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五軸聯(lián)動是數(shù)控術(shù)語,聯(lián)動是數(shù)控機(jī)床的軸按一定的速度同時到達(dá)某一個設(shè)定的點(diǎn),五軸聯(lián)動是五個軸都可以。裝備制造業(yè)是一國工業(yè)之基石,它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段,是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國家,也無不高度重視。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要,對高檔的數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床是一個國家制造業(yè)水平的象征。而代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng),從某種意義上說,反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來,以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家,一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資,實行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時期,對中國、前蘇聯(lián)等社會主義陣營實行封鎖禁運(yùn)。愛好軍事的朋友可能知道著名的"東芝事件":上世紀(jì)末,日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床,結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進(jìn)螺旋槳,上了幾個檔次,使美國間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了,所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運(yùn)政策,要懲處東芝公司。

五軸聯(lián)動機(jī)床有立式、臥式和搖籃式二軸NC工作臺,NC工作臺NC分度頭,NC工作臺90軸,NC工作臺45B軸,NC工作臺A軸,二軸NC主軸 等類型。上述六大類共7種五軸聯(lián)動方式都有各自的特點(diǎn),無法說哪一種形式更好,只能說你的產(chǎn)品適合哪種類型的五軸加工。

1、五坐標(biāo)聯(lián)動雙轉(zhuǎn)臺機(jī)床

①旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)有足夠的行程范圍,工藝性能好.

②由于受結(jié)構(gòu)的限制,擺動坐標(biāo)的剛性較低,成為整個機(jī)床剛性的薄弱環(huán)節(jié).而雙轉(zhuǎn)臺機(jī)床,轉(zhuǎn)臺的剛性大大高于擺頭的剛性,從而提高了機(jī)床總體剛性.

③便于發(fā)展成為加工中心.只需加裝獨(dú)立式刀庫及換刀機(jī)械手即可但雙轉(zhuǎn)臺機(jī)床轉(zhuǎn)臺坐標(biāo)驅(qū)動功率較大,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系較復(fù)雜;

2、五坐標(biāo)聯(lián)動雙擺頭機(jī)床

雙擺頭機(jī)床擺動坐標(biāo)驅(qū)動功率較小,工件裝卸方便且坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系簡單

3、五坐標(biāo)聯(lián)動一擺頭一轉(zhuǎn)臺機(jī)床

一擺頭一轉(zhuǎn)臺式機(jī)床性能則介于上述兩者之間

1、可有效避免刀具干涉

2、對于直紋面類零件,可采用側(cè)銑方式一刀成型

3、對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面,可用大直徑端銑刀端面貼近表面進(jìn)行加工

4、可一次裝卡對工件上的多個空間表面進(jìn)行多面、多工序加工

5、五軸加工時,刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)。零件表面上的誤差分布均勻

6、在某些加工場合,可采用較大尺寸的刀具避開干涉進(jìn)行加工

應(yīng)用最廣的五軸加工型式

所謂點(diǎn)接觸式加工是指加工過程中以點(diǎn)接觸成型的加工方式,如球形銑刀加工、球形砂輪磨削等.這種加工方式的主要特點(diǎn)是;球形表面法矢指向全空間,加工時對曲面法矢有自適應(yīng)能力,與線、面接觸式加工相比較,其編程較簡單、計算量較小,并且只要使刀具半徑小于曲面最小曲率半徑就可避免干涉.因而它適合任意曲面的加工.但由于是點(diǎn)接觸成型,在切削點(diǎn)處切創(chuàng)速度趨近于零,因而切削條件差,加工精度和效率低.

所謂面接觸式加工是指以面接觸成型的加工方式,如端面銑削(磨削)加工.這種加工方式的主要特點(diǎn)是:由于切削點(diǎn)有較高的切削速度,周期進(jìn)給量大,因而它具有較高的加工效率和精度.但由于受成型方式和刀具形狀的影響,它主要適合于中凸曲率變化較平坦的曲面的加工。

五坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控加工當(dāng)前和今后研究的重點(diǎn)

所謂線接觸式加工是指加工過程中以線接觸成型的加工方式,如圓柱周銑、圓錐周銑、樟形窿削及砂帶磨削等.這種加工方式的特點(diǎn)是:由于切削點(diǎn)處切削速度較高,因而可獲得較高的加工精度,同時,由于是線接觸成型,因而具有較高的加工效率,已發(fā)展到對任意曲面線接觸加工的研究。

五軸聯(lián)動機(jī)床的使用,讓工件的裝夾變得容易。加工時無需特殊夾具,降低了夾具的成本,避免了多次裝夾,提高模具加工精度。采用五軸技術(shù)加工模具可以減少夾具的使用數(shù)量。另外,由于五軸聯(lián)動機(jī)床可在加工中省去許多特殊刀具,所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動機(jī)床在加工中能增加刀具的有效切削刃長度,減小切削力,提高刀具使用壽命,降低成本。

采用五軸聯(lián)動機(jī)床加工模具可以很快的完成模具加工,交貨快,更好的保證模具的加工質(zhì)量,使模具加工變得更加容易,并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中,一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展,立式加工中心本身的一些弱點(diǎn)表現(xiàn)得越來越明顯�，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來加工,球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯,但是如果用立式加工中心的話,其底面的線速度為零,這樣底面的光潔度就很差,如果使用四、五軸聯(lián)動機(jī)床加工技術(shù)加工模具,可以克服上述不足。

當(dāng)前國外五軸聯(lián)動機(jī)床一歐美、日本為代表,這些國家的五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床代表了當(dāng)今五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最高水平。國外著名的機(jī)床廠五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)可以歸結(jié)為:高速、高精度、環(huán)保、智能、復(fù)合化。力矩電機(jī)在國外作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)驅(qū)動裝置的廣泛使用,使得國外機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)實現(xiàn)了高速、低損耗、高精度、高效率的目標(biāo)。

首先是采用直線電機(jī)驅(qū)動技術(shù)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展,直線電機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。直線電機(jī)剛開發(fā)出來易受干擾和產(chǎn)熱量大的問題已經(jīng)得到解決,而直線電機(jī)的定位技術(shù),既在高速移動中快速停止,也有部分機(jī)床廠家采用阻尼技術(shù)給予解決。直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是直線驅(qū)動、無傳動鏈、無磨損、無反向間隙,所以能達(dá)到最佳的定位精度。直線電機(jī)具有較高的動態(tài)性,加速度可超過2g。采用直線電機(jī)驅(qū)動還具有可靠性高、免維護(hù)等特點(diǎn)。

其次是采用雙驅(qū)動技術(shù)。對于較寬工作臺或龍門架型式,如果采用中間驅(qū)動,實際無法保證驅(qū)動力在中心,容易造成傾斜,使得動態(tài)性能較差。使用雙驅(qū)動,雙光柵尺,一個驅(qū)動模塊,就能使動態(tài)性能非常完美。一個驅(qū)動指令,雙驅(qū)同時工作,光柵尺來檢測兩點(diǎn)是否平衡,如果不平衡則通過不同指令使其達(dá)到平衡。當(dāng)然,五軸聯(lián)動機(jī)床技術(shù)的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些,許多技術(shù)在德馬吉的機(jī)床產(chǎn)品中都將會體現(xiàn)出來。

加工中心

加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心,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,也只能完成工件的四面加工。目高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展,五軸聯(lián)動加工中心有高效率、高精度的特點(diǎn),工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng),還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工,更能夠適宜象汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。(本期介紹立式五軸加工中心)立式五軸加工中心這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式,一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺可以環(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。工作臺的中間還設(shè)有一個回轉(zhuǎn)臺,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,固定在工作臺上的工件除了底面之外,其余的五個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三直線軸實現(xiàn)聯(lián)動,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)比較簡單,主軸剛性非常好,制造成本比較低。但一般工作臺不能設(shè)計太大,承重也較小,特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時,工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力 矩。 另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。主軸前端是一個回轉(zhuǎn)頭,能自行環(huán)繞Z軸360度,成為C軸,回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸,一般可達(dá)±90度以上,實現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活,工作臺也可以設(shè)計的非常大,客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計還有一大優(yōu)點(diǎn):我們在使用球面銑刀加工曲面時,當(dāng)?shù)毒咧行木�垂直于加工面時,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)量會很差,采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計,令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個角度,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。

戰(zhàn)略意義

由于五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)價格十分昂貴,加之NC程序制作較難,使五軸系統(tǒng)難以"平民"化應(yīng)用。隨著計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)、計算機(jī)輔助制造(CAM)系統(tǒng)取得了突破性發(fā)展,珊星公司等中國多家數(shù)控企業(yè),紛紛推出五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng),打破了外國的技術(shù)封鎖,占領(lǐng)了這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的至高點(diǎn),大大降低了其應(yīng)用成本,從而使中國裝備制造業(yè)迎來了一個嶄新的時代!以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展對裝備制造業(yè)注入了強(qiáng)勁的動力,同時也對它提出更強(qiáng)要求,更加突出了機(jī)械裝備制造業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化載體在推動整個社會技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級中無可替代的基礎(chǔ)作用。作為國民經(jīng)濟(jì)增長和技術(shù)升級的原動力,以五軸聯(lián)動為標(biāo)志的機(jī)械裝備制造業(yè)將伴隨著高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而共同進(jìn)步。中國不僅要做世界制造的大國,更要做世界制造強(qiáng)國!預(yù)計在不久的將來,隨著五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的普及推廣,必將為中國成為世界最強(qiáng)國奠定堅實的基礎(chǔ)!