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工作臺,也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展,五軸聯動加工中心有高效率、高精度的特點,工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯動的高檔數控系統(tǒng),還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工,更能夠適宜象汽車零部件、飛機結構件等現代模具的加工。立式五軸加工中心這類加工中心的回轉軸有兩種方式:
一、工作臺回轉軸。
設置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉,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臺,在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉,定義為C軸,C軸都是360度回轉。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。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三直線軸實現聯動,就可加工出復雜的空間曲面,當然這需要高檔的數控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設置方式的優(yōu)點是主軸的結構比較簡單,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。
二、依靠立式主軸頭的回轉。
主軸前端是一個回轉頭,能自行環(huán)繞Z軸360度,成為C軸,回轉頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉的A軸,一般可達±90度以上,實現上述同樣的功能。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。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,當刀具中心線垂直于加工面時,由于球面銑刀的頂點線速度為零,頂點切出的工件表面質量會很差,采用主軸回轉的設計,令主軸相對工件轉過一個角度,使球面銑刀避開頂點切削,保證有一定的線速度,可提高表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎,這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度,高檔的回轉軸還配置了圓光柵尺反饋,分度精度都在幾秒以內,當然這類主軸的回轉結構比較復雜,制造成本也較高。
五軸聯動數控是數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術。它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體,應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。五軸聯動數控機床是發(fā)電、船舶、航天航空、模具、高精密儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關鍵加工設備。國際上把五軸聯動數控技術作為一個國家工業(yè)化水平的標志。
國外五軸聯動數控機床是為適應多面體和曲零件加工而出現的。隨著機床復合化技術的新發(fā)展,在數控車床的基礎上,又很快生產出了能進行銑削加工的車銑中心。五軸聯動數控機床的應用,其加工效率相當于兩臺三軸機床,甚至可以完全省去某些大型自動化生產線的投資,大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的周轉運輸時間及費用。市場的需求推動了我國五軸聯動數控機床的發(fā)展,CIMT99展會上,國產五軸聯動數控機床登上機床市場的舞臺。
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