复合式镗铣加工中心将镗削和高速铣削功能集中在一台机床上,工件一次装夹后能完成除安装面外的侧面和顶面的5 个面加工,可减小工件的几何误差[1-2],其具有高效率、高精度的特点。对于复杂的空间曲面,如坦克传动箱体、汽车变速箱和飞机结构件等,可以通过一次安装定位完成深孔镗削及零件表面的铣削、钻孔和攻丝等加工,从而达到减少机床和夹具、避免工序间的搬运和储存、提高工件加工精度以及缩短加工周期和作业面积的目的[3]。
复合式镗铣加工中心是既有镗削功能又有铣削功能的加工设备,采用数控系统的双轴组功能可以同时执行2个加工程序,互不影响,也可在加工时实时监控到2个轴组的加工状态,通过2 个轴组内的数据采集、比较和交换,实现2个程序同步运行。与 采用2套 CNC 数控系统相比,该数控系统更经济、快捷和准确。NUM POWER1050 是开放式、全功能、全数字化的数控系统,可以完成多轴及多轴组的控制。
1 机床结构和运动
机床采用框架式结构,为卧式镗床和立式铣床复合的加工中心。其包括高速铣削电主轴、铣削滑鞍、水平运动滑台(X 轴)、旋转工作台、镗削主轴箱、镗削滑鞍、斗笠式刀库(A 轴)和圆盘式刀库。该机床的结构布局图如图1 所示,机床包括1 个旋转轴
(A 轴)和6 个直线轴(X 轴、Y1 轴、Y2 轴、Z1 轴、
Zs1轴、Z2 轴),其中,Y1、Z1、Zs1 是卧式镗床的伺服轴,Z1及其同步轴 Zs1 共同控制垂直运动,双电动机控制维持了镗床滑枕在垂直方向的镗削平衡, 减少了Z轴方向的加工误差;Y2、Z2 是立式铣床的伺服轴。
机床水平运动滑台(X 轴)上装有高精度液压等分圆盘工作台,镗削及铣削加工共用一个工作台,系 统可通过外部参数在加工程序中进行切换,来决定 工作台参与铣削或者镗削;旋转工作台接受运动指令可做90°等分运动,由变频器控制的高速铣削电 主轴直接驱动圆柱立铣刀,实现无极调速;通过 X、
Y2 和 Z2 三轴联动可完成箱体类零件平曲面的高速铣削加工。在框架的立柱上安装由主驱动单元控制的镗削主轴箱,在进行箱体深孔的镗削加工时,镗削主轴可以在 Y1、Z1方向运动,与分度工作台进行联动,可实现一次装夹完成5个面的加工,从而提高加工精度和生产效率。
2 机床电气控制
全数字的 NUM POWER1050 系统是专门为控制高速加工机床设计的,是世界上最高效的数控系统之一 。其是一个多处理器的 CNC[4],具备杰出的实时处理能力,采用64 位 CPU,系统扫描周期为2 ms,位置环刷新周期为0.2 ms,速度环为0.1ms,电流环只有0.05 ms,处理速度快,位置控制精度高。全数字系统简化了硬件连线,提高了系统的可靠性。高速的数字通信(4 Mbd),更短的响应时间,更宽的响应带宽,更高的测量反馈,特别适合用于高精度和高速的多轴数控机床。机床控制系统由带有PC-BASED 面板的 NUM POWER1050 控制
系统、高性能的 MBLD 主轴驱动模块和 MDLU 轴
驱动模块组成,智能化驱动模块通过 SBCE 数字总线与 CNC 相连,FS15liPC 显示器自身就是一台多功能的集成工业 PC,不 再需要上位机,操 作面板MP02与系统采用光纤连接,所有的驱动模块共用一个电源模块(集成在 MBLD 中)。NUM POWER1050提供一个模拟输入/输出端口(IT/ANA),端口的模拟量输出可作为控制变频器的指令电压,实现数控系统对高速铣削电主轴的无级调速控制。
图2 为镗铣加工中心的电气连接图,直线轴反馈原件为海德汉1Vpp 型直线光栅尺,不需要外部信号转换单元,实现了机床的全闭环控制,提高了机床的加工精度。
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结语
镗铣加工中心的复合加工功能打破了传统数控机床的加工工艺界限,通过实际调试,在加工程序中对外部E 参数进行改写,可实现工作台(X 轴)在2个轴组之间的切换,通过一次装卡完成镗削及铣削加工,双主轴、双轴组(双刀库)、七轴控制适合零件多工作面加工及两维、三维曲面多工序加工。通过伺服系统参数优化,可以提高响应带宽,使伺服系统的输出跟随输入指令的能力增强,系统的动态性能
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