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如何提升磨床的加工精度和性能？

2023-07-10 10:49:49雷尼紹Renishaw閱讀量：416 我要評(píng)論


　　TGT公司面臨的挑戰(zhàn)
 
　　Challenge
 
　　近年來(lái)，直線電機(jī)技術(shù)日趨成熟，在工業(yè)應(yīng)用中承擔(dān)著日益重要的作用?，F(xiàn)代直線電機(jī)的設(shè)計(jì)在散熱、推力和成本方面實(shí)現(xiàn)了顯著改進(jìn)。自動(dòng)化系統(tǒng)以及精密磨床等數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多地采用直線電機(jī)替代傳統(tǒng)的滾珠絲杠。
 
　　直線電機(jī)伺服系統(tǒng)的精密度和精確度很大程度上依賴于光柵的線性位置反饋的質(zhì)量。電子細(xì)分誤差(一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的測(cè)量誤差)是實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的速度控制的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)；刀具磨床制造商都非常清楚，速度控制穩(wěn)定性對(duì)于刀具的表面光潔度非常重要。同時(shí)，低位置抖動(dòng)有助于優(yōu)化伺服環(huán)增益。數(shù)控機(jī)床輪廓磨削工藝?yán)玫毒吣ゴ哺鬏S的微增量線性移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生插補(bǔ)軌跡；因此，精確的運(yùn)動(dòng)控制至關(guān)重要。
 
　　TGT的董事之一Ranganatha先生說(shuō)道：“以前，TGT的磨床采用的是滾珠絲杠。為了進(jìn)一步提高精度并長(zhǎng)期保持高精度，我們決定在新型號(hào)中采用直線電機(jī)。這個(gè)設(shè)計(jì)涉及很多技術(shù)因素。我們需要解決的問(wèn)題包括：直線電機(jī)的環(huán)境保護(hù)，光柵安裝，抗沖擊能力，以及維護(hù)和維修要求。”
 
　　TGT案例視頻
 
　　解決方案
 
　　Solution
 
　　TGT新型刀具磨床的直線電機(jī)需要通過(guò)光柵獲得線性位置反饋，因此必須采用適用于惡劣環(huán)境的封閉式直線光柵。作為雷尼紹的長(zhǎng)期客戶，TGT與雷尼紹工程師一起對(duì)FORTiS光柵進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估。FORTiS封閉式光柵基于業(yè)內(nèi)成熟的RESOLUTE™絕對(duì)式光柵技術(shù)而設(shè)計(jì)，抵御液體和固體碎屑污染物侵襲的能力極強(qiáng)。這款光柵還采用專門(mén)設(shè)計(jì)的集成式調(diào)諧質(zhì)量減振器，不僅具有業(yè)界領(lǐng)先的30 g抗振性，還可確保顯著抵抗光柵以固有頻率振動(dòng)。因此，F(xiàn)ORTiS光柵能夠大幅降低伺服控制回路受干擾的風(fēng)險(xiǎn)。
 
　　“多年來(lái)，雷尼紹產(chǎn)品給我們帶來(lái)了很好的使用體驗(yàn)，比如LP2測(cè)頭系統(tǒng)和用于直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)的RESOLUTE絕對(duì)式光柵等，這些產(chǎn)品的性能都很出色，”Ranganatha先生說(shuō)道。“當(dāng)雷尼紹針對(duì)我們的新型磨床推薦FORTiS封閉式光柵時(shí)，我們毫不猶豫就立即開(kāi)始進(jìn)行必要的測(cè)試和評(píng)估工作。”作為印度領(lǐng)先的刀具磨床制造商之一，TGT近年來(lái)率先推出采用直線電機(jī)的精密刀具磨床。
 
TGT的V2 ADVANCED Maxima刀具磨床
 
TGT的V2 ADVANCED Maxima磨床示意圖
 
　　V2 ADVANCED Maxima
 
　　2021年，TGT推出V2 ADVANCED Maxima，這是一款五軸高精度刀具磨床，由三個(gè)線性軸(X、Y和Z)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(A和C)組成。
 
　　這款機(jī)床的橫向X軸和縱向Z軸均采用圓筒型直線電機(jī)，沖程分別為300 mm和680 mm。兩個(gè)軸都配備了FORTiS-S™封閉式光柵系統(tǒng)，這是FORTiS系列光柵的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。
 
　　垂直Y軸標(biāo)配一個(gè)滾珠絲杠系統(tǒng)，但客戶也可根據(jù)需要選用配備FORTiS-S光柵的直線電機(jī)。旋轉(zhuǎn)A軸安裝在旋轉(zhuǎn)C軸上，兩個(gè)軸都利用配備RESOLUTE絕對(duì)式圓光柵的直驅(qū)電機(jī)來(lái)控制工件的方向，以減小反向間隙。RESOLUTE和FORTiS-S光柵均輸出BISS-C串行通信，可與Beckhoff控制器直接通訊。在加工過(guò)程中，A軸旋轉(zhuǎn)裝夾在工件主軸上的工件，同時(shí)線性軸(X、Y和Z)控制砂輪的位置。
 
　　這款刀具磨床還配備雷尼紹LP2系列測(cè)頭系統(tǒng)，用于在磨削之前執(zhí)行工件找正。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段，TGT對(duì)分辨率從10 nm到1 nm的一系列FORTiS-S封閉式絕對(duì)光柵進(jìn)行了測(cè)試。為了實(shí)現(xiàn)理想的機(jī)床整體性能，TGT最終選用分辨率為1 nm的FORTiS-S光柵。
 

       Microma Auto
 
　　Microma Auto是一款外圓磨床，用于制備普通鉆頭、立銑刀和型削刀具等切削刀具毛坯，它由四個(gè)線性軸(X、Y、Z和V)組成。
 
　　在加工之前，先將刀具毛坯裝夾在工件主軸的夾頭上，并利用LP2測(cè)頭系統(tǒng)進(jìn)行工件檢測(cè)和找正。在加工過(guò)程中，V軸上安裝的V型夾持器(V型塊)旋轉(zhuǎn)工件，同時(shí)縱向X軸(即進(jìn)給軸)線性驅(qū)動(dòng)工件。工件進(jìn)入研磨站后，將被送入到兩個(gè)砂輪(粗加工輪和精加工輪)之間，這兩個(gè)砂輪分別沿Y軸和Z軸驅(qū)動(dòng)，并且相互垂直。Microma Auto的一大優(yōu)勢(shì)是：一次完成整個(gè)制程。
 
　　該機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性是，工件主軸(X軸)和V型塊所在軸(V軸)在同一條直線電機(jī)導(dǎo)軌上，但由不同的直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
 
　　X軸和V軸滑軌連接不同的FORTiS光柵讀數(shù)頭，但使用FORTiS雙讀數(shù)頭系統(tǒng)的同一條封閉式絕對(duì)柵尺。兩個(gè)讀數(shù)頭分別以10 nm的分辨率，將工件的X軸位置和V型塊的V軸位置反饋給控制器。這樣，F(xiàn)ORTiS光柵就能夠在150mm行程的軸上實(shí)現(xiàn)3µm的定位精度。
 
　　使用FORTiS雙讀數(shù)頭封閉式光柵的一大優(yōu)點(diǎn)在于，它可以簡(jiǎn)化機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省空間并降低成本。Ranganatha先生說(shuō)：“選擇FORTiS雙讀數(shù)頭直線光柵的一大原因是，它的安裝和維護(hù)更快速、更簡(jiǎn)便。”
 
　　FORTiS封閉式光柵采用創(chuàng)新型非接觸式機(jī)械設(shè)計(jì)，無(wú)需軸承、彈簧和導(dǎo)向滑架等組件。這種設(shè)計(jì)可減少磨耗，大大降低維護(hù)和維修過(guò)程中的破損風(fēng)險(xiǎn)，從而延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命。FORTiS光柵讀數(shù)頭配備雷尼紹的LED安裝指示燈和精心設(shè)計(jì)的安裝附件，可確保光柵安裝直觀明了、一次成功。
 
　　相比于傳統(tǒng)的光柵系統(tǒng)，F(xiàn)ORTiS的安裝用時(shí)大大縮短，即使在空間受限的應(yīng)用場(chǎng)合也不例外。安裝人員可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)USB連接器將高級(jí)診斷工具ADTa-100連接至運(yùn)行雷尼紹ADT View軟件的計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)更多功能。該軟件具有用戶友好型圖形界面，可顯示高級(jí)診斷信息，包括關(guān)鍵的光柵性能參數(shù)，例如沿整個(gè)軸的信號(hào)強(qiáng)度等。
 
　　在機(jī)床組裝過(guò)程中，TGT的技術(shù)人員使用ADTa-100硬件將FORTiS光柵連接至ADT View軟件。該軟件可實(shí)時(shí)顯示機(jī)床各軸上不同位置的信號(hào)強(qiáng)度，以便技術(shù)人員了解哪些位置需要微調(diào)，甚至可以在切斷機(jī)床電源的情況下對(duì)FORTiS光柵進(jìn)行校準(zhǔn)。
 
TGT的Microma Auto磨床示意圖
 
ADT View軟件界面
 
　　FORTiS光柵的安裝過(guò)程簡(jiǎn)便快捷，幫助TGT節(jié)省了大量制造和維護(hù)時(shí)間。
 
　　Ranganatha先生表示：“FORTiS封閉式光柵的安裝非常簡(jiǎn)便，大大提高了我們的生產(chǎn)效率。如果使用高級(jí)診斷工具ADTa-100，在接受雷尼紹的相關(guān)培訓(xùn)之后，我們的工程師在短短15分鐘內(nèi)便可完成單軸安裝。如果只使用讀數(shù)頭LED指示燈，我相信速度會(huì)更快。通過(guò)LED指示燈，我們能夠快速確定光柵的狀態(tài)；當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，還有助于提高診斷準(zhǔn)確性。”
 
　　“雷尼紹的專業(yè)團(tuán)隊(duì)經(jīng)常和我們探討我們的技術(shù)。FORTiS封閉式光柵可以根據(jù)軸長(zhǎng)、位置分辨率和串行通信協(xié)議提供各種選項(xiàng)，因此我們?cè)跈C(jī)床設(shè)計(jì)方面擁有更大的自由度，”Ranganatha先生說(shuō)道。
 
　　“雖然我們是第一次使用FORTiS光柵，但是對(duì)它的設(shè)計(jì)充滿信心。我們的新型磨床已經(jīng)裝配了FORTiS光柵，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。我們非?？春梦磥?lái)磨床的發(fā)展。近年來(lái)，印度國(guó)內(nèi)的汽車和航空航天行業(yè)方興未艾，切削刀具的市場(chǎng)需求也隨之激增，我們從中受益良多。隨著市場(chǎng)對(duì)磨床的需求日益增長(zhǎng)，我們看到越來(lái)越多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手開(kāi)始涌現(xiàn)。未來(lái)，TGT將著力于優(yōu)化機(jī)床性能，”Ranganatha先生總結(jié)道。
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