五轴的需求与性能.doc

五轴加工被应用在航天业已经多年，主要应用在尖端军备制造方面，由于其对航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，过去模具界甚少使用五轴加工，问题是多轴机床的价格昂贵及NC程序制作困难。近来因为模具交期紧迫及价格压缩，使五轴加工受到模具业的重视，将是继高速加工机后另一个有效工具。主要优点是加工整体复杂工件时，只要一次的工件夹持定位；另一个好处在于可使用较短刀具，以确保切削精度。在PowerMILL三轴及高速加工功能倍受推崇的今天，本文将从多个方面介绍PowerMILL展示给我们的强大五轴功能。五轴应用的范围:5轴加工的一个主要优点是仅需经过一次装夹即可完成复杂形状零件的加工.和多次装夹相比，它可极大地提高加工和生产能力，显著缩短产品加工周期及加工成本。 5 轴加工中，由于刀头可进入工件内部，刀具方向朝向工件表面，因此可使用短刀具加工。使用短刀具加工可提高切削速率而不增加刀具负荷，从而可提高刀具寿命，减少刀具损坏。 使用短刀具同样可减少在用 3 轴加工加工深型芯和型腔过程中经常出现的刀具的振动，从而可得到质量更高的加工表面，减少、甚至避免极其耗时的手工打磨工序。5轴加工的另外一个主要优点是可使用 5 轴加工来加工形状极其复杂的通常只能通过浇铸方法加工的形体。对于快速原形和小批量生产来说，和铸造方法相比，5轴加工能快速交货。对于很多具有不同复合角度的的孔系，同样也使五轴加工极其适合的加工领域，如果使用三轴设备，那么每个不同的复合角度的孔都要进行一次装夹，才能实现，而PowerMILL提供给你的五轴功能是可以自动识别模型中的孔，包括其他CAD软件设计的零件（如图 5）， 并且自动生成加工程序，并且可以采用具有高切削性能的铣刀，用螺旋的方式，对不同孔径的孔用同一把刀具进行加工，很大程度上提高了加工效率及加工质量。机床发展的新方向近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。在加工中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。最近国际机床业出现了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。五轴数控机床在国内外的实际应用表明，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资，大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。五轴机床开发的难题:五轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位姿控制，其数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得多。目前，五轴数控技术在全球范围 内普遍存在以下问题五轴数控编程抽象、操作困难这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴，而五轴数控机床结构形式多样；同一段NC代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样的加工效果，但某一种五轴机床的NC代码却不能适用于所有类型的五轴机床。数控编程除了直线运动之外，还要协调旋转运动的相关计算，如旋转角度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等，处理的信息量很大，数控编程极其抽象。刀具半径补偿困难在五轴联动NC程序中，刀具长度补偿功能仍然有效，而刀具半径补偿却失效了。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时，需要对不同直径的刀具编制不同的程序。目前流行的CNC系统均无法完成刀具半径补偿，因为ISO文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算。用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整刀具的确切尺寸，按照正常的处理程序，刀具轨迹应送回CAM系统重新进行计算。从而导致整个加工过程效率十分低下。对这个问题的最终解决方案，有赖于引入新一代CNC控制系统，该系统能够识别通用格式的工件模型文件(如STEP等)或CAD系统文件模具加工业新时尚五轴加工机床 2002-4-16 来源： 目前大部分模具加工厂使用三轴加工机床进行模具加工，而后需要大量的人工进行钳工修整工作，从降低人工成本出发，势必要以自动化机器取代人力，才能提高模具加工业的竞争力。模具加工业采用五轴加工机床，能够大幅度提高模具加工效率，正成为新的发展趋势。 五轴加工机床传统上在航空工业使用，主要加工复杂曲面的元件，如机身结构、涡轮叶片等。模具与其相仿，尤其是汽车钣金模具，表面几何形状复杂，凹凸不一，大部分的加工时间消耗在表面外形雕刻上。常用的三轴铣床只能沿着三个轴向运动，对复杂曲面的加工采用圆头端铣刀，不可避免地会在工件表面留下扇形尖点，如改用较小的进刀量时会导致加工时间加长，而如用人工方式磨平这些尖点，又是相当费力的工作。用五轴加工机床加工模具，可使用平头端铣刀取代圆头端铣刀，由于同时具备五个轴向的自由度，刀具可保持和工件表面的垂直，不仅切削效率高，同时可加工出符合设计需求的曲面，节省大部分的钳工作业。 五轴加工机床在模具加工上的应用对使用者而言主要是投资成本太高，短期不易回收，程序编制及机床使用方面难度较大，不易找到专门人员操作。对机床制造商而言则是研究开发成本高，造成单价高不易销售。长期来看，生产成本核算的降低会和设备、系统的投资达到平衡点，五轴加工机床在模具加工上的应用，无论是对模具加工商还是机床制造商，都是不可忽视的发展趋势。 以模具加工为主的五轴加工机床，要求具有高速铣削特性，铣削精度高，加工材料范围广泛，能够对模型表面自动扫描，并将所得数据数字化，另外自动换刀功能也是五轴加工机床必备的。 2004国际金属加工展加工中心评述 2004-12-20 09:23:27 在2004中国国际金属加工工业展览会上展出的数控加工中心，是高效、高速、自动化技术和数控技术的最佳组合，是高性能与经济性的完美统一。数控加工中心给材料加工带来了令人信服的自动化解决方案。 由汉诺威展览会（中国）有限公司主办的2004中国国际金属加工工业展览会已经在上海落下帷幕。DMG（德马吉）、EMAG（埃马克）、Chiron（巨浪）、WILLEMIN-MACODEL SA（威力铭）、Schutte（舒特）、LGMazak（小巨人）、AICTA（艾柯达）等世界著名的机床制造厂商纷纷亮相展会，吸引了众多的业内人士。展览会展出的高水平数控加工中心，其独特的设计，优异的性能等，都给观众留下了深刻的印象。 高速 高效的加工中心 宁夏小巨人机床有限公司的VTC系列加工中心，主轴最高转速为10000r/min，主轴最大输出功率15 kW，主轴最大扭矩955Nm。由于主轴的转速高，在使用小直径刀具进行铝材等有色金属材料加工时，通过高速切削有效抑制了切削瘤的形成，在得到良好的精加工表面的同时，也缩短了加工时间。加工中心采用伺服电机带动凸轮驱动的双臂装置，刀具交换时间仅为15s。高速换刀装置为机床的高效率提供了保证。 巨浪FZ15系列加工中心标准配置的主轴转速为10500r/min,快速进给40m/min,加速度05g。该系列高速型的加工中心主轴转速达12000r/min，快速进给60m/min,加速度1g。高速加强型的加工中心在相同加速度的情况下，主轴转速可高达20000r/min，从而实现了真正意义上的高速加工。全动立柱式加工中心 宁夏小巨人机床有限公司基于高性能价格比的设计思想，开发了VTC系列的新机型，在其基本构造的基础上，进一步提升了主轴特性、进给速度、刀具交换时间等主要规格和性能，实现了提高生产效率的目的。在此次展会上展出的 VTC系列全动立柱式加工中心，全动立拄式加工中心采用立柱全行程移动，工作台固定，使加工中心具有更出色的精度、良好的稳定性、操作性和维护性；机床的运动和加工区域彻底隔离，冷却水和铁屑不会侵入导轨、轴承等精密运动部件；X、Y、Z三轴均采用高精度、长寿命、性能稳定的直线滚动导轨，保证了机床的动态响应；机床床身采用优质密烘铸铁，保证了机床的高刚性和高精度保持性；整个行程范围内运动部件受力均匀，使机床的定位精度和重复定位精度保持性更高。 适合干切削的加工中心 德国巨浪公司采用动立柱的工作原理和独特的基本结构设计的FZ15系列加工中心，同样展示出其领先一步的优势。该系列加工中心包括单双高性能移动立柱式主轴在内的完整的产品系列，其优势在于精度不再取决于工件的重量，而是在任何情况下都能得到保证。这个由超值的功能部件组成的简单清晰的系统，保证了高度的适用性。工作区的无障碍排屑和冷却液导流使该系列加工中心能适合干切削。 STAMA MC326立式单主轴或双主轴紧凑型加工中心，在加工时间内可同时进行装料和卸料，加工中心适用于干式切削加工（仅须微量润滑）及湿式加工。 直线电机驱动 直线电机驱动技术原理简单、无冲击、噪声小、部件少、少磨损、免维护，节省了许多机械组件，大大减少了机械传动的摩擦，可以减少加工中心的停机时间,减少所需的维护服务,节省了用户的制造成本。由于直线电机利用磁场产生的驱动力是同步传动驱动，所以具有高动态性、高加速度、高速、超前精确和超前的可靠性,提高了生产率。根据德马吉有关人员介绍,采用直线电机技术可以节约加工时间58%。目前该公司带有直线电机驱动技术的机床在全世界的销售量已超过3000台。 DMC60H linear和DMC80H linear高速卧式加工中心的所有轴都采用直线电机驱动,快速移动达100m/min,机床具有极高的定位精度和重复定位精度。Y轴具有大的工作空间以及快速托盘交换装置,根据需求可以配置45把到360把刀具,使得该机床具有很高的生产效率。机床启动快，仅需16s，主轴就可达到18000r/min。 柔性加工线 柔性加工线能减少故障停机和调试时间，降低人力成本，提高生产率和产品质量。 柔性线系列的突出之处在于它的高系统产出性以及与传统的生产线或专机机床相比，存在着巨大的优势。巨浪的CHIRON FLEXLINE柔性加工线是基于一体化链接的工作原理。此加工系统由3到8个快速单轴和双轴加工中心直线排列而成。并带有一个工件输入/输出站、一个一体化的数控装载和卸载用的机械手。有了这个高生产率的解决方案，就可能进行同类工件的平行生产或者对要求一台以上加工中心完成的复杂工件进行分序加工。 对于不要求一体化链接的人工传送工件的场合，巨浪提供了另一种装卸概念，即LEAN概念，它具有加工完零件后下料的功能。 宽泛的加工范围 高性能的加工中心具有广泛的使用范围。其中有适合小工件加工的高速加工中心、紧凑加强型铣削加工中心、适合低工件成本的加工中心、适合大中批量生产的快速铣钻削加工中心、适合高速加工和重型切削加工中心等等。 捷克艾柯达（AICTA）有限公司的PRIMA、OPTIMA和VARIA加工中心是TOStes机床的典范，是加工中心和卧式铣镗床的组合。产品几乎含盖了所有从中型尺寸到重大型件的标准切削加工。 新一代的机床是标准模块系统设计。机床的使用范围根据不同的加工要求，通过改变轴的配置、尺寸、主轴箱、全自动附件和不同种类的外围设备，如自动换刀装置和自动托盘等而扩大。 优化的参数和广泛的用途使其能应用先进的工具和工艺流程。机床的设计是基于先进的理念，能保证其高精度、稳定性及机床操作和保养的要求。PRIMA、OPTIMA和VARIA是配备有水平主轴、旋转装夹工作台或托盘的T型床身的加工中心。 机床配有连续控制的五轴（X、Y、Z、W、B）和可变换角度的数控主轴。 先进的刀具系统 许多数控加工中心配有先进的刀具、刀库系统。 巨浪公司带20把ISO40或HSK-A 63把刀具的篮式刀库，能充分显示机床换刀快的特点。其换刀时间为09s，切削到切削时间为21s，移动的刀库使主轴在换刀过程中不必有多余的换刀行程。可编程的换刀位置又确保了Z轴行程始终控制在最小范围内。这种换刀系统每年可为用户节约近200个小时的非加工时间。该公司FZ系列加工中心还可以配置带48把HSK-A63把刀具的链式刀库。这个刀库被保护在不受碎屑和冷却液污染的区域内。 小巨人立式加工中心带有刀具寿命管理功能，通过设定每把刀具的寿命时间，即可实行刀具的寿命管理。一旦达到设定的寿命时间，将会自动调用备用刀具，使加工得以继续进行。通过设定当前刀具及备用刀具，轻松实现刀具数据的管理。 威力铭W-518S型加工中心配备24刀位的抓取式标准刀库，刀具最大直径为80mm,最大长度为200mm。加工复杂、精密的零件需要数量很多的加工刀具，所以，刀具检测系统用于“姐妹”刀具，将成为加工中的决定性因素。该加工中心配备“笛卡儿”刀库，刀库容量为72或180刀位。刀具装入换刀器的管理和准备都不占用加工时间，整个换刀过程仅为4s,保证了较高的生产效率，对中小批量的生产具有重要意义。 领先一步的功能组件 许多数控加工中心还配有主轴、回转工作台、滚珠丝杠等高技术的功能组件。为了满足不同的需要，MILL2000系列铣削加工中心X轴最大行程达4500mm,Y轴最大行程达630mm ，Z轴最大行程达630mm，机床可适用于分隔工作台后的往复加工。机床由液压锁紧和水冷却电主轴构成的数控可摆动主轴头,摆动的范围为100。从0旋转到90只需要05s。通过可摆动主轴头实现五轴联动加工，复杂零件一次装夹后可进行立式和卧式两种加工方式。 威力铭W-518S型加工中心的摆动式主轴（B轴）配备一个高动态同步马达，功率为16kw,z在2s的时间内，达到20000r/min的最高转速，摆动范围为110(10到100)。转子直接安装在主轴上，两个陶瓷轴承带预紧力。主轴的HSK-A63锥度提供佳的刀持条件。 为了防止热量至机床构件的传导，定子的温度可调节，避免因膨胀而引起的精度损失。环状汇集的冷却系统起到冷却刀具的作用。 高精度直线导轨和预紧循环滚柱轴承在确保X、Y和Z轴高精度直线运动的同时，也保证了结构刚性的均匀性，使得快速进给达到40m/min。而功率损耗甚微。 各个轴由最新一代AC马达驱动，直接安装在滚珠丝杠上。高精度光栅尺的分辨率为00001mm,进行直接测量以进行精确定位，最新式的数控系统闭环测量确保编码器的高精度分辨率处于最佳状态。 巨浪公司将“免维护润滑”应用在机床上。F15系列加工中心采用了长效润滑块润滑导轨和滚珠四丝杠，实现了机床的“免维护润滑”。 MILL800系列加工中心配备了一体化的包含2个轴的回转工作台，可用于一次装夹5面加工的要求。借助于回转工作台面的安装孔和一套可以分别夹紧工件左右两面的夹紧机械手，在结合数控回转工作台，可实现6面体加工。 交钥匙工程 加工中心是高科技含量的产品，拥有和使用加工中心并不完全能使用户在市场获得优势地位。良好的售后服务是生产厂商占领市场的基础。各加工中心的生产企业还为客户提供全面的咨询服务、整套的程序设计、专业的工艺分析、防患于未然的维修策略以及24小时的服务理念。 巨浪等公司在保证机床产品质量的同时实施创新理念，为客户提供交钥匙工程，帮助用户解决复杂加工的理想方案，这不仅使客户的生产目的得到实现，还提高了企业的市场竞争力。床设计和总体布局合理；在设计中较好解决了B轴偏摆力矩与轴运动补偿的矛盾；设计了有效的运动平衡机构。英国600集团展出的TornadoT8MS型双主轴五轴车铣中心，是典型的单机+自动物流装置的制造单元。由于具有下列世界最先进的性能，它在世界数控车床中的地位，相当于英国造宾利轿车在世界汽车界的顶级地位： 1.具有熄灯生产能力（Lightsout production）。由于配备了全套物料、工件、刀具和切屑管理的硬件和软件，拥有自动监控、自动补偿、自动报警等功能，可以在无人条件下实现一天24小时自动加工。这样一台机床顶3台用，极大提高了生产效率。这种具有熄灯生产能力的机床，今年4月刚刚在英国国际机床展览会首次推出，这次是第一次在我国亮相。 2.具有双稳定结构。由于采用了聚合物混凝土结构，实现了热稳定，能大大减小热变形；机械稳定-高刚度、消除工艺系统振动、导轨永不磨损。因此，机床精度及精度寿命大大提高。至今，国际上也只有美国HARDING、瑞士原SCHAUBLIN公司采用过这种结构，他们的数控车床，曾经是高精度的代名词。 3.具有完全加工能力。由于配备了第二主轴，五轴联动和动力铣镗头，可对带有各种复杂几何结构的回转体零件，完成全部加工。 日本高松公司展出带有自动上下料装置的高精度数控车床，也是典型的柔性制造单元。在回转体汽车零部件加工生产线中，属于世界顶级产品。杭州