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2017年5月31日

數控機床及ARTIS系統配置

隨著制造業技術的不斷進步和發展，國內航空制造領域對提高難加工材料工件加工效率和加工質量的要求也越來越高。數控加工中，因各種原因發生的刀具磨損、刀具斷裂、主軸碰撞等故障都會對正在加工的工件甚至機床本身造成損壞。由于難加工材料工件加工成本高，加工周期長，加工難度大，如果在加工過程中由于刀具或機床碰撞等原因對工件造成損壞，其損失將會很大。因此對用于難加工材料工件的數控機床進行刀具和運行狀態的實時監控，是目前國內制造加工領域覓待解決的一個重要問題。德國ARTIS刀具監控系統是對加工中心機床加工過程中刀具磨損或斷刀、主軸碰撞等機床狀態進行監控的一套監控系統，在國外使用較多，在國內大型數控機床，特別是用于難加工材料工件加工的數控機床上鮮有應用。本文以自主研發的某型號大型數控機床為例，介紹通過對ARTIS刀具監控系統的應用和開發設計，實現對機床刀具狀態和加工過程的實時監控。該型號大型數控機床為五坐標數控機床，龍門移動結構，X,Y,Z,A,B五軸聯動，機床主軸為四檔機械主軸，最高轉速達6 000 r/min，具有主軸功率大、扭矩大、變速范圍大、轉速高等特點，適用于由難加工材料制成的結構復雜、精度要求高的大型整體結構件的加工。機床配置西門子SINUMERIK 840D Powerline數控系統，SIMODRIVE 611 D全數字交流伺服驅動及伺服電動機。為保證加工質量，提高加工效率，有必要應用ARTIS監控系統對機床刀具工作狀態、碰撞、主軸振動、加工過載等進行實時監控。機床及ARTIS系統配置 ARM系統是適用于機床制造商對機床刀具及工作狀態進行監控的一套系統。機床制造商通過配置專用傳感器及配套模塊，根據機床結構進行傳感器安裝和硬件連接，配合進行相關軟件設計，即可實現根據監控信號的特征值，對鉆、銑、攻絲等加工過程中的斷刀、缺刀、刀具磨損、碰撞、加工過載、刀具不平衡等進行實時監控，監控結果可記錄在日志文件中，也可在機床數控系統的人機頁面上顯示。 (1)數控機床配置 SIEMENS PCU50;SIMODRIVE 611D;WINDOWS XP操作系統;Profibus總線接口;SIEMENS 840D NCU軟件版本不低于6.4;SIEMENS 840D系統具備在線刀具監測、自適應控制等選項功能。 (2) ARTIS系統硬件 CTM卡:ARTIS監控系統的核心部件，CTM卡安裝在PCU50的PCI插槽中。 VA-1或VA-2:振動傳感器，安裝在機械主軸上，用于監控主軸狀態，建議安裝在主軸軸承端面。 VG-4:振動傳感器信號轉換模塊，可接2個傳感器，這臺機床為單主軸，僅使用I個傳感器。根據傳感器電纜長度，將VG-4固定安裝在機床合適位置。 ARITS系統硬件連接如圖1所示。 (3) ARTIS系統軟件 ARTIS系統監控軟件:用于監控過程處理、統計等功能，集成在CTM卡中。 CTMVISU:ARTIS監控系統可視化軟件，安裝到PCU50中，將采集到的信號通過不同通道實時顯示。 DTA:集成在CTM卡上的選項功能，通過Profibus總線將機床數字扭矩數據輸出到CTM系統。

2017年5月31日

數控機床三次B樣條曲線插補技術修正

對于曲面處理而言，NURBS是目前流行的自由曲線與自由曲面的表達式，但其生成原理和表達式相對較為復雜。B樣條計算量大，特別是非均勻有理B樣條(NURBS)，將嚴重影響運動的響應時間。為了減少計算量，主要研究三次均勻有理B樣條曲線。而三次B樣條曲線由于能夠滿足處理一般工程問題的需要(當特征點或型值點之間的距離比為1/3-3時，其與三次NURBS曲線的差異很小)且計算簡便，因此三次B樣條曲線是工程上廣泛采用的曲線構造方法和工程技術人員解決相關問題的首選。對于三次B樣條曲線插補算法的研究已有大量的文獻，其中許多算法都是為了力求在計算機上快速產生曲線而設計的，三次B樣條曲線大多數采用解三角方程組的方法，如遞推藕合法、循環約化法、矩陣分解法的并行算法，但對于多核計算機來說不一定都適用。姚哲提出一種基于泰勒公式的用于實時控制的任意空間參數曲線插補方法，葉伯生提出NURBS曲線曲面得到廣泛應用。這些文獻都是關于NURBS曲線曲面插補參數遞推的插補，泰勒展開式一階、二階求解比較復雜，加工誤差較大。本文主要針對三次B樣條曲線的表達式泰勒公式展開式一階、二階展開式，修正調節插補增量△u與插補速度ν的關系，以達到修正改進原三次B樣條曲線插補的目的。△u與插補速度經實例驗證表明該插補算法可以提高插補運算效率，大大地節約計算時間，從而實現樣條曲線的快速插補。插補算法流程圖在NURBS 曲線時間分割插補的過程中，首先設置插補條件以及初始化參數，通過循環計算每一步的參數值，得到新的數據點，從而實現插補。同時，在插補的過程中要使弓高誤差保持在一定范圍內，保證插補進度實現插補運算。要使上面的插補算法實現，具體的插補算法的流程圖如圖1所示。結語 (1)分析了三次B樣條的泰勒公式一階、二階展開式在插補周期一定的情況下，插補增量只與插補速度有關，通過改變插補增量可以達到插補修正的目的。并結合具體實例在MATLAB 7.0上驗證該算法是正確的，達到了參數修正的目的。 (2)該插補算法簡化了三次B樣條曲線數學遞推公式推導的過程，實現樣條曲線的快速插補，對應用該插補算法解決三次B樣條曲線等重大的工程問題具有重要的現實意義。

2017年5月31日

碾壓機床工作原理及實施方式

碾壓機床工作原理通過長度不同的手動搖柄將不同的碾壓力作用在高硬度輥輪上，逐步碾壓，在焊縫處產生金屬塑性變形，晶格扭曲，重新排列，導致組織變致密的同時，發生延展，焊縫區域周長變長，減小并釋放殘余內應力，將導致彈性或者塑性塌陷變形的板體與桶體恢復到原來的狀態，從而提高表面硬度，消除焊接應力，平整外觀表面。傳動形式分析及確定滾壓機的滾輪工作形式一般有雙主動和單主動傳動形式。前蘇聯多采用雙主動形式，而美國則多采用單主動形式，兩種傳動方式各有優缺點，適用場合也不盡相同。雙主動傳動時，被碾壓工件工作穩定可靠，工作部位滑動現象少。但其傳動系統復雜，需從減速機中引出2根主動軸。當要求縱向和橫向碾壓時，滾輪結構復雜、維護困難且不能適應多規格板材焊縫碾壓的規求，同時造價又高。單主動傳動結構簡單、緊湊，適用范圍較大。縱向和橫向(環向)都可以實現穩定的碾壓，并可以使用不同輪徑比的滾壓輪副，可以用于直徑較小工件的碾壓，是多用途滾壓機的一種合理的結構形式。其原理好如圖1所示。顯爾易見，此不銹鋼碾壓機床傳動形式必然選擇單主動傳動結構。實施方式如圖2，機架1上承載所有工作部件且通過膨脹螺栓13與地面14緊固連接，安裝在機架1上的主軸驅動電動機2通過變速箱3驅動錐齒輪組5實現換向，從而實現主動輥輪6旋轉并帶動罐體4作旋轉運動，通過手動搖柄12將力加載到主動直齒輪11,11帶動從動直齒輪10，從而驅動絲杠9旋轉，帶動螺母8將力傳遞給從動輥輪7，主動輥輪6與從動輥輪7共同作用將罐體上環形焊縫夾緊碾壓，針對不同焊縫，手動搖柄可提供不同的碾壓力。升降臺驅動電動機巧驅動螺母絲杠副16，進而帶動伸縮機構17伸縮，實現剪刀叉升降臺18的升降，從而推動環形焊縫罐體與直線焊縫板體4的不同空間位置，實現對不同位置焊縫的碾壓。

2017年5月31日

基于產品配置的快速設計開發研究

隨著制造業市場競爭的日趨激烈，傳統制造環境下的企業產品結構由于用戶的個性化需求而變得愈來愈復雜，個性化帶來的多品種小批量生產導致設計開發周期長、生產成本高。而且隨著市場由需方市場向供方市場轉變，要提高企業的市場競爭力必須對用戶需求做出快速響應。產品配置可以作為解決這種矛盾的途徑之一。產品配置可以理解為根據預定義的零部件集及它們之間的相互約束關系，通過合理的組合，形成滿足客戶個性化要求的產品設計過程川。以往關于產品配置的研究主要集中于產品大規模定制情況下，限于產品系列下的產品配置或CAD參數化建模中在零部件模板模型和與之對應的工程圖模板上進行配置產品的變型設計。本文主要通過在PDM中建立特征譜表，找到合適的搭配，并通過產品遺傳變異、模塊化物料清單和全系列重組3個方面進行產品配置，盡可能利用已有的產品設計資源，把復雜繁瑣的邏輯運算交給計一算機，縮短新產品設計制造的周期，以實現對客戶需求的個性化快速響應。1產品配置模型的建立1.1劃分產品系列產品系列是指主要特征選項基本相同的產品范圍。例如，對于電機來說，可以按額定電壓來劃分產品系列，1 000 v以下劃分為低壓系列，1000V以上劃分為高壓系列。當某些客戶需求的產品具有很多共同特性時，也可以按照客戶劃分產品系列。本系統通過先劃分高壓、低壓一級系列，然后在一級系列的基礎上再根據客戶劃分二級系列。在建立產品系列時還需要注意:依據產品的銷量、銷售利潤額、零件的通用性、企業的核心能力、未來的潛力等對現有產品進行合理化。1.2特征選項，特征譜表特征選項是指某個產品系列的特征屬性和相關屬性值。在一個產品系列里邊，其產品結構變化的決定因素就是這些產品的屬性值。功率就是電機的一個屬性，具體的功率值(11kW,15kW,18.5kW)就是對應的屬性值。電機的主要特征選項示例如表1所示。特征選項譜表包含本公司的所有產品規格或范圍，對于已經實例化的產品，特征選項的屬性值一定是某個具體的值(包含整型、實型、字符型、布爾型等)。

2017年5月31日

多功能臥式加工中心用于5軸同時加工

欽合金和鎳合金被廣泛應用于整個骯空制造業。但欽金屬的高強度，會在加工過程中導致在切削刃上產生較高的熱應力和磨損。因此，高扭矩和低速是對航空航天用部件進行有效銑削操作的關鍵因素。多功能臥式加工中心可用于5軸同時加工，并為不同的切削條件和部件配置提供3種高性能的主軸選擇方案。每臺機床可在低速銑削過程中提供高扭矩，包括同時進行5軸加工.這對生成復雜輪廓是理想選擇。大天5軸加工中心的旋轉頭由幾個模塊化加工中心線的部件組成，工作區域為800 X 800 X 1000, (X, Y, Z)，可容納一個630毫米的托盤和3,080磅的工件。該加工線有3根不同的高性能主軸，從而提供多種加工小型和輕型部件的選擇方案。材料通常為高韌性材料，如需要高速加工的欽制和鋁制部件。旋轉頭可在水平和垂直位置，以及任何空間角度上提供穩定的5軸高切削加工性能，這對加工航空航天用部件尤其重要。X，Y，C或A軸上的刀具提供的5軸運動學，以及Z軸和B軸的工件提供的兩根主軸，都具有高精度、加工多樣性和高動態性能。經過大最市場研究后，確認了將一根軸線置于工作臺，是進行5面和5軸加工最靈活、最強有力和最有效率的方式。該開發商是德國最大的臥式加工中心，以及曲軸銑削和車削系統生產商。與在工件下采用兩根運動主軸的5軸機床相比，位于日軸的工作臺，若與普通或有傾角的工作臺相結合:可提高工作臺的負荷、擴大工作包絡線和可接近性，如一個傾斜/旋轉工作臺或C-over-B型。根據5軸加工的具體要求定制機床結構和軸設計方案，包括被專門設計用于高性能用途的HSK63主軸錐度和242 Nm扭矩。 3根高性能主軸 F系列設計方案的核心是創新主軸技術。PCU63可在轉速高達10,000 RPM、功率達44千瓦和扭矩達244Nm的情況下用于高性能切削。另外兩根主軸SCU63和SCT 63，則在轉速為16,000 RPM,功率為40 kW和扭矩為80Nm的情況下運行。SCT一63的工作面位于A軸，而其他軸則位于C軸。在切削復雜形狀時，A軸可提供更大的靈活性。采用兩個旋轉頭單元時，只需單一設置即可在加工完整部件時展現其多項優點。而有傾角的旋轉頭最好用于加工所有有輪廓的表面，從而成為5軸同時加工的一項有力的選擇方案.特別是用于航空航天行業時。采用旋轉主軸和有錐度的HSK63主軸時，可在加工時節省運營成本，并改善性能，從而得到優質的表面光滑度，并顯著延長刀具壽命和提高過程穩定性。擁有高強度結構的機床設置，可以實現很高的切削加工性能，從而在提供微米級精度時，實現高排屑率。為了保證加工精度，F系列機床采用直接編碼測量系統、高分辨率旋轉編碼器以及有集成測量系統的YRT軸承。

2017年5月31日

高速移動和高加/減速的機械進給系統

當前，高速高精度切削數控加工中心機床的進給系統是“回轉伺服電機+精密滾珠絲杠”和直線伺服電機直接驅動兩種方式并存.而以前者為主。這時所用的回轉伺服電機，是大扭矩，低慣最，轉速稍有提高的交流伺服電機。精密滾珠絲杠的導程則比原來加大了近一倍，同時采用多頭螺紋結構以增加螺母的有效圈數。加速度可達1g，最大進給速度40m/min。這種傳統進給方式尚有潛力可挖，進給速度和加速度還有可能進一步提高。90年代在高速高精度機床上出現的直接驅動方式，則是取消了聯軸節、滾珠絲杠螺母副等中間環節，由直線伺服電機按照伺服控制信號直接驅動執行部件移動的進給方式。由于它不存在中間環節所產生的滯后現象和其它的非線性誤差，因而執行部件能對進給指令立刻作出響應，從而實現很高的加速度和進給速度。目前，采用直線電機的機床，在輪廓加工精度為3um -5um的條件下，加速度達1-1.5g，最大進給速度80m/min, 直線電機本身所能產生的加速度可達10g，但由于受到執行部件質量的影響而使加速度大大降低。所以，要千方百計減輕執行部件的質量。另一方面，目前直線伺服電機的進給力還不夠大，尚有待于進一步提高。同步式和感應式兩種直線伺服電機可以滿足高速高精度機床的較大推力要求。雖然目前直線伺服電機驅動的機床還不多，但越來越被生產機床的廠家采用，說明它代表了一種技術發展方向。

2017年5月31日

GAW系列五面復合龍門加工中心產品發布

多主軸、立臥復合、回轉工作臺結構特點:1、橫梁與主軸按裝有兩個以上的主軸裝置或智能功能裝置。2、立柱上的臥式主軸裝置比裝在主軸上的五面體頭剛性高、精度好。3、工作臺上安裝有數控回轉工作臺。創新點:1、首創高剛性、高精度五面體龍門與多面體龍門機床。2、首創箱體類零件高精加工機床。應用范圍:1、箱體類零件五面體與多面體高效加工。2、任意角度多面體加工。3、無須折裝五面體頭，使用更方便有益效果:1、箱體零件五面加工，生產效率成倍翻番。2、箱體一次裝夾，完成多工序加工，精度好。

2017年5月31日

VA系列高速線軌加工中心產品發布

密肋蜂窩結構、高速線軌、高速主軸結構特點:1、高剛性，三線軌與高速主軸。2、標配8000rpm選配高速10000-15000rpm。3、密肋輕型工作臺配高剛性直線滾動導軌，滿足高速高精需求。4、機床選配形成活性模塊的多功能復合機床。創新點:1、首創VA850/650高剛性二線軌機床。2、V系列850/650具有五種類別的高效復合智能化機床。應用范圍:1、黑色金屬加工高效機床，復臺機床，智能化機床。2、五種類型高效850應用面廣，高剛性/大扭矩/多主軸/智能化/交鑰匙工程機床。有益效果:1、高速主軸，高速進給，生產效率高。2、三線軌精度保持性好，故障率低。3、五種類型850應用面廣。

2017年5月31日

數控多軸排鉆設備結構設計及技術指標

數控多軸排鉆設備加工板料寬度為250-2450mm;最大厚度為60mm;垂直主軸鉆孔間距為130-2450mm。主軸轉速2800 r/min;送料速度達到60m/min，打板調整時間由40 min縮短為10 min.1、數控多軸排鉆機械結構組成數控多軸排鉆的多排垂直鉆、多排立鉆、左右水平鉆、定位壓料裝置以及輸送傳動裝置的新一代多軸排鉆的機械結構及傳動系統。圖1為機械結構簡圖。2、立鉆垂直鉆運動特性描述立鉆和垂直鉆是排鉆的墓本單元，8排、9排、12排及14排等排數不一樣的排鉆只是立鉆和垂直鉆的數量不同，機架和其他各部件都是相同的。圖2是鉆排的結構圖。每一鉆排由4個伺服軸運動和2個氣缸旋轉運動組成。伺服電動機A驅動鉆排水平移動，伺服電動機B驅動鉆孔深度的進給，伺服電動機C1,C2驅動鉆盒縱向移動，鉆頭動力由電動機I)驅動。立鉆(垂直鉆)動作流程:根據鉆孔圖紙上的鉆孔位置要求，首先兩個鎖緊氣缸通氣，缸體壓力克服鎖緊氣缸上的矩形壓簧使得立鉆處于可橫向移動狀態。接著伺服電動機A通過一個減速器驅動一對齒輪齒條在機架底梁上進行橫向移動直到到達指定位置。立鉆在橫向移動的同時根據需要鉆盒可通過兩個氣動馬達的驅動將鉆盒旋轉900，也可通過伺服電動機C1或C2驅動鉆排縱向移動。

2017年5月31日

立式加工中心主軸動態誤差的形式

國內外很多學者對主軸的動態誤差進行了深人研究。張明川對空氣靜壓主軸回轉誤差測量理論、測試試驗技術等進行了研究;伍良生等提出了一套主軸回轉精度的動態測試系統;孫艷芬分析了主軸回轉誤差對工件加工精度的影響;彭萬歡等分析了主軸偏心的影響和作用原理，并提出了合適的偏心消除方法。通過對立式加工中心機床主軸回轉誤差的基本形式及其對工件加工精度影響進行分析的基礎上，對不同轉速下的主軸回轉誤差進行了大量試驗，并結合主軸的動態特性測試結果進行了分析，為立式加工中心機床的切削參數優化提供數據和理論基礎。立式加工中心主軸動態誤差的形式在理想情況下主軸回轉時，主軸軸線的空間位置是固定不變的。但是立式加工中心機床主軸在實際工作中，由于軸承軸頸的圓度、軸承之間的同軸度、主軸的撓度等誤差，使主軸回轉軸線的位置發生變化。主軸動態誤差包括3種形式的誤差:徑向跳動誤差、軸向竄動誤差和角度擺動誤差。通常情況下，這3種形式的誤差并不是單獨存在，而是以一種綜合結果體現，產生的加工誤差也是3種形式影響的疊加，也稱為主軸軸心漂移。對主軸動態誤差的類型及其對加工精度的影響進行了分析。采用API動態誤差分析儀對某立式加工中心的徑向平均誤差和異步誤差、軸向平均誤差和異步誤差以及主軸最小徑向間距進行了測試，給出了詳細的測試數據，并且得到了各誤差項與轉速的關系圖，最后對測試結果進行了分析。測試數據和分析結果對主軸動態誤差分析具有非常重要的參考意義。