊湊的直驅(qū)電機在砂輪主軸和工件主軸上的使用日漸增加。直驅(qū)主軸可避免機械傳動上的間隙，替代原來成本高昂的精密蝸輪蝸桿系統(tǒng)，節(jié)省了安裝體積，并保證系統(tǒng)穩(wěn)定均衡的精度。

　　經(jīng)過前期的選型、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系列無框電機，KBM無框電機系列采用了科爾摩根公司最新的直接驅(qū)動技術，具有以下特點：

　　完全密封的定子繞組

　　155C內(nèi)部繞組溫度持續(xù)能力

　　PTC熱敏電阻(雪崩式)過載保護

　　稀土釹鐵硼磁體

　　轉(zhuǎn)子磁體的自動防故障頻帶，兼容RoHS

　　UL,CE認證

　　可定制的轉(zhuǎn)子輪轂尺寸

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

　　由于該機型填補了國內(nèi)空白，在2011年的北京機床展上引起了業(yè)界的廣泛關注及市場的積極響應。

　　圖一 KBM系列無框套件無刷電機

　　圖二科爾摩根 KBM電機在該機型上的應用