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Galaxie® 驱动系统全面提升了STAMA新型铣车复合加工中心的性能

供稿:威腾斯坦(杭州)实业有限公司 2019/10/9 9:27:46
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在2018年AMB的展会上,STAMA公司推出了其全新的、可用于6面加工的MT 733铣车复合加工中心。创新的模块化MT平台带有四款模块,在稳定性和精度方面都树立了新的标准,其中威腾斯坦的Galaxie® 驱动系统应用于B轴上,以其优越的刚度、零背隙和出色的定位精度做出了决定性的贡献。至此,双方进一步发展成为了技术合作伙伴关系 — 在过去的一年里,威腾斯坦一直在为STAMA制造的MT 733 two提供零部件。

是否存在这样的一台加工中心? 它可以将一个极高精度的轴类工件从锻件到成品仅通过一次装夹就能够完成6个面的加工,在该轴上的一部分带有螺纹,一些孔和异形的轮廓。并且整个的过程链是否能够兼备质量和效率的最佳水准?在2016年初,负责威腾斯坦集团全球生产技术的Lars Aldinger博士就仔细研究了这些问题。与此同时,位于德国西南部小镇Schlierbach的STAMA机械制造工厂内,工程设计和开发经理Frank Müller博士正面临着一项挑战,他需要找到一款精确可控的驱动解决方案,能提供最小的背隙、最高的刚度和扭矩以及高度紧凑的结构,以应用于MT733铣车复合中心的B轴上。Müller回忆道:“能达到性能要求的直驱系统都无法满足空间要求。预加载的螺杆驱动器也不适用于定位轴,因为其精度在使用中会下降,而且背隙也会变得越来越大。更重要的是,设计原则不允许同时加工。”唯一能满足STAMA所有需求的驱动解决方案就是Galaxie® 驱动系统。如果可以将其集成到新型的MT 733中,Galaxie® 将为以高稳定性和高精度为特征的完整加工的整体概念增加影响深远的价值,特别是在高性能的五轴同步加工过程中,或准确地说,在精确将零件从夹紧位置1转移到位置2的精密操作中。在此关键操作过程中,该解决方案可以满足小于百分之一毫米的高精度要求,威腾斯坦的生产技术人员为铣车复合加工中心的精密驱动方案提供技术支持。因此,两家公司决定进行技术项目合作,在威腾斯坦生产车间里使用MT 733 原型机来实现。

STAMA提供全套完整的一站式加工

几十年来,STAMA一直是多轴铣车复合加工中心的先驱者和技术推动者。STAMA董事总经理Crispin Taylor表示:“我们已经为许多不同行业的客户提供了500多个成功和创新的加工解决方案,使用5轴铣车复合加工中心对棒料或盘类进行6面完整加工。新型高性能的材料、更复杂的加工工艺和对更大功率密度的需求,这就意味着要求更稳定和更灵活的机器。我们新型的MT 733系列正符合了高动态,高稳定性和高精度的要求,是真正意义上技术趋势的引领者。” Frank Müller描述了该解决方案的主要特点:“我们的答案在于转向更稳定的固定龙门结构设计概念——该结构与动柱式结构相比,杠杆更短——以及立式铣削主轴,在相应的工件装夹空间内得到明显更高的铣削性能。在STAMA,我们可以实现围绕B轴旋转一个短的棒类工件——例如,为了钻斜孔或同时进行5轴加工——因此该轴的设计处于最前沿。”

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高功率密度可实现更紧凑的机械设计

因此,他们需要一个零背隙和能达到超强刚度的驱动系统,以便在机器的整个使用寿命内保持所需的定位精度,另外一个必备的条件是高功率密度。设计紧凑的驱动系统更容易装入工作空间内,而且X轴上的旋转主轴能够更紧密地移动。其优势在于,无论工件有多短,在加工2 - 6面时,都能可靠、精确地从夹紧位置1传输到位置2。四台MT 733型号的B轴上,安装的Galaxie® 驱动系统可达到高功率密度,这意味着STAMA可以为MT系列做出更紧凑的设计,在相同的空间内获得更大的功率。客户可得到更高的稳定性和高精度,这是完整加工实现灵活性和高生产率的必要条件。

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MT 733 two样机认证了Galaxie® 的高性能

Galaxie® 驱动系统作为一个单独的齿轮箱类别,在研发和学术界广受好评。它在零背隙、同步精度、刚度、扭矩密度和过载能力等方面的卓越性能已在包括STAMA在内的众多工业应用中得到证实。零背隙、极高的扭转刚度和重复定位精度保证了加工过程中通过B轴旋转的工件的精确定位。由STAMA和威腾斯坦与西门子共同开发的用于控制端集成的特定机器控制算法,适用于Galaxie® 驱动系统的机械运动,并集成到西门子线性控制解决方案。“这是一个鼓舞人心的决策,在未来开发新系列产品,并围绕其设计新机器平台的工作空间时,可以将Galaxie® 驱动系统的独特性能考虑其中”,Taylor说道,“在我们全新的733系列加工中心上,Galaxie® 驱动系统的性能超出了所有预期。”标准球体测试可以证明其质量。这台机器并不是简单地按照常规的方式在X和Z轴方向上的联动而等到的球体测量数据,它是X、Y和B三轴联动的结果,而且,B轴在旋转时需要跨域Galaxie® 驱动系统的零点。Müller解释说:“即使是驱动器中最小的背隙,也足以在球体上产生可测量的加工误差,这种误差非常的大并清晰可见,以至足以可以感觉到它的存在。”Galaxie® 的高刚度和零背隙,再加上专门为驱动系统开发的优化控制算法,在与通过传统的两轴插补的加工效果相比较时,其加工工件的轮廓精度和表面粗糙度方面都异乎寻常地明显。

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齿轮箱的动力学通过了耐力测试

威腾斯坦在研发Galaxie® 时,引入了对数螺旋线的数学函数,并将其作为一个全新的设计基本原理。与其他类型的齿轮箱相比,完全免去了刚性齿轮,取而代之的是将每一个柱齿作为独立和动态的个体,以多边形作为输入,在滚针轴承和滑靴的支撑下,以齿圈内齿作为导向,参与到了力矩的传输中。除了之前提到过的前所未有的零背隙、扭转刚度、扭矩密度和精确的同步偏差精度等自由度之外,这样独到的运动学原理同时还使驱动系统内所有的柱齿和齿圈之间易于形成油膜,进而形成动态冲油式的面接触,因此将机械磨损和损耗降至最低。Müller证实:“我们的测试表明,在MT 733的正常使用寿命内,Galaxie® 驱动系统没有显著磨损和定位误差。”这是由内部进行的耐力测试所得出的结论,在测试中驱动系统以最大静态力矩绕水平轴旋转±30°,大约进行400万次测试。驱动系统每50万次检查一次,仅在迟滞曲线里找到一个几乎无法测量的微小变化——而甚至在速度扭矩零点交变时,也始终保持了零背隙——也没有磨损的迹象。

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互相圆满

MT 733系列采用Galaxie® 来驱动B轴,具有高的热稳定性和机械稳定性、卓越的精度和良好的动力学性能。换句话说,Galaxie® 驱动系统为开发铣车复合加工中心系列铺平了道路,威腾斯坦可以在此基础上为其高端行星齿轮箱,以及Galaxie® 驱动系统本身制造精密部件。作为STAMA的客户,威腾斯坦也从中获益。一年多以前开始,传统上难以切割的输出轴已经在MT 733  two机型上完成了从毛坯到成品的全部加工。制造精度——以制造公差和基准尺寸来说——满足了威腾斯坦的严格要求,可重复性小于百分之一毫米。除了高质量,Aldinger博士还实现了重大工艺改进的目标:“得益于完整的加工过程,我们已经能够减少40%的主要时间。所有期望的机器改进都已实现:更短的生产时间,更低的内部运输和存储成本,简化安装和校准,减少了半成品库存,最重要的是提高了工艺的可靠性。”

工业4.0所准备

STAMA使用的Galaxie® 驱动系统配备了智能传感器,因此可以满足网络化机器的智能控制和监测的需求。STAMA使用了CHIRON集团的Smartline软件系列对机器的运行状态、单个组件和加工过程进行数字化分析——例如,用 ConditionLine监测线性轴。通过这种方式,可以实现对驱动器和伺服轴的摩擦负载状况、背隙或滞后等参数进行终身监测,并且这些信息可用于状态监测或其他应用。这些能力是STAMA和威腾斯坦在长期合作的框架下分析并实施的。得益于这些分析的能力,STAMA可以在未来为其客户提供更高的可靠性,并帮助他们开发MT 733的全部加工潜力。与此同时,威腾斯坦也可以了解更多关于Galaxie® 驱动系统在高端机器中的运行,并将这些知识应用于未来的下一代驱动产品。

STAMA 和威腾斯坦,Galaxie® 和 MT 733 -- 两家开拓先锋,完美科技合作,缔造超前成就。

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审核编辑(王妍)
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