科德數(shù)控教你如何技術(shù)性選擇五軸數(shù)控機(jī)床

　　科德數(shù)控股份有限公司成立于2008年，為大連光洋科技集團(tuán)有限公司的全資子公司。公司主營各類五軸設(shè)備及相關(guān)核心功能部件，擁有200余人的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊及完善的生產(chǎn)，市場，售后體系為用戶提供最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，科德始終堅持自主創(chuàng)新，致力于各類五軸設(shè)備的研發(fā)與制造，為用戶提供完整的解決方案。

　　擁有亞洲最大的恒溫恒濕地下車間以提供最優(yōu)質(zhì)的機(jī)加及裝配環(huán)境及多種類型國外高端先進(jìn)設(shè)備作為加工母機(jī)，是專業(yè)配套自主化高檔數(shù)控系統(tǒng)和關(guān)鍵功能部件的高檔數(shù)控機(jī)床制造商。數(shù)控產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航天、航空、汽車、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域?？频乱恢币詠矸钚杏脩舻谝弧T工第二、專精新特、開放包容、永恒卓越、百年永駐的理念，不斷開拓創(chuàng)新，力求成為國內(nèi)領(lǐng)先、國際知名的智能加工裝備供應(yīng)商與智能制造系統(tǒng)化解決方案服務(wù)商。

　　數(shù)控機(jī)床在數(shù)字化控制下實現(xiàn)工件與刀具間任意軌跡的相對運動，從而實現(xiàn)各種型面的加工。在實際應(yīng)用中由于零件復(fù)雜程度越來越高，許多零件加工需求能夠再一次裝卡下盡可能多的完成盡可能多的表面加工，甚至完成復(fù)雜凹曲面和異形腔體的加工，于是誕生了五軸機(jī)床，既在傳統(tǒng)三坐標(biāo)基礎(chǔ)上加入回轉(zhuǎn)坐標(biāo)，以完成特殊工件和刀具間姿態(tài)調(diào)整的要求。

　　五軸機(jī)床實現(xiàn)了工件和刀具間便利的姿態(tài)調(diào)整，除了可以避免干涉，還可以充分實現(xiàn)刀具更好的切削條件，包括規(guī)避刀尖點極低的實際切削線速度，還可以使用更短的刀具進(jìn)行加工，提升系統(tǒng)剛性，減少刀具的數(shù)量，減少專用刀具的應(yīng)用。由于五軸機(jī)床的控制和制造技術(shù)的復(fù)雜性，此類設(shè)備率先用于軍工制造領(lǐng)域，包括航空發(fā)動機(jī)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，艦船引擎，乃至于五軸機(jī)床作為國家戰(zhàn)略物資被嚴(yán)格監(jiān)管和限制，由此還演繹出著名的東芝事件

　　科德數(shù)控教你如何技術(shù)性選擇五軸數(shù)控機(jī)床

　　高速切削理論和實踐成為機(jī)床設(shè)計的重要影響趨勢!

　　高速、高效切削在航空制造業(yè)中、有色金屬加工中廣泛應(yīng)用，近年來隨著刀具材料及涂層技術(shù)的進(jìn)步以及液氮冷卻切削等一系列新切削技術(shù)的實踐，高速加工開始推廣到黑色金屬、鈦合金及難加工材料的切削加工領(lǐng)域。

　　有當(dāng)用戶面對這些各種類型的昂貴的五軸加工設(shè)備時，常常因繁多的技術(shù)炫技造成選擇上的困惑。什么結(jié)構(gòu)的五軸數(shù)控機(jī)床最好?這其實是很難回答的問題，因為不同結(jié)構(gòu)的機(jī)床都有其適用的工藝能力和加工范圍。如何選擇適合零件的五軸機(jī)床呢?本文筆者將科德數(shù)控股份有限公司五軸數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)和五軸數(shù)控機(jī)床研發(fā)中的一點體會供讀者參考。

　　文章作者：科德數(shù)控陳虎、劉立新

　　高效五軸聯(lián)動加工機(jī)床屬于專機(jī)范疇

　　受被加工零件的多樣性和機(jī)床速度、精度及剛度等要素的制約，高效五軸聯(lián)動加工機(jī)床還是一種專用機(jī)床，暫時沒有通用萬能的五軸聯(lián)動機(jī)床出現(xiàn)。因此，設(shè)計及選擇五軸聯(lián)動機(jī)床首先要從被加工零件及典型加工軌跡開始。

　　刀具與零件相對運動軌跡特征：

　　刀尖點運動軌跡特征：三維空間軌跡。

　　刀具運動軌跡特征：三維空間矢量運動軌跡。約定了機(jī)床五軸復(fù)合運動形態(tài)，導(dǎo)致高效五軸聯(lián)動加工機(jī)床是專機(jī)，而不是通用萬能機(jī)床。

　　刀具運動精度：

　　零件材質(zhì)、表面精度、粗糙度和刀具等要素約定了刀具運動精度。

　　刀具運動速度：

　　切削參數(shù)、加工效率需求等要素約定刀具運動速度。

　　刀具運動空間;

　　約定了機(jī)床尺寸規(guī)格。

　　五軸聯(lián)動機(jī)床運動軸的分類： 2個旋轉(zhuǎn)軸+3個直線軸、3虛擬軸+2直線軸、3虛擬軸+2旋轉(zhuǎn)軸。

　　五軸聯(lián)動機(jī)床精度檢驗

　　1、幾何精度

　　2、定位精度

　　3、復(fù)合運動精度常用球頭替代刀尖，將五軸空間矢量問題，簡化為空間點的軌跡精度來檢測和標(biāo)定。這也與曲面常用球頭刀加工相吻合;

　　4、工作精度

　　5、復(fù)合運動精度：我們將五軸聯(lián)動機(jī)床在約定運動速度下達(dá)到的軌跡精度稱之為復(fù)合運動精度。其中，它包括機(jī)床空間位置精度和空間運動速度精度。

　　高速五軸聯(lián)動機(jī)床設(shè)計和選擇的基本原則

　　1、機(jī)床結(jié)構(gòu)運動特征是否符合刀具相對零件表面的運動軌跡特征?

　　2、機(jī)床復(fù)合運動精度是否滿足刀具運動軌跡精度和運動速度要求?

　　3、機(jī)床尺寸規(guī)格是否滿足刀具運動軌跡所需空間?

　　運動組件輕量化

　　運動組件輕量化的技術(shù)原則同樣適用于五軸機(jī)床，以謀求更高的加工速度、加速度、加加速度帶來的效能，高動態(tài)特性帶來的更高的輪廓精度，以及更低的能耗。上述設(shè)計理念甚至被大型龍門機(jī)床制造廠商接受，這也是輕量化的天車式五軸龍門機(jī)床被市場認(rèn)可的主要原因。

　　五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)選型，也應(yīng)考慮零件及工裝的重量及運動部件合理分配。對于小型零件、輕量零件，工件直接回轉(zhuǎn)和移動的選型;而對于重型零件，大型零件應(yīng)該考慮主軸參與回轉(zhuǎn)和移動的選型。正確的部署運動部件的質(zhì)量分配是高效能機(jī)床的基因，是實現(xiàn)高效能加工決定性因素。

　　回轉(zhuǎn)中心應(yīng)當(dāng)盡可能接近切削區(qū)域

　　(1)搖籃結(jié)構(gòu)加工區(qū)域更集中在回轉(zhuǎn)中心附近

　　主要加工區(qū)域集中在雙回轉(zhuǎn)軸中心，在輕量復(fù)雜零件加工中效能優(yōu)勢明顯，而且占地面積還更加緊湊。

　　(2)科德KTurbomill3000葉片專用五軸加工中心的彎脖設(shè)計

　　在葉片加工中，許多廠商采用經(jīng)典的彎脖設(shè)計，將主軸提升，使刀尖點盡量接近回轉(zhuǎn)中心。

　　(3)45度銑頭實現(xiàn)刀尖點接近回轉(zhuǎn)中心

　　在擺角銑頭中，45度的擺角頭設(shè)計也很受青睞，也是因為刀尖點距離回轉(zhuǎn)坐標(biāo)中心更近。盡管此設(shè)計不能實現(xiàn)負(fù)角度加工也不善于內(nèi)表面加工。

　　(4)加工螺旋槳的五軸龍門銑的雙擺頭加轉(zhuǎn)臺的配置

　　傳動復(fù)雜而價格昂貴的AB擺在航空結(jié)構(gòu)件加工中仍然比AC擺受到歡迎，很重要的原因也是因為AB擺的切削點距離回轉(zhuǎn)中心更近，更易于實現(xiàn)高材料去除效率，盡管扇形傳動精度和弧形導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和剛度難于與閉合的整圓比較。

　　(5)加工螺旋槳的五軸龍門銑的雙擺頭加轉(zhuǎn)臺的配置

　　當(dāng)回轉(zhuǎn)工作臺半徑超過一定的尺度，理想的加工方案中，大直徑的轉(zhuǎn)臺在大多數(shù)情況下就沒有參與五軸聯(lián)動的必要，因為重型轉(zhuǎn)臺談不上動態(tài)性能。這種情況下往往配置轉(zhuǎn)臺加雙軸擺頭效能更高。

　　高精度的空間孔系加工應(yīng)回避擺角銑頭

　　五軸加工零件中有很大部分為空間斜面上的孔系加工，例如傳動箱體、機(jī)匣等。依靠擺角銑頭在找正空間姿態(tài)后，沿刀具軸線方向的鉆孔、鏜削、螺紋加工等動作必須依靠多直線軸插補(bǔ)完成，無論機(jī)器的幾何精度如何好，插補(bǔ)控制的精度如何高，此類插補(bǔ)直線運動精度與單一直線軸導(dǎo)軌約束下直線運動從精度到剛度上都是無法比較的。

　　在面向大型、重型零件，不得不選擇擺頭的情況下，主軸上附加W軸運動可能是昂貴的彌補(bǔ)措施。

　　當(dāng)然有很多情況下，零件的特殊性導(dǎo)致只能選擇擺頭，例如回轉(zhuǎn)體類零件在車銑復(fù)合上的加工，由于零件長回轉(zhuǎn)體特點，只能將車床結(jié)構(gòu)作為首選，也很難配置帶W軸運動的擺頭。