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1、五軸加工中心介紹及其和三軸、四軸的區(qū)別立式加工中心(三軸最有效的加工面僅為工件的頂面,臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺(tái),也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展,工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng),還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。立式五軸加工中心這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式,一種是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺(tái)可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn),定義為A軸,A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái),在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn),定義為C軸,C軸都是360度回轉(zhuǎn)。這樣通過A軸與C軸的組合,固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外,其余

2、的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度,這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度,加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),就可加工出復(fù)雜的空間曲面,當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,主軸剛性非常好,制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大,承重也較小,特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí),工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)很大的承載力矩。另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭,能自行環(huán)繞Z軸360度,成為C 軸,回轉(zhuǎn)頭上還帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸,一般可達(dá)90度以上,實(shí)現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方

3、式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活,工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)的非常大,客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn):我們?cè)谑褂们蛎驺姷都庸で鏁r(shí),當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時(shí),由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為零,頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會(huì)很差,采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì),令主軸相對(duì)工件轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,使球面銑刀避開頂點(diǎn)切削,保證有一定的線速度,可提高表面加工質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎,這是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度,高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋,分度精度都在幾秒以內(nèi),當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,制造成本也較高。主軸回轉(zhuǎn)的立式五軸加工中心立式加工

4、中心的主軸重力向下,軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)的徑向受力是均等的,回轉(zhuǎn)特性很好,因此可提高轉(zhuǎn)速,一般高速可達(dá)1,2000r/min以上,實(shí)用的最高轉(zhuǎn)速已達(dá)到4,0000轉(zhuǎn)。主軸系統(tǒng)都配有循環(huán)冷卻裝置,循環(huán)冷卻油帶走高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量,通過制冷器降到合適的溫度,再流回主軸系統(tǒng)。X、Y、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋,雙向定位精度在微米級(jí)以內(nèi)。由于快速進(jìn)給達(dá)到4060m/min以上,X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻,同主軸系統(tǒng)一樣,由經(jīng)過制冷的循環(huán)油流過滾珠絲杠的中心,帶走熱量。臥式五軸加工中心此類加工中心的回轉(zhuǎn)軸也有兩種方式,一種是臥式主軸擺動(dòng)作為一個(gè)回轉(zhuǎn)軸,再加上工作臺(tái)的一個(gè)回轉(zhuǎn)軸,實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)

5、加工。這種設(shè)置方式簡(jiǎn)便靈活,如需要主軸立、臥轉(zhuǎn)換,工作臺(tái)只需分度定位,即可簡(jiǎn)單地配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉(zhuǎn)換配合工作臺(tái)分度,對(duì)工件實(shí)現(xiàn)五面體加工,制造成本降低,又非常實(shí)用。也可對(duì)工作臺(tái)設(shè)置數(shù)控軸,最小分度值0.001度,但不作聯(lián)動(dòng),成為立、臥轉(zhuǎn)換的四軸加工中心,適應(yīng)不同加工要求,價(jià)格非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。另一種為傳統(tǒng)的工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸,設(shè)置在床身上的工作臺(tái)A軸一般工作范圍+20度至-100度。工作臺(tái)的中間也設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)B軸,B軸可雙向360度回轉(zhuǎn)。這種臥式五軸加工中心的聯(lián)動(dòng)特性比第一種方式好,常用于加工大型葉輪的復(fù)雜曲面?;剞D(zhuǎn)軸也可配置圓光柵尺反饋,分度精度達(dá)到幾秒,當(dāng)然這種回轉(zhuǎn)軸

6、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,價(jià)格也昂貴。目前臥式加工中心工作臺(tái)可以做到大于 1.25m2,對(duì)第一種五軸設(shè)置方式?jīng)]有什么影響。但是第二種五軸設(shè)置方式比較困難,因?yàn)?.25m2的工作臺(tái)做A軸的回轉(zhuǎn),還要與工作臺(tái)中間的B軸回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng)確實(shí)勉為其難。臥式加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般在10,000rpm以上,由于臥式設(shè)置的主軸在徑向有自重力,軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)徑向受力不均等,加上還要采用較大的BT50刀柄,一般最高可達(dá)20,000rpm。臥式加工中心快速進(jìn)給達(dá)到3060m/min以上,主軸電機(jī)功率22-40KW以上,刀庫(kù)容量按需要可從40把增加到160把,加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般立式加工中心,是重型機(jī)械加工的首選。加工中心大多可設(shè)

7、計(jì)成雙工作臺(tái)交換,當(dāng)一個(gè)工作臺(tái)在加工區(qū)內(nèi)運(yùn)行,另一工作臺(tái)則在加工區(qū)外更換工件,為下一個(gè)工件的加工做準(zhǔn)備,工作臺(tái)交換的時(shí)間視工作臺(tái)大小,從幾秒到幾十秒即可完成。最新設(shè)計(jì)的加工中心考慮到結(jié)構(gòu)上要適合組成模塊式制造單元(FMC和柔性生產(chǎn)線(FMS,模塊式制造單元一般至少有兩臺(tái)加工中心和四個(gè)交換工作臺(tái)組成,加工中心全部并排放置,交換工作臺(tái)在機(jī)床前一字形排開,交換工作臺(tái)多的可以排成兩行、甚至雙層設(shè)計(jì)。兩邊各有一個(gè)工位作為上下工件的位置,其余工位上的交換工作臺(tái)安裝著工件等待加工,有一輛小車會(huì)按照系統(tǒng)指令,把裝著工件的交換工作臺(tái)送進(jìn)加工中心,或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺(tái),送到下一個(gè)工位或直接送到下

8、料工位,完成整個(gè)加工操作。柔性生產(chǎn)線除了小車、交換工作臺(tái)之外,還有統(tǒng)一的刀具庫(kù),一般會(huì)有幾百把刀具,在系統(tǒng)中存入刀具的身份編碼信息,再通過刀具輸送系統(tǒng)送進(jìn)加工中心,并把用完的刀具取回,柔性生產(chǎn)線往往還需要一臺(tái)FMS的控制器來(lái)指揮運(yùn)行。過去五軸加工中心多為德國(guó)、美國(guó)、日本、意大利制造,令人欣喜的是今年3月在上海舉行的“中國(guó)數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)”上,展出了多臺(tái)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的五軸加工中心。如濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)公司展出的龍門式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心,工作臺(tái)長(zhǎng)6m,寬2m,采用立式主軸回轉(zhuǎn),A軸轉(zhuǎn)角100度,C軸轉(zhuǎn)角200度,這個(gè)龐然大物吸引了許多參觀者,它標(biāo)志著中國(guó)數(shù)控機(jī)床工業(yè)達(dá)到了先進(jìn)水平。上海第三機(jī)床廠、第四機(jī)床廠制

9、造的立臥加工中心,工作臺(tái)630mm2,采用高速內(nèi)冷電主軸,主軸可立、臥轉(zhuǎn)換,工作臺(tái)可以360度等分,類似于上述簡(jiǎn)單配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心,可對(duì)工件實(shí)現(xiàn)五面體加工,盡管還沒有配置五軸,也非常實(shí)用。加工中心的發(fā)展與未來(lái)現(xiàn)在加工中心逐漸成為機(jī)械加工業(yè)中最主要的設(shè)備,它加工范圍廣,使用量大。近年來(lái)在品種、性能、功能方面有很大的發(fā)展。品種:有新型的立、臥五軸聯(lián)動(dòng)加工中心,可用于航空、航天零件加工;有專門用于模具加工的高性能加工中心,集成三維CAD/CAM對(duì)模具復(fù)雜的曲面超精加工;有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心,生產(chǎn)效率高且具備柔性化。性能:普遍采用了萬(wàn)轉(zhuǎn)以上的電主軸,最高可達(dá)6

10、10萬(wàn)轉(zhuǎn);直線電機(jī)的應(yīng)用使機(jī)床加速度達(dá)到了3-5g;執(zhí)行ISO/VDI檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能:糅合了激光加工的復(fù)合功能,結(jié)構(gòu)上適合于組成模塊式制造單元(FMC和柔性生產(chǎn)線(FMS,并具有機(jī)電、通訊一體化功能。領(lǐng)先一步的機(jī)床制造商正在構(gòu)想2010年的“加工中心”,它將是萬(wàn)能型的設(shè)備,可用于車、銑、磨、激光加工等,成為真正意義上的加工中心。全自動(dòng)地從材料送進(jìn),到成品產(chǎn)出,粗精加工、淬硬處理、超精加工,自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)校正,將無(wú)所不能。設(shè)備將重視環(huán)保、節(jié)能,呈現(xiàn)出綠色制造業(yè)的標(biāo)志。21世紀(jì)時(shí)代特征的IT功能是絕對(duì)不可少的,設(shè)備將通過網(wǎng)絡(luò)與外界交換信息,獲得最新的技術(shù)成果,

11、人類的智慧將在高科技產(chǎn)品加工中心上得到充分的展現(xiàn)。五軸加工中心介紹及其選型目前,根據(jù)坐標(biāo)軸的配置,五軸加工中心基本上可分為兩種結(jié)構(gòu)型式。一種是,三個(gè)直線軸(X/Y/Z用于刀具運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)附加旋轉(zhuǎn)軸(A和C用于工件的回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式。另一種是,五個(gè)坐標(biāo)軸中的一個(gè)擺動(dòng)軸(A設(shè)置在主軸頭上的結(jié)構(gòu)型式,通過叉形主軸頭實(shí)現(xiàn)主軸刀具的擺動(dòng),而擺動(dòng)主軸頭也可通過牢固夾緊,使其定位在擺動(dòng)角度范圍內(nèi)的任意位置上。五軸高速加工中心在價(jià)格上要比三軸加工中心高很多,據(jù)德馬吉DMC75V系列的五軸加工中心與三軸加工中心進(jìn)行價(jià)格比較,五軸要比三軸的價(jià)格約高50%。五軸高速加工中心價(jià)格雖高,但這種高檔機(jī)床特別適合用來(lái)加工幾何形狀復(fù)雜的模具。五軸加工中心在加工較深、較陡的型腔時(shí),可以通過工件或主軸頭的附加回轉(zhuǎn)及擺動(dòng)為立銑刀的加工創(chuàng)造最佳的工藝條件,并避免刀具及刀桿與型腔壁發(fā)生碰撞,減小刀具加工時(shí)的抖動(dòng)和刀具破損

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