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減速機網(wǎng) 哈量新一代并聯(lián)機床LINKS-EXE700 減速機網(wǎng)
來源:減速機信息網(wǎng)    時間:2007-5-8 15:44:19  責(zé)任編輯:信息  

2004年,Tricept并聯(lián)機床發(fā)明創(chuàng)始人紐曼先生組建了Exechon公司,發(fā)明了新一代Exechon并聯(lián)機床技術(shù)。新一代并聯(lián)機床技術(shù)突破了阻礙并聯(lián)機床發(fā)展與廣泛應(yīng)用的諸多瓶頸和障礙,性能指標(biāo)與易用性均大幅優(yōu)于Tricept技術(shù)。該項技術(shù)通過了PCT(國際專利合作協(xié)議組織)的審定,并在所有PCT協(xié)議參與國家和地區(qū)(包括中國)申請并獲得了發(fā)明專利。

哈量LINKS-EXE700是在結(jié)合哈量原有并聯(lián)機床經(jīng)驗積累,加上引進使用Exechon并聯(lián)機床最新專利技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計制造的新一代并聯(lián)機床,在機床動態(tài)性能、剛性、精度以及用戶編程操作簡易性方面都達到了很高水平。

1. LINKS-EXE700并聯(lián)機床特點

1.1 運動關(guān)節(jié)及機構(gòu)自由度數(shù)量對機床性能的影響
并聯(lián)運動結(jié)構(gòu)從外觀來看,像是很多“手臂”一端彼此相連,另一端與基座相連。這種設(shè)計要求各關(guān)節(jié)是多自由度的。并聯(lián)運動機床(PKM)手臂的數(shù)目取決于動平臺運動軸的設(shè)計數(shù)量,但是不論哪種設(shè)計,遵循的目標(biāo)都應(yīng)將靈活性與剛性結(jié)合在一起。因關(guān)節(jié)點結(jié)構(gòu)復(fù)雜,既要剛性好、無間隙,又要成本低,是設(shè)計并聯(lián)機床的突出問題。這個技術(shù)問題限制了市場上的并聯(lián)機床數(shù)量,這也是為什么關(guān)節(jié)點少、自由度少的并聯(lián)機床成為目前最成功的并聯(lián)機床的原因。Tricept并聯(lián)機床使用了相對少的關(guān)節(jié)和自由度數(shù),正是Tricept當(dāng)年在世界并聯(lián)機床市場能占70%份額的原因。
1.2 Tricept并聯(lián)機床的缺陷
Tricept并聯(lián)機床的每一個關(guān)節(jié)點都有一個以上的自由度,像一個萬向鉸鏈。各伸縮桿只承擔(dān)軸向載荷,故必需設(shè)置中心管來實現(xiàn)約束更多的自由度。中心管承受的荷載對中心管造成的撓曲和扭轉(zhuǎn),會嚴重影響機床的整體剛性。為解決這一問題,在設(shè)計上應(yīng)使撓曲和扭轉(zhuǎn)對中心管精度和動態(tài)性能的影響降低到最小。
這種優(yōu)化設(shè)計是把中心管的直徑加粗,管壁減薄,可是這樣一來機床的工作范圍大大地縮小了。唯一的解決辦法是找出鋼管壁厚與直徑之間的均衡點。輕型Tricept的管壁薄且輕,適于快速動態(tài)加工;重型的管壁厚,適于慢速加工。然而管壁和剛性之間的關(guān)系不可能完全均衡,所以結(jié)果不是設(shè)計過輕,導(dǎo)致?lián)锨团まD(zhuǎn)力過大,就是中心管自身重量過大而引起變形。盡管Tricept機床配有外部DMS測量系統(tǒng),用于消除溫度和切削力產(chǎn)生的誤差。但是由于主軸和DMS之間距離遠,加之切削力和中心管自重的影響,就造成了DMS讀數(shù)和真實位置之間的偏差。DMS讀數(shù)僅能補償DMS系統(tǒng)中的值,而DMS系統(tǒng)下部由切削力和中心管自重造成的偏差依然得不到補償。

1.3 新型Exechon并聯(lián)機床的設(shè)計概念
新型Exechon并聯(lián)機床技術(shù)解決了上述問題,突顯了并聯(lián)機床的所有目標(biāo),如高剛性與極好靈活性和動態(tài)性相結(jié)合。這個新概念的基本點是使用自由度不超過1的下部關(guān)節(jié),以及在一個方向上具有直線和彎曲2種剛度的致動器。這種設(shè)計構(gòu)成一個堅實的結(jié)構(gòu),可以完全解決作用在機床各方向上的撓曲和扭矩力的影響。
這里描述的Exechon設(shè)計實際上構(gòu)成了一個金字塔形的運動三腳架。這個結(jié)構(gòu)通過3根通過單自由度關(guān)節(jié)連接到腕關(guān)節(jié)的2種剛度的致動器,將力從腕關(guān)節(jié)傳遞到上平臺,不會損失任何剛性。但是由于上平臺關(guān)節(jié)角度的影響,只有在其中2個致動器的上關(guān)節(jié)為2自由度,并且第3個致動器的上關(guān)節(jié)為3自由度時,才可能實現(xiàn)這種在下端所有關(guān)節(jié)只有1個自由度,在所有致動器上具有兩種剛度的設(shè)計。這樣的設(shè)計使得整個并聯(lián)結(jié)構(gòu)的節(jié)點數(shù)減少至6個,自由度減至10個。
1.4 編程使用通用化
以往并聯(lián)機床的編程和使用不同于常規(guī)機床,這也是并聯(lián)機床推廣應(yīng)用的主要障礙之一。而Exechon新技術(shù)完全解決了這一問題。Siemens公司為Exechon并聯(lián)機床專門開發(fā)了坐標(biāo)變換系統(tǒng)軟件。同樣使用Siemens通用數(shù)控系統(tǒng),哈量新一代并聯(lián)機床在編程和操作上已經(jīng)與常規(guī)五坐標(biāo)數(shù)控機床無異。
1.5 主動測量補償AMC
從事并聯(lián)機床研究的人都很清楚并聯(lián)機床的校準(zhǔn)和標(biāo)定是一個大問題。Exechon公司與OptikosQ公司合作開發(fā)了一項獨特的校準(zhǔn)系統(tǒng)。這種專門的校準(zhǔn)系統(tǒng)使測量Exechon并聯(lián)機床下平臺主軸的真實位置成為可能。并且能夠校準(zhǔn)、驗證上部三角架的所有參數(shù),并把參數(shù)傳送到運動模型中,使得并聯(lián)機床首次實現(xiàn)了全方位的誤差補償。
這個系統(tǒng)稱為AMC(主動測量補償)。它是把機床編成空間中的不同位置,通過把三腳架腿(致動器)和下平臺之間的角度重新?lián)Q算成實際的笛卡爾坐標(biāo)位置,再把這些數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫中,進行重新計算、完成補償整個機床運動系統(tǒng)的誤差。
1.6 虛擬工件的在線生產(chǎn)(ILP)檢驗
給并聯(lián)機床安全編程、檢驗,開發(fā)一個系統(tǒng),讓它能夠檢查相對于實際工件和實際NC程序的工件程序是非常重要的。這個系統(tǒng)不是那種只“檢查”相對于虛擬機床和工件程序的仿真檢查,而是能夠與在實際的運動狀態(tài)下和CNC控制器里真實驅(qū)動下運行的一臺仿真機床進行比較。
這是世界上第一次在NC機床真實的控制器中,以實際驅(qū)動傳遞的軸數(shù)據(jù),實時地在屏幕上運行自己的程序。此系統(tǒng)由OptikosQ公司開發(fā)并得到了芬蘭Visual Components公司和德國西門子自動化與驅(qū)動集團的支持。AMC與ILP相結(jié)合的成果將會開啟CNC行業(yè)中的新天地。

1.7 機床動態(tài)性能
傳統(tǒng)機床的固有頻率隨著機床主軸在座標(biāo)系中位置不同而變化,這將給在高速加工時的最佳切削參數(shù)選擇帶來一定的麻煩。如在某特定轉(zhuǎn)速下,主軸處于不同位置,其最佳切削用量將不同,為確保正常切削,只能減少切深或走刀量、犧牲效率來減小振動,保證加工質(zhì)量。而Exechon并聯(lián)機床下平臺主軸無論處于加工范圍的任何位置,其振動特性都保持高度一致,圖示為山特維克公司對EXE700機床的檢測的條件和測量位置,用專用檢測裝置可分別測出刀具前端所受的力、加速度與振動頻率之間的關(guān)系,經(jīng)專用軟件分析,得出處理結(jié)果,即切深與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。從試驗結(jié)果可以看出,其重合度非常好。這就為最佳切削參數(shù)的選擇提供了保證。
1.8 主要技術(shù)指標(biāo):
執(zhí)行機構(gòu)行程:700mm;
主軸功率:13kW;
主軸轉(zhuǎn)速:20000r/min;
X、Y、Z軸最大快移速度:125m/min、125m/min、45m/min;
X、Y、Z軸最大加速度:3g、3g、1g;
X、Y、Z軸重復(fù)精度:10μm;
4th、5th軸重復(fù)精度:2μm、5μm。

2. 哈量LINKS-EXE700并聯(lián)機床的應(yīng)用優(yōu)勢

哈量新一代并聯(lián)機床同時兼有5軸聯(lián)動、高速切削、快速定位、靈活移動、五面(六面)加工等一系列常規(guī)數(shù)控機床無法同時具有的多種功能,在數(shù)控加工領(lǐng)域具有常規(guī)數(shù)控機床系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢和高性價比。
2.1 敏捷加工
傳統(tǒng)加工時常遇到工件找正的問題,這是一項耗時又耗錢的工作。傳統(tǒng)機床對此的解決方案是使用非常昂貴且不靈活的伺服控制夾具,或通過使用高級的脫機測量設(shè)備手工調(diào)整每個工件。
并聯(lián)機床則可以輕松地使用測頭測量,并結(jié)合五軸機床的高速運動性能,在加工前幾秒鐘內(nèi)即可測完工件,建立新的工件坐標(biāo)系。這時工件可以以任何姿態(tài)放在機床工作臺上的任何位置,只要保證在機床的加工范圍內(nèi)就可以了。對于大型的和超大型的構(gòu)件加工,這一點尤為重要。目前,這種技術(shù)已經(jīng)得到驗證,并應(yīng)用于波音飛機的生產(chǎn)中。
2.2 一次裝夾加工
傳統(tǒng)數(shù)控機床加工工件所有6個面,例如加工氣缸蓋,通常需要用多個夾具。如果用傳統(tǒng)的數(shù)控機床組成生產(chǎn)線,則需多次裝夾工件,帶來的問題之一是,由于多次裝夾導(dǎo)致重復(fù)定位誤差累積,引起Cp值下降,而且設(shè)計制造幾個不同夾具的成本不菲。
并聯(lián)機床靈活的運動姿態(tài)可實現(xiàn)主軸軸線處于笛卡爾坐標(biāo)系空間的任何方向,并可以向空間任何方向運動。這使得并聯(lián)機床從理論上講,能夠在一次裝夾內(nèi)便可完成所有面(5面甚至6面)的加工。加上可快捷地建立工件坐標(biāo)系,無需使用高精度的工裝,可大幅降低夾具制造成本,并消除了重復(fù)性定位誤差,工件的Cp值高且穩(wěn)定。此項技術(shù)也已在眾多國外用戶的生產(chǎn)中得到了驗證。

2.3 復(fù)合角度加工
隨著汽車構(gòu)架、發(fā)動機及其他部件的設(shè)計愈先進,對復(fù)雜加工與復(fù)合角度加工的需求也越來越多。用傳統(tǒng)數(shù)控機床加工這類工件,需要增加附加設(shè)備,或采用3軸轉(zhuǎn)臺、角度頭或脫機使用的特殊裝置。但是所有這些附加設(shè)備都很昂貴,且難于校準(zhǔn)維護,尤其是當(dāng)工件僅有一個復(fù)合角度孔或多個復(fù)合角度孔,但各自軸線方向不同的情況時,很不經(jīng)濟。
并聯(lián)機床實現(xiàn)這類加工非常容易,因此它十分適于未來汽車制造期望的所有復(fù)雜加工。飛機、火車或建筑機械上的部件同樣需要更先進的、現(xiàn)今傳統(tǒng)機床無法做到的、而并聯(lián)機床卻很容易實現(xiàn)的加工技術(shù)。此項技術(shù)同樣在眾多國外用戶的生產(chǎn)中得到了驗證。
2.4 多重路徑混合及消除拖刀紋楞
傳統(tǒng)數(shù)控機床加工純平表面是一個棘手的問題。如果采用多重路徑加工,這要求機床的剛性和精度非常好。盡管如此,實際上幾乎也不可能避免出現(xiàn)路徑之間的紋楞。用傳統(tǒng)機床主要有兩種途徑來解決這個問題,一是使用運動軌跡可覆蓋整個表面的刀具,但要求機床功率更大、穩(wěn)定性更好;二是給主軸調(diào)整出一個前傾角,讓所有的路徑按同一方向切削,耗時多。
并聯(lián)機床的主軸與工件表面是否垂直是沒有直接關(guān)系的,所以用一個確定的前傾角給并聯(lián)機床進行編程即可。這種加工方法的另一個優(yōu)點是,在加工時刀具背面不接觸工件,可增加了刀具的使用壽命,尤其是加工帶余沙的鑄件時,沙子不會濺到并且積留在刀背面和工件之間,減少了刀具的磨損。這種技術(shù)仍屬新技術(shù),目前已在一些國外用戶處測試,已取得非常好的效果。

3. 并聯(lián)機床應(yīng)用成功范例

3.1 GM
第一個使用并聯(lián)機床的汽車制造企業(yè)是GM公司,Hydro公司是GM分供商中第一家使用并聯(lián)機床加工GM公司汽車鋁制框架的企業(yè)。目前他們用5臺帶轉(zhuǎn)臺的Tricept并聯(lián)機床來完成該項工作。
3.2 BMW
BMW是至今最大的并聯(lián)機床用戶。他們使用并聯(lián)機床生產(chǎn)其新5系和6系的轎車。BMW公司對并聯(lián)機床進行了深入細致的分析,并得出了并聯(lián)機床在所有方面表現(xiàn)卓越,F(xiàn)今BMW公司用了10臺Tricept并聯(lián)機床來完成前后車軸從原料到精加工件的全部加工。根據(jù)該公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù),各項指標(biāo)達到期望值且很多情況下比期望的更好。
3.3 PSA
另一個非常成功的用戶實例就是PSA集團(標(biāo)致和雪鐵龍)。他有一條由13臺帶轉(zhuǎn)臺的Tricept并聯(lián)機床組成的生產(chǎn)線,大批量生產(chǎn)新型Peugeot(標(biāo)致)407轎車的前后車軸。這條生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量和正常生產(chǎn)時間是相當(dāng)高的。PSA目前在生產(chǎn)中已有25臺以上的并聯(lián)機床。
3.4 波音
波音公司是第一個把并聯(lián)機床用于實際加工的用戶,并且自1996年起這臺Tricept機床就全天24小時工作,現(xiàn)在它仍然在為波音727和737生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的地楞橫梁。1999年波音公司還購買了更大型的Tricept并聯(lián)機床來生產(chǎn)波音767和747的地楞橫梁。這臺機床從安裝之日起,也是實行了3班生產(chǎn),多年來優(yōu)秀的工件質(zhì)量及穩(wěn)定可靠的性能為它贏得了贊譽。
3.5 空客
空客公司幾年來一直在使用Tricept并聯(lián)機床,主要用于鉆孔和清理焊縫。并聯(lián)機床被安裝在與巨大的飛機部件平行的導(dǎo)軌上,沿著部件移動到某區(qū)域上作業(yè)。在加工前,通過敏捷加工,建立起機床與工件坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系。實際應(yīng)用表明,常規(guī)方法要花8周時間鉆幾千個孔,而一臺并聯(lián)機床在8小時便可做到,而且質(zhì)量非常穩(wěn)定。
3.6 JSF
另一個使用并聯(lián)機床成功的領(lǐng)域是給JSF戰(zhàn)斗機用的63種不同復(fù)合部件清理焊縫和鉆孔。這些工作是在普通機床,即使是五坐標(biāo)機床也無法做到的。
3.7 Ahlstom
并聯(lián)機床應(yīng)用相對較新的加工領(lǐng)域是火車制造。西班牙Ahlstom公司首家使用并聯(lián)機床用來加工火車車廂車窗及車門部分。把并聯(lián)機床安裝到行程60m的龍門架上,一次裝夾便可加工火車的兩個側(cè)面。這種設(shè)計投入生產(chǎn)至今已有一段時間,驗證了這種技術(shù)現(xiàn)已成熟,可以在這個領(lǐng)域內(nèi)深入推廣。
3.8 Caterpillar
美國Caterpillar公司對并聯(lián)機床已經(jīng)做了長時間的深入了解,準(zhǔn)備用并聯(lián)機床加工厚鋼骨架,在做測試的過程中用并聯(lián)機床成功做了一個特殊的測試件,圓插補達到H7級精度。測試結(jié)果給Caterpillar公司留下了深刻印象,他們表示這種并聯(lián)機床將是Caterpillar公司在未來幾年里更新大批5軸機床計劃的首選。

4. 立足中國制造,加強國際合作,面向全球市場,打造世界頂級產(chǎn)品

2006年末,哈量集團與Exechon公司、Siemens公司、Sandvik公司和Ascentech公司舉行了高層工作會談。圍繞哈量新一代并聯(lián)機床的推出,合作各方就向用戶提供高速敏捷加工裝備完整方案的戰(zhàn)略合作達成了共識。
哈量集團將與中國西門子公司、山特維克公司合作,為用戶提供完整最佳解決方案(設(shè)備、刀具、工藝、服務(wù)),而不僅是各自提供相關(guān)產(chǎn)品,共同促使哈量成為中國高速加工領(lǐng)域帶頭人。各方還將從應(yīng)用設(shè)計階段開始,同時與用戶進行溝通,發(fā)揮各自優(yōu)勢,使資源整合達到最佳優(yōu)化。
Exechon公司與Ascentech公司將在技術(shù)與市場推廣方面全面支持哈量集團。
哈量集團將在原來并聯(lián)機床開發(fā)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,充分發(fā)揮自身精密制造和測量技術(shù)的優(yōu)勢,應(yīng)用Siemens數(shù)控系統(tǒng)與應(yīng)用軟件資源和Sandvik高速數(shù)控刀具及高速加工專家分析軟件,立足中國制造、面向全球市場、打造世界頂級產(chǎn)品。同時,圍繞哈量具有世界水平的新一代并聯(lián)機床,為用戶提供完整最佳解決方案的服務(wù)。


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