UM系列蜂窝芯超声切削五轴联动

产品简介

       蜂窝芯超声波电主轴是蜂窝芯超声切割五轴联动加工中心的核心部件
       随着航空工业的发展以及对飞机性能提高的需要，在军、民机特别是第三代以及新一代战斗机结构设计中，越来越多的采用复合材料。尤其是在尾翼、腹鳍、鸭翼以及内、外侧升降副翼等与操纵性能有关的关键性动力部件中很多采用了优质先进的纸基Nomex蜂窝芯材料，该材料具有重量轻、密度小、比强度比刚度高，自熄性能、绝缘性能、化学性能好等特点。由于Nomex蜂窝芯材料的优良特性，国内外一些公司在一些重要部件中也运用了蜂窝芯结构。
       但因Nomex蜂窝芯材料结构特殊性，使其在传统的数控加工中带来了很大的难题。传统高速铣钻工艺是利用机床主轴产生高速转动，再通过铣头（或钻头）沿工件边缘将材料打碎，从而使工件得以成形或分离。
       这种铣钻方式在实际加工过程中存在以下问题：
       蜂窝结构件为纸质柔性材料，多孔薄壁结构，这就决定了其加工方法必须采用高转速切削才能加工，主轴转速必须超过20000转/分钟，否则就无法进行切削，故对机床要求很高；
       因Nomex蜂窝芯材料结构特殊性，使其切削性能差，在加工过程中易出现撕裂、压塌、芯格变形、毛刺、外形缺损等缺陷，在加工过程中刀具易磨损，故产品质量低，刀具成本较大；
       Nomex蜂窝芯在加工过程中产生的粉尘会对人体产生极大的危害，并且数控加工机床为高精度的设备，粉尘会对其零部件产生影响；传统铣钻工艺下，针对曲面外形的无粉尘高精度加工仍为本领域技术难题。
       直至上世纪90年代，超声波加工逐渐应用于航空材料加工领域。相对于传统的切削方式，超声切割如同用剪刀剪纸或用裁刀切割皮革一样，不会产生工件的碎屑。而与常规“剪、裁”相比，超声切割头可以在剪刀或裁刀上施加20-30KHz的振动能量，帮助打开材料内部的分子结构，在切割过程中刀具可以更容易地将材料分割开，其切割速度要比传统的铣削加工大得多，且因不存在将材料打碎的问题，超声切割完全不会产生粉尘，可以免去安装防尘、除尘设备的费用。
       但这一技术在国内仍处于较少的初期应用阶段，国内唯数不多的飞机制造公司（例如成飞、哈飞）巨资引进奥地利GFM整机进行实际生产应用，但至今未能研发出适用于传统数控机床床身和床身运动控制系统的主轴系统，浪费了大量的财力、物力。
       近年来，本公司一直在对Nomex蜂窝芯材料进行超声切割试验。经过多次反复实验，已开发出适合于传统数控机床改装的超声切割主轴系统：
1.超声波主轴系统替换原有高速主轴头，主轴转速1600转/分钟，即可实现蜂窝料毛坯开粗工序及非曲面外形的无粉尘加工，其切削效率及精度可达国外机床的相同水准。
2.由于仅更换主轴系统，保留原有机床的床身及床身运动控制系统，相比整机全新制造有显著成本优势。
3.超声系统、刀具及配件完全由精瑞公司研制完成，不受国外制约。
4.本公司将不同形状种类的刀片及对应超声波换能器总成整合到超声系统中，只需检查刀片与超声波换能器总成联接可靠后即可使用，而进口机床需设置对应的不同参数。

       公司经过数年研制，开发出UM250蜂窝芯超声切削五轴桥式龙门机床，具有自动化程度高、加工效率高、加工精度高的优势，打破了国外机床遥不可攀的状态，为国内首创。

       机床床身结构有以下具体属性：
       1.横梁移动式（桥式），两侧配置两套齿轮/齿条，实现龙门电气双驱，双导轨设计。
       2.机床的床身坚固，纵梁下面的支撑立柱、横梁及垂向滑枕均采用焊钢结构，经过二次回火处理，去除内应力，具有良好的刚度和静态特性，由于移动部件惯性小，为机床的高速运动提供了良好的保证。
       3.机床的结构尺寸采用了FEM 有限元设计，所有的动态负载和机床部件均经过严格的测试，赋予机床最佳的结构设计和运动系统（如：精密导轨和循环滚动体等），确保了最大的工作动力，获得高速加工的几何精度和可靠性。
       4.通过采用几何热对称式结构设计，加工精度和加工质量更加有保证。 高精度齿条被直接安装于机床主要结构件上， 紧邻高速精密循环滚珠导轨， 最大限度地减少了运动部件的温变和稳定，消除了主要运动部件的变形。
       5.横梁移动，高速、高效，工作台固定，符合高速加工的所有特点
       6.X/Y/Z 三个线性坐标的导轨均采用经过热处理、精密磨削和加硬处理的精密高速线性导轨，赋予机床极高的动态特性。

◆ 直线坐标运动

       1.纵向X坐标的运动，是移动横梁运行在焊钢结构的纵向基座上，横向Y坐标的运动，是垂向溜板沿横梁的运动，垂向Z坐标的运动是垂向滑枕的上下运动。
       2.溜板运行在超大尺寸宽度的横梁上，上面内置安装了经过加应处理和精密磨削的导轨，配置了四个线性导轨保持盒和循环滚珠。
       3.X坐标的运动采用龙门电气双驱，由两个交流无刷电机连接至高质量、高精度的减速装置组成。 机床的全部运动是在高精度的齿轮和齿条系统上， 由交流伺服电机驱动。
       4.Y/Z 坐标的运动分别采用由一个交流无刷电机连接至高质量、高精度的减速装置组成。床的全部运动是在高精度的齿轮和齿条系统上，由交流伺服电机驱动。
       5.Z坐标配置有自动抱闸系统，在突然掉电的情况下，以锁住Z坐标溜板的运动。

◆ 旋转轴

       除了三个主要的直线坐标轴，还配置有2个数控连续回转轴，第4轴（C轴）和第5轴（A轴），实现任意空间方向的五轴加工。
       第四坐标“C”轴围绕垂直坐标旋转，第五坐标“A”在垂直平面内旋转。旋转轴内部内置了高精度、高刚性径向和轴向轴承，赋予旋转坐标极高的精度和动态响应。
       旋转轴由数字交流伺服电机通过高精度减速器驱动，并带自动反向间隙消除系统。
       旋转“A”和“C”轴均带有气动刹车装置，在不需五轴联动加工时，可通过气动刹车锁紧“A”和“C”坐标，以增强其主轴切削刚性。
◆ 导轨防护系统

       X/Y坐标导轨配置风箱式防护罩系统，Z坐标导轨配置双层刮削器装置

◆ 线性坐标行程

◆ 旋转坐标行程

◆ 超声系统:

◆ 其它参数

◆ 数控控制系统

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