這臺(tái)加工中心的三個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸全部配備直線驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成專門為采用線性技術(shù)而優(yōu)化過的Gantry結(jié)構(gòu)樣式

提高機(jī)床的生產(chǎn)率

　　最初收集到的信息是掩半，用戶對未來希望什么瞒脆，市場已經(jīng)能夠提供何種解決方案，才能找到普遍可行的進(jìn)軍方向溉谣。機(jī)床制造專家們發(fā)現(xiàn)纺闷，用戶認(rèn)為未來最重要的是明顯提高機(jī)床的生產(chǎn)率：“不管你們怎樣做，請你們首先考慮到胧含，我們的工件要比目前更快地從機(jī)床里加工出來需复，而且至少要保持和目前同樣的質(zhì)量》芽兀”為了滿足這項(xiàng)要求拓郑，為了在動(dòng)態(tài)性能和生產(chǎn)率方面真正實(shí)現(xiàn)飛躍，采用傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)是行不通的咸培。只有采用創(chuàng)新型驅(qū)動(dòng)方案节霸，也就是線性技術(shù)才能有出路。初步考慮當(dāng)然是把直線電動(dòng)機(jī)安裝在現(xiàn)有的機(jī)器結(jié)構(gòu)上疑跑。不過怒医，F(xiàn)ooke公司很快就發(fā)現(xiàn)，這樣對設(shè)計(jì)幫助不會(huì)太大奢讨，因?yàn)榕f式機(jī)床結(jié)構(gòu)對于高動(dòng)態(tài)性能的新型電動(dòng)機(jī)來說太軟了稚叹。

　　有了這些認(rèn)識(shí)之后，專家們清楚地知道拿诸，他們必須另走一條全新的路入录。Fooke公司為此找到了伙伴，這些伙伴可以對自己的經(jīng)驗(yàn)加以補(bǔ)充佳镜。這些伙伴是Fooke公司在Gelsenkirchen大學(xué)Bocholt分校以及西門子公司找到的僚稿。在著手進(jìn)行設(shè)計(jì)工作之前，提出了許多原則上的考慮蟀伸，從機(jī)床在物理上的基本任務(wù)到底是什么的問題開始蚀同。最后對這個(gè)問題給出了這樣的答案：機(jī)床是在空間里運(yùn)動(dòng)著的一個(gè)旋轉(zhuǎn)對稱體，比如鉆床或銑床啊掏。然后可以提出這樣的問題：我以何種質(zhì)量來在空間中運(yùn)行這個(gè)旋轉(zhuǎn)對稱體蠢络？理論上可以用手來做（手持式鉆機(jī)）衰猛，也可以用手動(dòng)機(jī)器來做，可以用機(jī)器人或者用CNC銑床來做刹孔。假如現(xiàn)在把這種物理上的作用原理同客戶的要求結(jié)合起來忧绊，就形成了生產(chǎn)力極高的五軸CNC加工中心的基本方案。為了找到最佳的結(jié)構(gòu)和最佳的組件缓贤，就對結(jié)構(gòu)的剛性基列、驅(qū)動(dòng)的剛性以及來自控制器的動(dòng)作引導(dǎo)智能做了一些考慮。作為定性評價(jià)參數(shù)選用了調(diào)節(jié)質(zhì)量卿黍，也就是KV系數(shù)军笑。在這個(gè)位置上，研制小組對三種影響因素之中的每一種因素分別進(jìn)行了觀察见拴，最后又把它們?nèi)糠旁趶?fù)雜的模擬中做了綜合觀察擅暴。他們借助有限元法（下圖）進(jìn)行工作，后來又利用這種方法取得的結(jié)果繼續(xù)在Mathlab工作馒毙。在此期間又納入了電氣性能项栈，借助仿真對基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，使因有頻率最終與目標(biāo)參數(shù)相符合疫壕。

圖 加工中心是借助于有限元法研制的搁突。圖中表示機(jī)床結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)形狀

Gantry結(jié)構(gòu)的龍門式銑床

　　于是，研制班子決定造一臺(tái)樣機(jī)（X = 2000 mm只磷，Y = 2000 mm经磅，Z = 1200 mm），利用樣機(jī)對數(shù)學(xué)模型的質(zhì)量進(jìn)行了檢驗(yàn)钮追，并利用樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)際加工预厌。試驗(yàn)表明，計(jì)算出的數(shù)值以及測得的數(shù)值相互符合元媚，僅差1～2 Hz轧叽。因此，模型無論當(dāng)時(shí)還是現(xiàn)在都非常接近實(shí)際刊棕。

　　從所有這些前期考慮和計(jì)算中設(shè)計(jì)出了一臺(tái)Gantry結(jié)構(gòu)的門式銑床：在這種結(jié)構(gòu)方式中炭晒，運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量極小。機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)是焊接的甥角，用特種混凝土澆筑的底座具有減震作用网严。側(cè)壁制成雙塔門式，也是用混凝土澆筑而成的嗤无。導(dǎo)軌基座就做在它上面震束，并用螺釘加以固定。對塔式門咸婿、Y軸和Z軸在重量姚转、剛性和減震方面進(jìn)行了優(yōu)化谋扼。驅(qū)動(dòng)X、Y和Z軸的線性驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了智能安裝们敢，結(jié)果使作用于機(jī)床結(jié)構(gòu)的負(fù)荷（重量和磁吸引力）達(dá)到了最小咐准。所有導(dǎo)軌全部制成了預(yù)應(yīng)力滾柱導(dǎo)軌（INA）。

　　各個(gè)具體的機(jī)床型號(hào)如Endura 904慷训、905和906 linear之間的區(qū)別首先在于銑頭和高頻主軸消李。Endura 904 linear目前采用輕型銑頭，轉(zhuǎn)數(shù)為22000r /min巫邻，扭矩為30 Nm猫荤。銑頭在軸上的旋轉(zhuǎn)速度達(dá)20 r /min顶山。

　　此外溺察，視客戶的要求不同，機(jī)床還可配備自動(dòng)換刀器刨塔、工件裝卸系統(tǒng)矫评、微量噴淋計(jì)量系統(tǒng)、濕式工作的冷卻劑系統(tǒng)您旁、刀具和工件測量系統(tǒng)烙常、灰塵和切屑清理裝置、夾緊系統(tǒng)以及噪聲保護(hù)裝置鹤盒。用戶可以在標(biāo)準(zhǔn)程序中選擇不同運(yùn)行路徑的機(jī)器蚕脏，X軸方向可達(dá)20m，Z軸方向達(dá)4m侦锯，Y軸方向達(dá)2m驼鞭。

　　Fooke公司在Endura 900 linear系列的電氣配置上與西門子公司進(jìn)行了極為密切的合作，把設(shè)計(jì)工作最終委托給西門子公司尺碰，包括開關(guān)柜的制造挣棕。驅(qū)動(dòng)則采用了1FN3型直線電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)軸裝配了1FT6系列伺服電機(jī)亲桥。二者均采用Simodrive-611D變頻器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)洛心。控制器選用的是Sinumerik 840D加NCU 573.5题篷，目前词身，這是硬件裝備的旗艦。外圍設(shè)備采用分散式結(jié)構(gòu)木砾，通信則采用Profibus DB總線哪峰。整臺(tái)機(jī)床，包括操作人員全部采用西門子自備的安全技術(shù)Safety Integrated (Level II)加以保護(hù)节拷。

線性軸快速行程達(dá)65 m/s

　　最后再看一看實(shí)際的功率守搬。新技術(shù)為用戶帶來了什么些惑？首先是可以確認(rèn)，所有3條線性軸都可以用高達(dá)65 m/s的快速行程進(jìn)行運(yùn)行杰趾。其次鲸锻，動(dòng)態(tài)性能比常規(guī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床高出3倍。生產(chǎn)率因此可以提高大約35%稀销。單位時(shí)間/切屑量達(dá)到了可觀的5500 cm3（鋁）鸡捉。以取樣件為例，用傳統(tǒng)的CNC銑床加工這樣一個(gè)工件需要11 min栗绝，而用Endura 900 linear則僅需6 min分鐘甚岩，這表明了技術(shù)數(shù)據(jù)在實(shí)踐中意味著什么。而這種生產(chǎn)率數(shù)值并不以損失精度為代價(jià)：調(diào)節(jié)回路的加強(qiáng)（Kv系數(shù)）涕瘸，在傳統(tǒng)機(jī)床上一般在1～3 m /（min.mm）涡相，而新研制的產(chǎn)品則提高到了5 m /（min.mm）。

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