力矩電機在五軸刀具磨床上的應用

　　隨著對機床產能、精度和動態性能要求的增加，直接驅動技術已經越來越多地被采用以滿足以上多種需求。特別是直接驅動力矩電機，能夠為機床的性能提高帶來重大的改變。直驅力矩電機的應用，還具有降低客戶的綜合使用成本，簡化機器的設計及減少維修維護等優點。

　　力矩電機被設計成直接驅動連接方式，即消除了齒輪箱、蝸輪蝸桿、同步帶等機械傳動裝置，實現了機械負載與電機轉子的直接連接。這樣的連接方式能夠提供高動態性能，消除了傳動的間隙與延遲，提供機床加工需要的極高剛性。

　　美國科爾摩根(Kollmorgen)于二十世紀五十年代，與麻省理工學院合作開發出了世界上第一臺直驅力矩電機，最早應用于慣性制導轉臺上。此后的60多年其將所擁有的電磁和機電設計經驗均應用于無刷永磁直驅電機的產品線中，開發出各種系列的高性能免維護直驅旋轉電機和直線電機。本文介紹了KBM電機在我公司自主研發的六軸五聯動數控刀具磨床上的成功應用。

　　該機床是大連科德數控有限公司、大連光洋科技工程有限公司聯合國內著名刀具廠商和大學共同研制的。機床床體為圓柱形，采用平衡對稱設計，結構穩定性高，熱場均勻分布，便于補償。底座為人造石材料，具有阻尼減震，高精度，吸震性好，熱穩定性好，耐腐蝕性等特性。砂輪主軸采用雙電機串聯驅動，且驅動完全對稱，平衡性好。B、C軸采用直驅式力矩電機進行傳遞。B軸可以實現±360°旋轉，大幅度提高加工效率，減少刀具重復裝夾次數。本機可以加工2~8刃直柄銑刀、球頭銑刀、鉆頭、階梯鉆頭、絲錐等多種標準和非標準刀具及外圓和沖頭磨削加工。數控系統采用大連光洋的光纖總線式數控系統，磨削軟件采用大連光洋自主開發的工藝軟件。該機床已在中國、澳大利亞、美國、日本、歐盟等申請國際發明專利兩項。

　　技術參數

　　●最大砂輪直徑：Φ200mm

　　●最大磨削直徑：Φ220mm

　　●最大磨削長度：300mm

　　●X/Y/Z/B軸行程：460/250/300mm/±360°

　　●直線軸快移速度：20m/min

　　●直線軸定位精度：0.003mm

　　●直線軸重復定位精度：0.0015mm(高精)

　　●砂輪主軸最高轉速：8000rpm

　　●最大扭矩：108Nm

　　●最大功率：45Kw

　　●B軸最高轉速：100rpm

　　●最大扭矩：1200Nm

　　●C軸最高轉速：1000rpm

　　●最大扭矩：218Nm

　　●控制軸數：6軸5聯動

　　●數控系統：大連光洋GNC09/GNC60光纖總線式高檔數控系統

　　●磨削工藝軟件：大連光洋GTOOL刀具磨削工藝軟件系統

　　刀具磨床

　　硬質合金刀具大批量、多品種、高精度磨削加工要求的不斷增加，促進了高精度數控多軸聯動工具磨床的推出和機床磨削功能與性能的不斷發展。目前國內使用的高性能進口五軸、六軸聯動數控工具磨床，主要有施利博格、WAlter、WENDT、舒特、薩克、ANCA、德克、TTB等國際品牌。

　　數控工具磨床一般采用世界先進的數據電氣控制軟件系統、精密導軌與絲杠運動系統、精密光柵和伺服電機反饋定位系統等先進模塊設計。

　　科爾摩根KBM電機在該機型上的應用

　　近年來，結構緊湊的直驅電機在砂輪主軸和工件主軸上的使用日漸增加。直驅主軸可避免機械傳動上的間隙，替代原來成本高昂的精密蝸輪蝸桿系統，節省了安裝體積，并保證系統穩定均衡的精度。

　　經過前期的選型、安裝方式確定、安裝、水冷材料選擇及效率分析，到型號的最終確認。我們選取了科爾摩根KBM系列無框電機，KBM無框電機系列采用了科爾摩根公司最新的直接驅動技術，具有以下特點：

　　完全密封的定子繞組

　　155C內部繞組溫度持續能力

　　PTC熱敏電阻(雪崩式)過載保護

　　稀土釹鐵硼磁體

　　轉子磁體的自動防故障頻帶，兼容RoHS

　　UL,CE認證

　　可定制的轉子輪轂尺寸

　　選用KBM力矩電機帶來的好處顯而易見：維護工作少、維修成本低、停機時間短、使用壽命長，效率至少比機械傳動裝置如變速箱和同步帶系統高10%。結構緊湊，性能好，占用空間小。另外，這些電機可以驅動轉子與負載之間具有較大慣性比的高慣性負載。同時它們具有優異的動態性能，加速和減速時間極短，大幅提升機器性能。

　　由于該機型填補了國內空白，在2011年的北京機床展上引起了業界的廣泛關注及市場的積極響應。

　　圖一 KBM系列無框套件無刷電機

　　圖二科爾摩根 KBM電機在該機型上的應用