基于中達電通自動化平臺的車銑復(fù)合加工

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:3566

1引言
     隨著機械冷加工領(lǐng)域零件產(chǎn)品的多樣化少量化以及日趨復(fù)雜化,金屬切削制造業(yè)對能夠加工出高質(zhì)量、高精度、高效率、低成本產(chǎn)品的CNC(計算機數(shù)控)機床的需求日益增加。同時作為數(shù)控機床制造商,如何在現(xiàn)有生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上能夠簡單、實用、高效、經(jīng)濟地生產(chǎn)出具有復(fù)合加工能力的CNC機床,在日趨激烈的市場競爭中求得生存并發(fā)展,也是產(chǎn)品研發(fā)的主要目標(biāo)和方向。為此機床的設(shè)計與制造者們一直在做出不懈的努力。
2CNC復(fù)合加工技術(shù)
    一個零件產(chǎn)品的生產(chǎn),通常需要多道工序方能完成,不同的工藝方法有著不同的加工原理和特點,不同的加工工序有著不同的加工目的和要求,因此它們各自需要用著不同的加工設(shè)備來實現(xiàn)。
    在傳統(tǒng)的制造工藝中,一個零件的制造往往就需要有多種、多臺不同的加工設(shè)備來完成。這不僅增加了設(shè)備的臺數(shù)和生產(chǎn)廠房的占地面積,從而增加了企業(yè)的投入,而且由于生產(chǎn)過程中零件需在工藝和工序設(shè)備間等待、運輸、檢查和重新定位裝夾等因素,既影響加工精度,也必然增加了不少生產(chǎn)輔助時間。統(tǒng)計表明,這部分非加工時間將占到零件生產(chǎn)總周期的70%~95%左右,從而大大地制約了生產(chǎn)效率的提高。
    隨著金屬切削制造業(yè)蓬勃發(fā)展,對于傳統(tǒng)加工方式,甚至是使用普通的分散式CNC加工方式都可能已不能滿足機床用戶對復(fù)雜零件的加工要求。取而代之的就是把不同加工技術(shù)集中在同一臺機床上完成的集約式的復(fù)合加工方式,并已成為未來機床發(fā)展的重要方向。
    CNC復(fù)合加工就是把幾種不同的加工工藝,放在同一臺數(shù)控機床上來實現(xiàn)零件的加工,例如在一臺數(shù)控機床上可以進行車削加工、銑削加工、鉆孔加工等。CNC復(fù)合加工是近年來金屬切削加工領(lǐng)域中最流行的先進制造技術(shù)之一。具有復(fù)合加工能力CNC機床的最大的優(yōu)點就是能夠通過一次零件裝夾,即可實現(xiàn)零件多種不同工藝的加工,從而達到減少機床和夾具,免去工序間的搬運和儲存,提高零件加工精度,縮短制造周期和節(jié)約作業(yè)面積的目的,為使用者帶來效益。
    根據(jù)圖1展示燃氣具燃燒噴嘴零件加工圖,傳統(tǒng)的加工方式需要下3道基本加工工序方能完成:使用CNC車床或者小型液壓仿形車床來加工外圓輪廓;使用鉆床安裝分度卡盤或者專用夾具實現(xiàn)來分度鉆孔;使用鉆床安裝專用的快換夾頭來實現(xiàn)側(cè)面的鉆孔和攻絲。
     而在具有復(fù)合功能的CNC車床上生產(chǎn)時,通過一次工序裝夾,簡單的NC編程就能方便快速的實現(xiàn)上述所有加工步驟,極大的提高了加工效率。




圖1  燃氣具燃燒噴嘴


3車銑復(fù)合功能的實現(xiàn)以及和經(jīng)濟型CNC車床的差異
3.1機械結(jié)構(gòu)的差異
    以車削為基礎(chǔ)的CNC復(fù)合加工車床,通常是以普通CNC數(shù)控車床為基礎(chǔ),配以一個多個工位的刀架和動力旋轉(zhuǎn)刀具發(fā)展而成,加工對象主要是軸類、盤套類等回轉(zhuǎn)體零件。除主要進行車削加工外,還可以進行部分的銑削、鉆孔和攻絲等加工。為了實現(xiàn)在一臺車床上通過一次裝夾,便可對回轉(zhuǎn)體零件進行全部或大部分的加工,因此在它車床的床身上,除了可以安裝一般的車削刀具外,還要具有能夠安裝上銑刀、鉆頭和絲錐等旋轉(zhuǎn)的輔助動力裝置,這點是具有車、銑復(fù)合功能CNC車床機械結(jié)構(gòu)上區(qū)別于經(jīng)濟型車床的顯著特征
3.2CNC控制系統(tǒng)的差異
(1)C軸功能。對于具有車、銑復(fù)合功能CNC車床,它控制系統(tǒng)的主軸通道,除了能夠執(zhí)行S代碼主軸的功能,控制機床主軸變速旋轉(zhuǎn)外,還要能夠?qū)崿F(xiàn)機床主軸可以精確分度的C軸功能和C與Z軸、C與X軸的聯(lián)動功能。具有這樣復(fù)合功能CNC車床不僅可以像普通數(shù)控車床那樣能對回轉(zhuǎn)體零件的內(nèi)外表面(含圓柱面、錐面、曲面等)、端面進行車削加工,還可以利用C-Z軸聯(lián)動功能車螺紋,利用C軸分度功能和X或Z軸上安裝的動力旋轉(zhuǎn)刀具進行偏離回轉(zhuǎn)體零件中心線的鉆孔和銑削加工,從而大大地擴展了數(shù)控車床復(fù)合加工的能力。
(2)多軸的控制能力。標(biāo)準的經(jīng)濟型的CNC車床通常配置1路主軸通道(伺服主軸或者變頻器主軸)和2路伺服進給軸通道(X軸、Z軸),而具有車、銑復(fù)合功能CNC車床,還需要增加輔助動力裝置來實現(xiàn)鉆孔和銑削加工,因此就需要控制器能夠提供更多的伺服軸通道(如A軸、Y軸)來控制輔助動力裝置,滿足控制的要求,如圖2所示。




圖2多軸加工


4基于中達電通自動化平臺的車銑復(fù)合加工解決方案
     綜合上述的分析,我們了解到從經(jīng)濟型車床向具有復(fù)合加工能力的CNC車床的轉(zhuǎn)變是需要在機床電氣控制架構(gòu)和機械設(shè)計兩個方面同時入手來滿足的要求的,對于后者因為每個機床制造商的機臺設(shè)計不盡相同,而利用中達電通CNC系統(tǒng)的PLC的開放性完全可以滿足不同的機械設(shè)計需求,本文對機械部分不再做討論,主要介紹中達電通在電氣控制方面能夠提供的整體解決方案。
    機電自動化產(chǎn)業(yè)制品豐富的中達電通除能夠提供PUTNC-H4CL-T加強型車床數(shù)控系統(tǒng)來滿足具車、銑復(fù)合功能的CNC車床的控制要求外,還能夠提供臺達 ASD系列交流伺服系統(tǒng)、臺達VFD-VE系列交流變頻器,CS7主軸專用編碼器等全套工業(yè)自動化產(chǎn)品來滿足電氣控制方面的需求,使機械制造商有能力在現(xiàn)有生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上能夠簡單、實用、高效、經(jīng)濟地生產(chǎn)出具有復(fù)合加工能力的CNC機床,從而為機械制造商和最終用戶帶了更大的利益
4.1CNC 控制系統(tǒng)介紹
     基于金屬切削制造業(yè)對具有復(fù)合加工能力的CNC機床的市場需求和未來發(fā)展的技術(shù)趨勢,中達電通在2006年底將PUTNC-H4CL-T加強型車床數(shù)控系統(tǒng)推向市場(圖3)。創(chuàng)新設(shè)計的PUTNC-H4CL-T加強型車床數(shù)控系統(tǒng)采用了全新的硬體設(shè)計架構(gòu),完全繼承了中達電通數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作易用性的特點,使其性能更加出色。
  PUTNC-H4CL-T技術(shù)特點:




圖3  PUTNC-H4CL-T車床數(shù)控系統(tǒng)


                  
    (1)開放式的系統(tǒng)架構(gòu),內(nèi)含嵌入式 PLC。 LCD界面可規(guī)劃 ,能夠滿足不同機械制造商的客制化需求。


    (2)10.4寸彩色液晶顯示器,視野更大、更清晰。


    (3)分體式操作平臺,使用更方便,操作更靈活。


    (4)最大控制伺服通道數(shù):4路伺服軸(X、Z、Y、A)。


    (5)主軸控制通道數(shù):可以控制1路伺服主軸或變頻主軸,主軸控制具有S主軸功能和C軸任意角度分度功能。


    (6)車、銑一體機的設(shè)計理念,能夠?qū)崿F(xiàn)C與Z軸、C與X軸的聯(lián)動功能,可以進行螺旋槽銑削,高精度螺紋加工等豐富加工功能。


    (7)配合銑刀、鉆頭和絲錐等旋轉(zhuǎn)的輔助動力裝置能夠?qū)崿F(xiàn)剛性攻絲、、X軸向鉆孔、Z軸向鉆孔、偏心剛性攻絲等復(fù)合加工功能。


4.2CNC系統(tǒng)的參數(shù)配置
    使用PUTNC-H4CL-T車床數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)界面,機床制造商可以方便的通過相應(yīng)參數(shù)配置來實現(xiàn)主軸機能和輔助動力頭功能,而無須對CNC的PLC程序進行編輯。從而可以更輕松的構(gòu)建CNC車床復(fù)合加工所需各項控制機能,如圖4所示。




圖4數(shù)控系統(tǒng)的自動界面和主軸參數(shù)配置界面


4.3CNC車床復(fù)合加工的NC編程


    對于PUTNC-H4CL-T車床數(shù)控系統(tǒng),系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)了專用的NC指令代碼,可以方便的控制主軸分度、輔助動力頭旋轉(zhuǎn)、實現(xiàn)剛性攻絲、、X軸向鉆孔、Z軸向鉆孔、偏心剛性攻絲等復(fù)合加工功能。表1列舉了常用的NC指令代碼。



表1 復(fù)合加工常用NC編程代碼


5臺達 ASD系列交流伺服系統(tǒng)


    臺達ASD-A系列進階型交流伺服系統(tǒng)和ASD-B標(biāo)準型交流伺服系統(tǒng)是臺達電子分別于2003年和2005年面向市場推出的2款主流伺服產(chǎn)品,能夠全方位滿足工業(yè)用戶的需求,特別在CNC機床的應(yīng)用上性能表現(xiàn)更加優(yōu)異。


    臺達伺服針對于CNC機床領(lǐng)域特點:


    (1)內(nèi)建完整的三種(位置 / 速度 / 轉(zhuǎn)矩 模式)基本控制機能,可以方便的和上位控制器連接。


    (2)動態(tài)響應(yīng)性好,伺服整定時間1ms、空載狀態(tài)下-3000RPM~3000RPM的加速時間10ms。


    (3)PDFF( Pseudo-Derivative Feedback and Feedforward)強健式控制架構(gòu)相應(yīng)更快速、對外部干擾有更強的抑制補償能力,從而能夠保證車刀切削瞬間,或者其它外力突然介入時,伺服定位或定速被影響很少,如圖5所示。


    (4)伺服的自動增益調(diào)整功能,能夠自動評估負載情況并合理設(shè)置伺服增益,從而使伺服調(diào)試更簡單、更快捷,且伺服定位更精準,無超越量和加速度過沖。




圖5 PDFF強健式控制架構(gòu)


    (5)提供共振抑制功能和低通濾波器功能,能夠有效彌補機械的不足和缺陷。


    (6)臺達ASD-A系列進階型交流伺服系統(tǒng)更具有分度定位功能,配合CNC系統(tǒng)PLC的I/O規(guī)劃能夠輕松實現(xiàn)伺服刀庫控制,參見圖6。




圖6 ASD-A系列內(nèi)置的伺服分度功能


6臺達VFD-VE系列高性能磁束向量控制交流變頻器


    臺達VFD-VE系列是2007年為滿足高端市場推出的一款全新產(chǎn)品,其頻率輸出范圍為0~ 600 Hz,而V2H型的輸出更高達3600Hz,完全能夠滿足CNC機床高速主軸的控制需求。利用獨特位置控制功能,配合H4CL-T系統(tǒng)的C軸機能亦可實現(xiàn)主軸任意角度分度功能。


    VFD-VE系列交流變頻器特點:


    (1)內(nèi)置V/F,向量控制。轉(zhuǎn)矩控制,以及位置控制功能。


    (2)頻率輸出范圍為0~ 600 Hz,高端機型的輸出更高達3600Hz。


    (3)速度控制精度:FOC+PG閉回路控制,可達+/-0.02%。


    (4)低速力矩:0.5HZ可達150%。


    (5)可做馬達參數(shù)和負載慣量估測以及高速弱磁曲線估測功能。


    (6)機械煞車控制功能、瞬時停電時減速功能。


    (7)馬達溫度回授保護(PTC)功能。


7 臺達CS7主軸專用編碼器


    CS7主軸專用編碼器特點:


    (1)最高適應(yīng)轉(zhuǎn)速高達8000RPM,最高相應(yīng)頻率為300kHZ。


    (2)機構(gòu)設(shè)計能夠適應(yīng)重負載工作環(huán)境,耐震動,耐高溫。


    (3)航空接頭,防護等級為IP65,適用于高油氣環(huán)境。


    (4)模塊化設(shè)計,多種規(guī)格可選,可靠性高。


8 結(jié)束語


    復(fù)合加工技術(shù)是未來CNC機床發(fā)展的重要方向。中達電通量身定度的整體自動化解決方案,對于機床制造商而言完全能夠滿足經(jīng)濟型機床向具有復(fù)合功能中高端機床的功能轉(zhuǎn)變。讓機床制造商能夠?qū)ふ业礁叩哪繕?biāo)市場,產(chǎn)品更具有競爭力。


    對于機床最終用戶而言,應(yīng)用了復(fù)合加工技術(shù)的CNC機床,結(jié)合中達電通控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和易用性,生產(chǎn)工藝也將由傳統(tǒng)分散式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橄冗M集約式生產(chǎn)方式,產(chǎn)品質(zhì)量和零件的制造周期也將有“質(zhì)”和“量’的飛躍,從而為其創(chuàng)造出更大的效益。顯而易見,由于解決方案集成了單一品牌自動化平臺,使得基于中達電通CNC機床的最終用戶容易獲得設(shè)備生命周期總擁有利益TB0(Tota1Benefit 0f 0wnerShip)最大化的經(jīng)濟技術(shù)特點。    

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