【機床商務網欄目 科技動態】BPX5D五軸數控工具磨的研發與應用。
 

　　一、概述
 

　　機床裝備是國家制造業的基礎，數控機床裝備的技術創新從未停步。高精度數控機床廣泛應用于汽車、模具、精密醫療器械、3C等重點領域和新興產業，高精度機床作為工業生產母機，堪稱“制造業的靈魂”，實現核心技術自主可控是亟待解決的重點難題。
 

　　工欲善其事，必先利其器。隨著新技術、新材料的不斷出現，對產品應用過程中的加工精度和表面粗糙度提出了更高的要求，人們對現代工業產品的外表及內在精度要求的不斷提高是促使現代機床向著高精高速化發展的內在源動力，優良的產品不僅是企業增強核心競爭力、提高產品附加值的重要保證，也是時代發展的大勢所趨。
 

　　高精度刀具是高品質產品制造的根本保障，高精度五軸數控工具磨床是刀具生產的核心設備。因此，整合國內優秀刀具及核心零部件生產企業優勢進行協同創新，對于突破五軸數控工具磨床核心技術，進一步實現設備及刀具產業核心技術自主可控和進口替代具有重要意義。
 

　　數控工具磨床的技術關鍵在于：機床的精度，機床運行的可靠性與穩定性，加工效率及五軸聯動伺服控制技術，與機械部分高度適配的磨削軟件。2008年以來，臺州北平機床有限公司一直致力于五軸聯動控制技術與自主磨削軟件的研發，與美國同行和數控系統供應商開展深度合作創新，大幅推進五軸聯動伺服控制系統的自主化進程，已逐步實現進口替代。通過多年不斷的創新研發，北平機床已擁有5款具有自主軟件著作權的磨削軟件，涵蓋工具磨削、外圓磨削和絲錐生產等。北平機床的五軸數控工具磨床、數控外圓磨床、數控絲錐生產線、工業機器人等廣泛應用于汽車、3C以及精密刀具/零件生產等領域。其中，BPX5D五軸數控工具磨床是北平技術攻關團隊為滿足用戶高效加工高精密刀具的需求，借力歐洲技術支持團隊在五軸數控工具磨床BPX5基礎上持續進行多項技術創新，自主研發制造的成果。
 

　　二、產品性能介紹
 

　　BPX5D五軸聯動數控工具磨床具有高精度、高剛性、高效率等特點，機床配置直線/直驅電機，覆蓋直線軸伺服控制技術、精密測量技術、計算機軟件技術、復雜刀具設計技術等多維度學科，將多種核心技術有機結合，是一款典型的高檔數控工具磨床。
 

圖1 BPX5D高精度五軸數控工具磨床
 

　　BPX5D高精度工具磨床為8軸5聯動配置：擁有5個伺服主軸及3個直角坐標系機械手伺服軸，所有直線軸均采用直線電機配置高精度直線光柵，所有旋轉軸均采用直驅電機配置高精度圓光柵，工件軸采用精密級彈性筒夾，搭配高精度輔助支撐裝置有效保證刀具的加工精度。高可靠性的直角機械手機構可實現大批量無人化生產，高精度配置及人性化操作軟件為終端用戶制造高性能和高附加值的專業刀具、修磨高質量刀具提供更加專業化、智能化的磨削解決方案。
 

　　BPX5D高精度五軸數控工具磨床在應用中表現出色，其主要技術參數如下：
 

　　加工工件長度：200mm；工件直徑范圍：1-16/25mm；工件炳部直徑范圍：3-25mm；X軸(工件水平移動)：440 mm；Z軸(工件垂直)：280mm；Y軸(磨軸前后行程)：280mm；B軸(工件擺動)：-15°~165°；C軸(工件旋轉)：任意；直線軸大運行速度：20m/min；直線軸分辨率：0.0001mm；直線軸重復定位精度：0.00046mm；直線軸定位精度：0.0016mm；旋轉軸分辨率：0.0001°；旋轉軸定位精度：5”；砂輪主軸功率：12.5/20/37kW；主軸轉速：10000 r/min(MAX)；砂輪大直徑：150mm；自動裝卸料：三軸機械手。
 

　　三、新技術應用情況
 

　　五軸工具磨床應具備的幾大特點：高精度、高剛性，可操作性好，出色的機床運行穩定性和加工可靠性，實現柔性化、無人化生產。
 

　　BPX5D高精度五軸工具磨床，配套BP/SYNTEC智能刀具數控系統，交流伺服單元驅動，具有多軸控制功能，實現五軸聯動。以提高機床加工精度為目標，研發了五軸工具磨床的總體結構設計技術、工件輔助支撐結構設計技術、砂輪自動動平衡技術、自動上下料系統設計技術等；對五軸磨床數控系統和關鍵功能部件進行應用驗證，研究五軸磨床數控系統的可移植性和關鍵功能部件的可靠性。
 

　　通過新結構機制和各種吸振、抗溫升處理，BPX5D有效提升磨削效率和工件的加工精度。
 

　　其技術創新點如下：
 

　　(1)直線軸采用平板式直線電機配置直線光柵，旋轉軸采用DD直驅電機配置旋轉光柵，形成全閉環模式，提供更優秀的快速響應和精確定位，確保高精度穩定加工。DD直驅電機的轉速可根據工件磨削條件在0-1000r/min之間任意調整。
 

　　(2)精準的定位和夾持是高精度加工的基本保障。機床采用高精密高剛性可調夾持系統和精密筒夾，夾持更為安全、精準。同時在不影響高精度磨削及砂輪干涉的位置，裝夾工件前端配置雙托架，靠近筒夾處托架為一托一壓，用于調整裝夾精度，保證工件形位公差。遠離筒夾處托架為下托式，用于提高工件磨削剛性，保證工件的尺寸公差。兩托架的使用可極大提高磨削效率，同時保證工件的加工粗糙度和精度。
 

　　(3)采用計量級天然花崗石床身，機床吸振、抗熱變形等性能更出色。定位磨床，形成了具有北平機床特色的技術創新體系，進一步提高機床剛性及穩定性。
 

　　(4)機床裝有北平刀具磨削軟件。軟件內嵌具有各種類型標準刀具的形狀、尺寸數據，用戶只需輸入刀具的相關參數，軟件會自動生成刀具加工程序并進行刀具的模擬加工。可一次裝夾完成全部工序，保證刀具加工的柔性化、高效率。機床配備3D工件自動探測系統，用于自動定位探測工件，獲取工件加工的各項必需參數。
 

圖2 北平自研刀具磨削軟件操作界面
 

　　(5)采用總線式控制系統和值伺服電機驅動，各軸無須硬件上的限位開關，極大減少了機床開機的回零時間和電器方面的隱性故障。雙通道數控系統控制工件自動上下料裝置，內置三軸機械手，配安全有效的防撞系統，支持簡易編程及靈活操作，可輕松實現小批量、無人化生產。機械手采用一上一卸的雙夾爪設計，運送料時間與加工時間重合，卸料到第二只工件加工間隔小于6s。
 

　　(6)BPX5D可根據智能工廠及云技術應用需求，基于Windows操作平臺任意搭配3D模擬磨削軟件，也可采用美國開源數字控制器擴展嵌入式工業觸摸屏，具有更佳的智能操作體驗及友好的操作界面。
 

圖3 北平刀具磨削軟件3D模擬
 

　　(7)采用云端控制技術，可進行生產線聯機，實現磨削加工、自動檢測、激光打標等工序集成的自動化生產，可進行實時數據采集，進行遠程診斷、維護、檢測、管理等工作。順應兩化融合的新時代趨勢，讓工廠的管理更加智能，更加便捷。
 

圖4 北平智慧云工廠
 

圖5 北平無人值守刀具車間
 

　　(8)滾柱直線導軌、滾珠絲杠支撐軸承、連軸器等均采用高精密級產品，可有效保證滾珠絲杠的響應速率及加工精度。
 

　　(9)專用的彈性砂輪法蘭，與磨軸內孔彈性連接及端面同時定位，保證砂輪的磨削剛性及精度。高精度電主軸配備適應創新工藝的德國氣簾密封技術、配置高精度主軸，前三后二的軸承配置，在保證主軸高剛性和精度穩定性的同時，提高了工作效率，工件表面粗糙度達到Ra0.1。
 

　　BPX5D高精度五軸數控工具磨床的研制成功，增強了北平機床的產品制造能力和市場競爭力，縮小了與先進水平的差距。目前，已有1000多臺北平機床高精度五軸數控工具磨床服務于株洲鉆石、山特維克、住友電工、恒鋒刀具、常州創偉等行業企業，加工精度和效率獲得用戶企業的廣泛好評。