活塞加工行業(yè)國內(nèi)很長一段時(shí)間以來多采用硬靠模的方式加工，也有國內(nèi)一些活塞廠家以高昂的價(jià)格購買了一些國外的數(shù)控軟靠模活塞車床應(yīng)用在國內(nèi)的高精尖領(lǐng)域。近幾年國內(nèi)也有幾家公司在生產(chǎn)數(shù)控活塞車床，但存在X軸快刀機(jī)構(gòu)的進(jìn)給精度低，效率慢的問題，加速度一般十個(gè)G。又因多采用平板式直線電機(jī)，動(dòng)子負(fù)載與高動(dòng)態(tài)性是一對矛盾體，頻率低加工的活塞精度也就差，復(fù)雜活塞生產(chǎn)困難的問題。另外國內(nèi)采用的控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性也制約了機(jī)床性能的提升。

針對上述問題，根據(jù)科明德公司人多年來積累的經(jīng)驗(yàn)，采用了將平板式直線電機(jī)翻轉(zhuǎn)過來，降低快刀機(jī)構(gòu)的的負(fù)載來增加直線電機(jī)的響應(yīng)性。在國內(nèi)廠家得到了很好的應(yīng)用。但我們不滿足于此，現(xiàn)與快刀機(jī)構(gòu)再次實(shí)現(xiàn)技術(shù)性的革新。X軸快刀機(jī)構(gòu)采用溜板加德國Bobolowski公司的類似音圈電機(jī)的磁吸附力均勻分布的圓筒式直線電機(jī)的方式，但較音圈電機(jī)出力更大，BOB公司的直線電機(jī)加速度可達(dá)43個(gè)G，這在世界上也是領(lǐng)先的技術(shù)。系統(tǒng)采用同當(dāng)前世界領(lǐng)先的西門子840D和發(fā)那科30i系列同樣的的基于windows環(huán)境下的實(shí)時(shí)control-mind高性能數(shù)控系統(tǒng)。

1、 數(shù)控活塞車床專用系統(tǒng)
control-mind高性能數(shù)控系統(tǒng)采用同當(dāng)前世界領(lǐng)先的西門子840D和發(fā)那科30i系列數(shù)控系統(tǒng)同樣的的基于windows環(huán)境下的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，內(nèi)嵌高度開放的控制軟件，具有傾斜軸功能，五軸聯(lián)動(dòng)加工、最多可8軸連動(dòng)刀尖軌跡編程，多通道控制，電子凸輪和通用軟PLC等功能。control-mind數(shù)控系統(tǒng)能在Windows下以0.1毫秒的插補(bǔ)周期控制八個(gè)伺服軸的運(yùn)動(dòng)，控制的軸數(shù)和通道數(shù)幾乎無限制，能在微秒級捕捉到輸入口信號。

主要特點(diǎn)：
★ 在WINDOWS下實(shí)時(shí)運(yùn)行的控制系統(tǒng)，適用于車、銑、鏜、鏤銑、加工中心、磨和關(guān)節(jié)機(jī)器人等多種自動(dòng)化設(shè)備；
★ 識別國際標(biāo)準(zhǔn)DIN 66025 G代碼、支持樣條函數(shù)，螺旋線插補(bǔ)和漸開線插補(bǔ)；
★ 具有電子齒輪箱、龍門同步功能；
★ 控制軸數(shù)和通道數(shù)幾乎沒有限制，暫時(shí)設(shè)計(jì)最多8通道64軸；
★ 可以通過脈沖、模擬量、CANOPEN, Profibus, USB, EtherCAT等實(shí)時(shí)總線控制各種伺服，可以接受每路4M反饋信號，，構(gòu)成半閉環(huán)及全閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)納米級控制；
★ 每秒中可以執(zhí)行5000個(gè)G代碼或運(yùn)動(dòng)命令；
★ 控制系統(tǒng)具有反向間隙補(bǔ)償、螺距補(bǔ)償、撓性補(bǔ)償?shù)裙δ埽?/span>
★ 有3D刀尖半徑補(bǔ)償功能和RTCP功能；
★ 控制系統(tǒng)使用PID調(diào)節(jié)算法進(jìn)行位置和速度控制，P、I和D值可以獨(dú)立設(shè)定；
★ 圖形提示式示教功能使編程變得非常簡單；
★ 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡仿真；
★ 識別CAD文件；
★ 有類似BASIC和C語言的CTASC高級運(yùn)動(dòng)控制語言，二次開發(fā)能力強(qiáng)，可適用各種專用自動(dòng)化控制設(shè)備；
★ 所有參數(shù)按類在各自的子窗口中顯示和設(shè)定，并有對應(yīng)中文詳細(xì)注解；
★ 用戶可以用VB，VC或C-shape開發(fā)專用用戶界面；
★ 系統(tǒng)采用預(yù)讀功能，通常預(yù)讀程序段數(shù)149段。采用預(yù)加速/減速來保證切削矢量速度恒定或平穩(wěn)過度。

根據(jù)此類機(jī)床的操作特點(diǎn)，我們用VB開發(fā)了一套活塞軟靠模車床系統(tǒng)，人機(jī)交互編程界面如下：

易于編程的活塞形線數(shù)據(jù)表和顯示形線界面圖如下：

2、 直線電機(jī)平臺
快刀機(jī)構(gòu)可以采用平板式直線電機(jī)或者圓筒式直線電機(jī)。前者頻率低、出力大。后者出力小，頻率高。下面對這兩種實(shí)現(xiàn)方案做分別介紹：
1）、切削刀具的進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用德國BOB公司的LMS系列平板式直線伺服電機(jī)，如圖所示：
 

型號如下：LMS -P 58-070/185-3SPW-1-S，
主要性能參數(shù)：

在傳統(tǒng)的直線電機(jī)應(yīng)用中都是帶有NS磁極的定子固定不動(dòng)，而帶線卷的動(dòng)子運(yùn)動(dòng)。但
動(dòng)子重量大，而定子重量輕。由于本項(xiàng)目是采用斜床身結(jié)構(gòu)，當(dāng)動(dòng)子向上運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度小于向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速，影響零件尺寸和精度。為了盡量提供響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)高速加速，高速減速，而運(yùn)動(dòng)位置又要很精確，這里采用了如下圖所示的線圈不動(dòng)，磁極運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)：
 

采用此種結(jié)構(gòu)后，大大增加了加工時(shí)Z軸的加速度和減速度，克服了Z軸向正向運(yùn)動(dòng)時(shí)和向負(fù)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度不一致的問題。同時(shí)采用高響應(yīng)速度的高精度光柵尺作為位置檢測元件，定位精度由光柵的分辨率來決定，系統(tǒng)的機(jī)械誤差可以由反饋消除。

2、快刀機(jī)構(gòu)采用德國BOB公司的圓筒式直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)。
德國Bobolowski公司以超強(qiáng)的設(shè)計(jì)和加工特殊直線伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)方面知識和能力而聞名，30 多年來積累了大量豐富的經(jīng)驗(yàn)和專利技術(shù) , 她的資深電機(jī)設(shè)計(jì)專家們?yōu)?BOB 公司定義為專做特種電機(jī)，研發(fā)他人無法生產(chǎn)的電機(jī)。

BOB品牌下的DTL系列圓筒式精密直線電機(jī)
行程：27.5～137.5mm
 最大加速度達(dá)：431m/s2
 最大速度：7.5m/s
最大出力：1520N

3、數(shù)控活塞軟靠模機(jī)床主要參數(shù)指標(biāo)和性能特點(diǎn)：
1.主軸速度，切削直徑0-1mm可以達(dá)到3000轉(zhuǎn)/分;
切削直徑0-0.6mm可以達(dá)到4000轉(zhuǎn)/分;可根據(jù)要求做相應(yīng)的提高
2，加工活塞最大橢圓度5mm;
3，最快響應(yīng)時(shí)間是0.3ms
4，精度達(dá)到+/-0.001mm
5，極高的穩(wěn)定性；
6，友好易于操作的編程界面；
7，可以加工特種活塞；如在活塞表面圓形凸起，活塞表面刻字等；