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科德数控教你如何技术性选择五轴数控机床

http://www.machine.hc360.com2017年03月06日19:01 来源:中国机床商务网作者:陈虎、刘立新T|T

    科德数控股份有限公司成立于2008年,为大连光洋科技集团有限公司的全资子公司。公司主营各类五轴设备及相关核心功能部件,拥有200余人的技术研发团队及完善的生产,市场,售后体系为用户提供最优质的服务,科德始终坚持自主创新,致力于各类五轴设备的研发与制造,为用户提供完整的解决方案

    拥有亚洲最大的恒温恒湿地下车间以提供最优质的机加及装配环境及多种类型国外高端先进设备作为加工母机,是专业配套自主化高档数控系统和关键功能部件的高档数控机床制造商。数控产品广泛应用于航天、航空、汽车、医疗等众多领域。科德一直以来奉行“用户第一、员工第二、专精新特、开放包容、永恒卓越、百年永驻”的理念,不断开拓创新,力求成为国内领先、国际知名的智能加工装备供应商与智能制造系统化解决方案服务商。

    数控机床在数字化控制下实现工件与刀具间任意轨迹的相对运动,从而实现各种型面的加工。在实际应用中由于零件复杂程度越来越高,许多零件加工需求能够再一次装卡下尽可能多的完成尽可能多的表面加工,甚至完成复杂凹曲面和异形腔体的加工,于是诞生了五轴机床,既在传统三坐标基础上加入回转坐标,以完成特殊工件和刀具间姿态调整的要求。

    五轴机床实现了工件和刀具间便利的姿态调整,除了可以避免干涉,还可以充分实现刀具更好的切削条件,包括规避刀尖点极低的实际切削线速度,还可以使用更短的刀具进行加工,提升系统刚性,减少刀具的数量,减少专用刀具的应用。由于五轴机床的控制和制造技术的复杂性,此类设备率先用于军工制造领域,包括航空发动机,飞机结构件,舰船引擎,乃至于五轴机床作为国家战略物资被严格监管和限制,由此还演绎出著名的“东芝事件”

    高速切削理论和实践成为机床设计的重要影响趋势!

    高速、高效切削在航空制造业中、有色金属加工中广泛应用,近年来随着刀具材料及涂层技术的进步以及液氮冷却切削等一系列新切削技术的实践,高速加工开始推广到黑色金属、钛合金及难加工材料的切削加工领域。

    有当用户面对这些各种类型的昂贵的五轴加工设备时,常常因繁多的技术炫技造成选择上的困惑。什么结构的五轴数控机床最好?这其实是很难回答的问题,因为不同结构的机床都有其适用的工艺能力和加工范围。如何选择适合零件的五轴机床呢?本文笔者将科德数控股份有限公司五轴数控系统研发和五轴数控机床研发中的一点体会供读者参考。

    高效五轴联动加工机床——属于专机范畴

    受被加工零件的多样性和机床速度、精度及刚度等要素的制约,高效五轴联动加工机床还是一种专用机床,暂时没有通用万能的五轴联动机床出现。因此,设计及选择五轴联动机床首先要从被加工零件及典型加工轨迹开始。

    刀具与零件相对运动轨迹特征:

    ——刀尖点运动轨迹特征:三维空间轨迹。

    ——刀具运动轨迹特征:三维空间矢量运动轨迹。约定了机床五轴复合运动形态,导致高效五轴联动加工机床是专机,而不是通用万能机床。

    刀具运动精度:

    ——零件材质、表面精度、粗糙度和刀具等要素约定了刀具运动精度。

    刀具运动速度:

    ——切削参数、加工效率需求等要素约定刀具运动速度。

    刀具运动空间;

    ——约定了机床尺寸规格。

    五轴联动机床运动轴的分类:2个旋转轴+3个直线轴、3虚拟轴+2直线轴、3虚拟轴+2旋转轴。

    五轴联动机床精度检验

    1、几何精度

    2、定位精度

    3、复合运动精度——常用球头替代刀尖,将五轴空间矢量问题,简化为空间点的轨迹精度来检测和标定。这也与曲面常用球头刀加工相吻合;

    4、工作精度

    5、复合运动精度:我们将五轴联动机床在约定运动速度下达到的轨迹精度称之为“复合运动精度”。其中,它包括机床空间位置精度和空间运动速度精度。

    高速五轴联动机床设计和选择的基本原则

    1、机床结构运动特征是否符合刀具相对零件表面的运动轨迹特征?

    2、机床“复合运动精度”是否满足刀具运动轨迹精度和运动速度要求?

    3、机床尺寸规格是否满足刀具运动轨迹所需空间?

    运动组件轻量化

    运动组件轻量化的技术原则同样适用于五轴机床,以谋求更高的加工速度、加速度、加加速度带来的效能,高动态特性带来的更高的轮廓精度,以及更低的能耗。上述设计理念甚至被大型龙门机床制造厂商接受,这也是轻量化的天车式五轴龙门机床被市场认可的主要原因。

    五轴机床结构选型,也应考虑零件及工装的重量及运动部件合理分配。对于小型零件、轻量零件,工件直接回转和移动的选型;而对于重型零件,大型零件应该考虑主轴参与回转和移动的选型。正确的部署运动部件的质量分配是高效能机床的基因,是实现高效能加工决定性因素。

    回转中心应当尽可能接近切削区域

    (1)摇篮结构加工区域更集中在回转中心附近

    主要加工区域集中在双回转轴中心,在轻量复杂零件加工中效能优势明显,而且占地面积还更加紧凑。

    (2)科德KTurbomill3000叶片专用五轴加工中心的“弯脖”设计

    在叶片加工中,许多厂商采用经典的“弯脖”设计,将主轴提升,使刀尖点尽量接近回转中心。

    (3)45度铣头实现刀尖点接近回转中心

    在摆角铣头中,45度的摆角头设计也很受青睐,也是因为刀尖点距离回转坐标中心更近。尽管此设计不能实现负角度加工也不善于内表面加工。

    (4)加工螺旋桨的五轴龙门铣的双摆头加转台的配置

    传动复杂而价格昂贵的AB摆在航空结构件加工中仍然比AC摆受到欢迎,很重要的原因也是因为AB摆的切削点距离回转中心更近,更易于实现高材料去除效率,尽管扇形传动精度和弧形导轨的导向精度和刚度难于与闭合的整圆比较。

    (5)加工螺旋桨的五轴龙门铣的双摆头加转台的配置

    当回转工作台半径超过一定的尺度,理想的加工方案中,大直径的转台在大多数情况下就没有参与五轴联动的必要,因为重型转台谈不上动态性能。这种情况下往往配置转台加双轴摆头效能更高。

    高精度的空间孔系加工应回避摆角铣头

    五轴加工零件中有很大部分为空间斜面上的孔系加工,例如传动箱体、机匣等。依靠摆角铣头在找正空间姿态后,沿刀具轴线方向的钻孔、镗削、螺纹加工等动作必须依靠多直线轴插补完成,无论机器的几何精度如何好,插补控制的精度如何高,此类插补直线运动精度与单一直线轴导轨约束下直线运动从精度到刚度上都是无法比较的。

    在面向大型、重型零件,不得不选择摆头的情况下,主轴上附加W轴运动可能是昂贵的弥补措施。

    当然有很多情况下,零件的特殊性导致只能选择摆头,例如回转体类零件在车铣复合上的加工,由于零件长回转体特点,只能将车床结构作为首选,也很难配置带W轴运动的摆头。

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