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標題: 一份高端制造的入門說明書,，五軸機床 [打印本頁]
作者: jiajoin 時間: 2018-2-12 11:08
標題: 一份高端制造的入門說明書，五軸機床
前 言
在現(xiàn)代制造業(yè)中,，精密機械加工日趨普遍,。實現(xiàn)精密加工的高檔數(shù)控機床、模具處于制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的最前端,，而模具產(chǎn)品質(zhì)量的高低在很大程度上又受制于數(shù)控設備,。在激烈的市場競爭中，制造業(yè)要求更短的生產(chǎn)周期,、更高的加工質(zhì)量以及更快的產(chǎn)品改型加工適應能力和更低的制造技術(shù),。要滿足這些條件，越來越多的制造企業(yè)采用了高端的數(shù)控加工機床：五軸加工機床,。
圖1 五軸聯(lián)動機床
五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)是解決葉輪,、葉片,、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉(zhuǎn)子,、汽輪機轉(zhuǎn)子,、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。它是一種科技含量高,、精密度高專門用于加工復雜曲面的機床,，該機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天,、軍事,、科研、精密器械,、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力,。
一、什么是五軸機床
我們知道,，受約束的刀具（或工件）雖然在空間有六個自由度�,，F(xiàn)實是，在金屬切削過程中,，工件與刀具之間會產(chǎn)生巨大的切削力和摩擦力,，為了防止工件的位置移動，必須將工件夾緊,，使之固定,。通常我們使用的三軸機床只有三根正交的運動軸，只能實現(xiàn)三個方向的直線移動自由度,。因此,，沿加工刀軸方向的結(jié)構(gòu)都能加工出來。側(cè)面結(jié)構(gòu)特征無法加工,。
圖2 笛卡爾坐標系
五軸數(shù)控加工就是指在一臺機床上至少有5個坐標軸（三個直線坐標和兩個旋轉(zhuǎn)坐標）,，而且可在計算機數(shù)控系統(tǒng)控制下同時協(xié)調(diào)運動進行加工。數(shù)控機床的軸意思就是運動軸,，其實也算是空間的坐標軸，如坐標的XY軸,，沒有運動軸有獨立的控制器和電機驅(qū)動系統(tǒng),。即數(shù)控機床有5個伺服軸(不包括主軸)可以同時進行插補(5個伺服軸可以同一時間同時移動進行對一個零件進行加工)。
二,、五軸機床的結(jié)構(gòu)
五軸數(shù)控機床有多種不同的結(jié)構(gòu)形式,，主要分為以下三大類：工作臺傾斜型、主軸傾斜型和工作臺/主軸傾斜型五軸加工機床,。
2.1：工作臺傾斜型
設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。工作臺的中間還設有一個回轉(zhuǎn)臺,，在下圖所示的位置上環(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行加工,。
圖3 立式加工中心
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，就可加工出復雜的空間曲面,，當然這需要數(shù)控系統(tǒng),、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設置方式的優(yōu)點是主軸的結(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計太大,，承重也較小,，特別是當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,。
圖4 使用案例
2.2：主軸傾斜型
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±90度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能,。這種設置方式的優(yōu)點是主軸加工非常靈活,，工作臺也可以設計的非常大，客機龐大的機身,、巨大的發(fā)動機殼都可以在這類加工中心上加工,。
圖5 主軸傾斜型機床
這種設計還有一大優(yōu)點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當?shù)毒咧行木�垂直于加工面時,，由于球面銑刀的頂點線速度為零,，頂點切出的工件表面質(zhì)量會很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設計,，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個角度,，使球面銑刀避開頂點切削,，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)，當然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復雜,，制造成本也較高,。
圖6 使用原理
2.3：工作臺/主軸傾斜型
此款設備的旋轉(zhuǎn)軸配置形式是B軸與工作臺繞C軸組合一個旋轉(zhuǎn)軸在主軸頭的刀具側(cè)，另一個在工作臺側(cè),。這類機床的旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)布置有最大的靈活性,，可以是在A.B.C軸中任意兩個組合。這類機床的主軸可以旋轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)和垂直狀態(tài),，工作臺只需分度定位,，即可簡單的配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心,，將主軸進行立,、臥轉(zhuǎn)換再配合工作臺分度，對工件實現(xiàn)五面體加工,，制造成本低,，比較實用。
圖7 使用案例
三,、五軸機床的應用
五軸聯(lián)動加工中心適合加工復雜,、工序多、要求高,、需要多種類型的普通機床和眾多刀具夾具,，且經(jīng)多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。
3.1：箱體類零件
箱體類零件一般都需要進行多工位孔隙及平面加工,，公差要求較高,，特別是形位公差要求較為嚴格，通常需要經(jīng)過銑,、鉆,、擴、鏜,、鉸、攻絲等工序,，需要刀具較多,，在普通機床上加工難度大,，需多次裝夾、找正,，加工精度難以保證,。加工箱體類零件時需要工作臺多次旋轉(zhuǎn)加工水平方向四個面，用臥式加工中心合適,。
圖8 工件
3.2：復雜曲面
復雜曲面在機械制造業(yè),，特別是航空航天工業(yè)中占有重要的地位。復雜曲面采用普通機加工方法是難以甚至無法完成,。復雜曲面零件如：各種葉輪,、球面、各種曲面成型磨具,、螺旋槳以及水下航行器的推進器,、以及一些其他形狀的自由曲面。這類零件用五軸加工中心最為合適,。銑刀作包絡面來逼近球面,。復雜曲面用加工中心加工時，編程工作量較大,，大多數(shù)要有自動編程技術(shù),。
圖9 工件
3.3：異形件
異形件是外形不規(guī)則的零件，大都需要點,、線,、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差,，夾壓變形難以控制,，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機床難以完成,。用加工中心加工時應采用合理的工藝措施,，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點,、線,、面混合加工的特點，完成多道工序或全部的工序內(nèi)容,。
圖10 工件
3.4：盤套板類零件
帶有鍵槽,，或徑向孔，或端面有分布的孔系,，曲面的盤套或軸類零件,，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等,，還有具有較多孔加工的板類零件,，如各種電機蓋等,。端面有分布孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心,，有徑向孔的可選臥式加工中心,。
圖11 工件
3.5：特殊加工
在熟練掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工裝和專用工具,，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作,，如在金屬表面上刻字、刻線,、刻圖案,；在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源，可對金屬表面進行線掃描表面淬火,；用加工中心裝上高速磨頭,，可實現(xiàn)小模數(shù)漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等,。
圖12 工件
結(jié) 語
機床是一個國家制造業(yè)水平的象征,。而代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說,，它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)達國家,，一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資,，實行出口許可證制度。在高端裝備制造領域,，我國已經(jīng)是生產(chǎn)大國,，但仍然是技術(shù)弱國。自主創(chuàng)新能力薄弱,，近年來,，為促進我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，國家提出了大力發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重大戰(zhàn)略方向,，初步形成一定的經(jīng)濟規(guī)模,。期待有一天中國制造能在全球高端制造領域大放異彩！
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作者: 爆椒火文森山 時間: 2018-2-12 11:17
本帖最后由 爆椒火文森山 于 2018-2-12 11:21 編輯
$ B* l7 Y2 i/ u3 C9 Z( c: m
/ `! |& f8 Z3 \我那邊見過用工業(yè)機器人來加工零件的,，邊上放刀具,，機器人加工好后自動換刀。感覺集成化+程序化后才好用,，現(xiàn)在才實驗中,。
作者: xiaobing86203 時間: 2018-2-12 14:27
五軸加工中心確實厲害，全方位加工，基本上沒有不能加工零件,。
作者: zmztx 時間: 2018-2-12 17:03
五軸機床,，并不稀奇。關(guān)鍵在于五五聯(lián)動,。因為只有五五聯(lián)動及以上，才能加工不可展曲面,。對于學機械的,，這些應該是常識0 m3 G9 R' h7 c9 t) I6 t
這些常識性的問題還有
; F# s( s5 j, T; e& \2 K5 f! W! h直線滾動導軌不適合在重載情況工作，是因為它是高副接觸,。這樣的結(jié)論沒什么可爭論的- P5 z4 J& p% c: S" f& W
刀具的問題更多,。軌跡問題，角度問題
作者: 韓寒11 時間: 2018-2-12 20:41
五軸加工中心現(xiàn)在只有在一些高端汽車零部件行業(yè)和國企有,，民營企業(yè)買它的還是很少,，價格太貴
作者: 大禹123 時間: 2018-2-13 12:39
, } M5 Q0 T8 U) e: T3 E哈哈,，你看國內(nèi)那些做葉輪的，哪家沒有幾十臺2 B+ p( [9 Z5 C4 W( S3 I
作者: 韓寒11 時間: 2018-2-13 21:25
8 W1 Z7 f- M6 u# I" i* N見識太短了，五軸機床的真心沒有見過幾十臺的場面啊5 N8 Z# E1 f/ \% f/ j$ E9 Q- J; D
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