高速五軸聯動立式加工中心及其應用分析
2016-9-18 來（lái）源（yuán）： 漢川數控機床（chuáng）股份公司 作者： 念 勇
摘要：本文以高速五軸聯動立式加工中心為例，介紹其加（jiā）工案例，分析了五軸聯（lián）動（dòng）機床應用的優點（diǎn）。
設計主管念勇
1. 高速五軸聯動立式加工中心
我公司該係列機床有HVMC500F5和HVMC630F5兩種規格， 旋轉工作台分別為φ 500mm和φ 630mm，主軸最（zuì）高轉速12 000r/m i n，快（kuài）速移動速度45 000m m/m i n， 轉台旋轉360°，擺動-110°/110°。其采用龍門框架結構，高剛性的天車式設計，如圖1所示。工作（zuò）台采用搖籃式兩軸轉台，承載大、精度高；C軸（zhóu）采（cǎi）用力矩電動機（jī）驅動工作台轉動（dòng），轉台連續（xù）運轉，最小分度精度可達0.000 1°，控製精度可靠性高，輸出轉矩大；A軸采用雙齒輪消（xiāo）隙減速箱，保證定（dìng）位精度和運（yùn）動精度；對中空絲杠進行內部強製循環冷卻，保證精度穩定持久。刀庫采用固定式傘形刀庫（kù），主軸抓刀，提高換刀的可靠性，換刀快速。該係列高速五（wǔ）軸加工中心主要用於中、小等尺寸，中、小等重量的各種基礎大件、板件、盤類件、有空間曲麵的中小型殼（ké）體、模具及（jí）箱體類等多品種零件的加工，葉片、葉輪、模具輪廓和（hé）渦輪葉（yè）片的複雜平滑（huá）曲麵加工，是汽車、模具及航空航天（tiān）等（děng）行業精密複雜零（líng）件加工的（de）重要設備。
該係列機床采用床（chuáng）身、工作台（tái）固（gù）定，橫梁移動式結構，刀（dāo）具（jù）有X、Y、Z運動，為動柱式立式數控機床，考慮到高速運動的特殊性，在保證機床足夠剛度的情況（kuàng）下，盡量減少運動的（de）慣量（liàng），使得機床高速加工中的跟蹤（zōng）誤差趨於最小，最終提高高速加工的精度和質量。機床橫梁采用兩條直線滾動導（dǎo）軌（guǐ），具有極高的承載能力和（hé）卓越的高速性能，壽命（mìng）長、噪聲低；長期無需維修保養，有極佳的穩定性；全閉環控製，定位準確， 動態（tài）性能優異。導軌絲杠具有可靠的防塵、防水和防切屑的裝置（zhì）。刀庫放置於床身兩導軌之間，減少了占地麵積，結構緊湊。排屑器放在（zài）工（gōng）作台的下麵（miàn），保證切屑（xiè）快速導入排走（zǒu），熱量不會（huì）傳至床身，提高機床的加工精度。采用全封閉的防護裝置， 確保加工過程（chéng）中安全、整潔。
圖（tú）1 HVMC500F5高速五軸聯動立式加（jiā）工中心
2. 加工驗證
為（wéi）了驗（yàn）證高速五軸（zhóu）聯動（dòng）立（lì）式加工（gōng）中心的加（jiā）工精度和（hé）性能，在完成（chéng）機床靜（jìng）態精度調整的基礎上，通過加工S試件（見圖（tú）2），檢驗機床（chuáng）的加工精度是否達標。基於S試件測量結（jié）果和機床五（wǔ）軸聯（lián）動（RTCP）精度檢測，搜尋並分析存在（zài）問題的驅動軸，通過編製特定（dìng）程（chéng）序並測量機床（chuáng）運動軌跡，在對軌跡進行頻（pín）域分析、圓度分（fèn）析的（de）基礎上，完成（chéng）機床機械結構和動態性能參數的調整，進而提升機床的動態精度。
圖2 S試件加工
用此係列五軸聯動機床加工的（de）實例很多，除了用於檢驗機床性能的S試（shì）件，還有人體模型、葉片、葉輪及大力神杯模型等，下麵以大力神杯模型（見（jiàn）圖3）為例，從工藝的角度（dù）分析該五軸聯動機（jī）床加工的優點。
（1）工藝（yì）分析。大力神杯模型頂部較大並逐步向（xiàng）底部縮小，結構呈倒扣形，外部刻有兩個形象的大力士托起（qǐ）地球等圖案（àn），各（gè）曲麵之間過渡（dù）光潔（jié）平滑、圖案生（shēng）動有神，尺（chǐ）寸精度和表麵質量要求較高。此模型多為回旋倒扣曲麵，曲麵比較陡，結構（gòu）複雜，構成的圖素相當精細，特別是地球和人臉部分十分細小逼真。
針對模型的外形特點， 毛（máo）坯選擇圓柱（zhù）棒料，由於普通立式三軸聯動數控銑床不能完成所（suǒ）有特征（zhēng）加工，所（suǒ）以（yǐ）需要三軸以上加工中（zhōng）心才能（néng）滿足加工（gōng）條件。如果表（biǎo）麵粗糙度值要求不高，可以選（xuǎn）擇帶第四軸的立式加工中心或者臥式加工中心（xīn）加工， 這兩種機床都是四軸機床，可以加工該模型大部分的曲麵，但是由於該零件的尺寸精度和表麵質量要求較高，則對於地球和人臉部分細小的紋路，四軸（zhóu）機床在加工中會存在以下兩個問題：①加工地球和人臉部分（fèn）細小的紋路時，需要用R0.75mm球頭銑刀，為了達到很好的表麵粗糙度值，必須有很高的線速（sù）度，這就要求機（jī）床轉速（sù）達到10 000r/min以上，而一般的立（lì）式加工中心最高轉速8 000r/min，臥式加工中心的最高轉速6 000r/min，顯（xiǎn）然不符合要求。如果為了得到較高的轉（zhuǎn）速給這兩類機（jī）床安裝電主軸，機床（chuáng）需進行改型設（shè）計，會增加額外的成本。②使用球頭銑（xǐ）刀加工曲麵，當刀具中心線垂直於加工（gōng）麵（miàn）時，由於球頭銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的（de）工件表麵質量會很差。
圖3 大（dà）力神杯模（mó）型
為了滿足加工要求， 選用（yòng）HVMC500F5高速五軸聯動立式加工中心。如圖4所示，使工件相（xiàng）對主軸轉過（guò）一個角（jiǎo）度，進而（ér）使球頭銑刀避開頂點切削， 保（bǎo）證有足夠的線（xiàn）速度，這樣（yàng）就可以很好地保證表麵加工質量。同時，五軸聯動數控機床加工避免多次裝（zhuāng）夾，使零件裝（zhuāng）夾變得容（róng）易（yì），無（wú）需特殊夾具，減少（shǎo）了夾具的使用數量，降低了夾具使用成（chéng）本，提高（gāo）了加工精度，還可以省去許多特殊刀具，降（jiàng）低了（le）刀具的使用成本。
圖4 大（dà）力神杯模型的五軸加工
（2）裝夾找正。把已經（jīng）車削好的毛坯，采用三爪自定心卡盤裝夾，並使用千（qiān）分表對零件的同（tóng）軸（zhóu）度和水平度進（jìn）行調整，用分中棒找正工件圓（yuán）心和毛坯頂部為三（sān）軸的原點，通過螺釘和壓板安裝在機床的轉台上。
（3）工藝路線。通過上述分析，綜合考慮加工（gōng）成本和加工效率， 製定出加工工藝（yì）路線如下：①粗加工，毛坯選用圓柱棒料，用車床切削去除盡可能（néng）多的餘料，使其底部平整。②半精（jīng）加工，采用四軸立（lì）式加工中心（xīn）進行工件的半精加工，完成大部分的曲麵（miàn）加工，留（liú）精加工加工餘量。③ 精加工， 五軸（zhóu）聯動機床的高速精加工，尤其是（shì）對於地球和人臉部分細小的紋路，一次加工（gōng）成形（xíng）。
3. 結語
在完善高速五軸聯動立式加工中心係列的同時，為滿足航空航天、模具加工等領域高速（sù）、高精度、中切深、快進給（gěi）加工的需求（qiú）， 我（wǒ）公（gōng）司（sī）在定梁式、動梁式、定梁動柱式和動梁動柱式龍門加工中心係列機床的基礎（chǔ）上，創新研發設（shè）計（jì）了（le）五軸聯動橋式龍門加工中（zhōng）心，並推出了五軸聯動銑頭，提高（gāo）了五軸聯（lián）動機床的競爭力，而且（qiě）逐步完成了機床和機床功能部件的模塊化、係列化設計，不斷開發性能優良的高新產品（pǐn），以適應機床製造業日趨激烈（liè）的競爭。
投稿（gǎo）箱（xiāng）：
如果您有（yǒu）機床行業、企業（yè）相關新聞稿件發表，或進（jìn）行資訊合作（zuò），歡迎聯（lián）係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有（yǒu）機床行業、企業（yè）相關新聞稿件發表，或進（jìn）行資訊合作（zuò），歡迎聯（lián）係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
業界視點
| 更多
行業數據
| 更多
- 2024年11月 金屬（shǔ）切削機床產量數據
- 2024年11月 分地區金屬切削機（jī）床產量數據
- 2024年（nián）11月 軸承出口情況
- 2024年11月 基（jī）本型乘用車（轎車）產（chǎn）量數據
- 2024年11月 新能源汽車（chē）產量數（shù）據
- 2024年11月 新能源汽車銷量情況
- 2024年10月 新能源汽車（chē）產量數據
- 2024年（nián）10月 軸承出口情況
- 2024年10月 分地區金屬切削機床產量數據
- 2024年10月 金屬切削機（jī）床產量數據
- 2024年9月 新能源汽（qì）車銷量情況
- 2024年8月 新能源汽車產量數據
- 2028年8月 基（jī）本型乘用車（轎（jiào）車）產量數據（jù）