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五軸加工中心超精密加工分析
5軸加工機(jī)床的主要缺點(diǎn)是:它們的運(yùn)動(dòng)范圍十分有限,一般只限于±30;需要陡坡角度切削加工的工件必須采用手工二次定位和再次啟動(dòng)。而且,這類機(jī)床的剛性不如同尺寸和同類型的3軸機(jī)床。近年來,很多公司開始采用5軸加工中心,它的傾斜式工作臺(tái)與銑床的工作臺(tái)組合在一起安裝。盡管這種機(jī)床所能加工的零件尺寸和重量十分有限,但這類混合型機(jī)床的價(jià)格也是相當(dāng)昂貴的。
五軸加工中心主要分為:
傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)
有多家機(jī)床制造商生產(chǎn)安裝在3軸CNC數(shù)控機(jī)床上的傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)已在市場(chǎng)上銷售多年,廣泛地應(yīng)用于世界范圍內(nèi)的小型和大型機(jī)加工車間,用于零件的分度,進(jìn)行各種機(jī)加工操縱。傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以使零件旋轉(zhuǎn),并可按各種角度傾斜,有利于機(jī)床的刀具接近零件的多個(gè)加工面,達(dá)到真正5軸加工的目的。傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作面相對(duì)較小,能夠安裝夾持工件的類型非常有限,對(duì)工件的長(zhǎng)度、寬度和重量都有一定的限制。此外,傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)本身的體積較大,占據(jù)了主機(jī)很大的工作范圍。zui大的傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)甚至可占據(jù)主機(jī)75%以上的工作范圍。在進(jìn)行重型切削操縱時(shí),傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)不適合于夾持加工零件,由于長(zhǎng)度超過12in(1in=25.4mm)的零件可能會(huì)碰撞到四周的表面。固然,傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)對(duì)于加工小型零件來說是一個(gè)非常合適的解決方案,但今天的客戶要求機(jī)床具有更大的靈活性和寬廣的加工能力。假如這只是5軸加工惟一可選用的方法,那么加工車間就無法加工超過它們尺寸和重量限制的工件。
實(shí)現(xiàn)超精密加工基本條件超精密加工的市場(chǎng)需求呈現(xiàn)出如下的特點(diǎn)超聲振動(dòng)研磨PCD材料的往除機(jī)理超聲振動(dòng)研磨試驗(yàn)及結(jié)果分析超精密加工轉(zhuǎn)動(dòng)軸承安裝常見知識(shí)問答機(jī)床生產(chǎn)廠的裝配工藝題目機(jī)械部分的修復(fù)稀油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)和步驟防止霧化的添加劑。
立式加工中心(三軸)zui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,其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。A軸和C軸zui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,制造本錢比較低。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)大于即是90度時(shí),工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)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(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,可進(jìn)步表面加工質(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,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,制造本錢也較高。
立式加工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,因此可進(jìn)步轉(zhuǎn)速,一般高速可達(dá)1,2000r/min以上,實(shí)用的zui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40~60m/min以上,X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻,同主軸系同一樣,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)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,制造本錢降低,又非常實(shí)用。也可對(duì)工作臺(tái)設(shè)置數(shù)控軸,zui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*種方式好,常用于加工大型葉輪的復(fù)雜曲面。回轉(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)*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,由于1.25m2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zui高可達(dá)20,000rpm。臥式加工中心快速進(jìn)給達(dá)到30~60m/min以上,主軸電機(jī)功率22-40KW以上,刀庫容量按需要可從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。
加工中心大多可設(shè)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)工件的加工做預(yù)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。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)工位或直接送到下料工位,完成整個(gè)加工操縱。柔性生產(chǎn)線除了小車、交換工作臺(tái)之外,還有同一的刀具庫,一般會(huì)有幾百把刀具,在系統(tǒng)中存進(jìn)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的控制器來指揮運(yùn)行。
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