| 五軸加工中心的分類及其機(jī)床結(jié)構(gòu) |
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實現(xiàn)超精密加工基本條件超精密加工的市場需求呈現(xiàn)出如下的特點(diǎn)超聲振動研磨PCD材料的去除機(jī)理超聲振動研磨試驗及結(jié)果分析超精密加工滾動軸承安裝常見知識問答機(jī)床生產(chǎn)廠的裝配工藝問題機(jī)械部分的修復(fù)稀油集中潤滑系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)和步驟防止霧化的添加劑。 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(zhuǎn)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，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。 2、立式五軸加工中心的結(jié)構(gòu) 一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，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(shè)有一個回轉(zhuǎn)臺，環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360度回轉(zhuǎn)。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(jìn)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(xì)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(xiàn)聯(lián)動，配置高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件就可加工出復(fù)雜的空間曲面。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)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(shè)計太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)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。 另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。主軸前端是一個回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般可達(dá)±90度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設(shè)計的非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計還有一大優(yōu)點(diǎn)：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當(dāng)?shù)毒咧行木垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為零，頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個角度，使球面銑刀避開頂點(diǎn)切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內(nèi)，這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本較高。 立式加工中心的主軸重力向下，軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)的徑向受力是均等的，回轉(zhuǎn)特性很好，因此可提高轉(zhuǎn)速，一般高速可達(dá)1,2000r/min以上，實用的最高轉(zhuǎn)速已達(dá)到4,0000轉(zhuǎn)。主軸系統(tǒng)都配有循環(huán)冷卻裝置，循環(huán)冷卻油帶走高速回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度，再流回主軸系統(tǒng)。X、Y、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級以內(nèi)。由于快速進(jìn)給達(dá)到40～60m/min以上，X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同主軸系統(tǒng)一樣，由經(jīng)過制冷的循環(huán)油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量。 3、臥式五軸加工中心的結(jié)構(gòu) 一種是臥式主軸擺動作為一個回轉(zhuǎn)軸，再加上工作臺的一個回轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工。這種設(shè)置方式簡便靈活，如需要主軸立、臥轉(zhuǎn)換，工作臺只需分度定位，即可簡單地配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉(zhuǎn)換配合工作臺分度，對工件實現(xiàn)五面體加工，制造成本降低，又非常實用。也可對工作臺設(shè)置數(shù)控軸，最小分度值0.001度，但不作聯(lián)動，成為立、臥轉(zhuǎn)換的四軸加工中心，適應(yīng)不同加要求，價格具有競爭力。 另一種為傳統(tǒng)的工作臺回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺A軸一般工作范圍+20度至-100度。工作臺的中間也設(shè)有一個回轉(zhuǎn)臺 B軸，B軸可雙向360度回轉(zhuǎn)。這種臥式五軸加工中心的聯(lián)動特性比第一種方式好，常用于加工大型葉輪的復(fù)雜曲面。 目前臥式加工中心工作臺可以做到大于1.25m2，對第一種五軸設(shè)置方式?jīng)]有什么影響。但是第二種五軸設(shè)置方式比較困難，因為1.25m2的工作臺做A軸的回轉(zhuǎn)，還要與工作臺中間的B軸回轉(zhuǎn)臺聯(lián)動確實困難。臥式加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般在10,000rpm以上，由于臥式設(shè)置的主軸在徑向有自重力，軸承高速空運(yùn)轉(zhuǎn)時徑向受力不均等，加上還要采用較大的BT50刀柄，一般最高可達(dá)20,000rpm。臥式加工中心快速進(jìn)給達(dá)到30～60m/min以上，主軸電機(jī)功率22-40KW以上，刀庫容量按需要可從40把增加到160把，加工能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般立式加工中心，是重型機(jī)械加工的首選。 4、立式及臥式五軸加工中心應(yīng)考慮交換臺及柔性線 加工中心大多可設(shè)計成雙工作臺交換，當(dāng)一個工作臺在加工區(qū)內(nèi)運(yùn)行，另一工作臺則在加工區(qū)外更換工件，為下一個工件的加工做準(zhǔn)備，工作臺交換的時間視工作臺大小，從幾秒到幾十秒即可完成。設(shè)計的加工中心應(yīng)考慮到結(jié)構(gòu)上要適合組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產(chǎn)線（FMS），模塊式制造單元一般至少有兩臺加工中心和四個交換工作臺組成，加工中心全部并排放置，交換工作臺在機(jī)床前一字形排開，交換工作臺多的可以排成兩行、甚至雙層設(shè)計。兩邊各有一個工位作為上下工件的位置，其余工位上的交換工作臺安裝著工件等待加工，有一輛小車會按照系統(tǒng)指令，把裝著工件的交換工作臺送進(jìn)加工中心，或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺，送到下一個工位或直接送到下料工位，完成整個加工操作。柔性生產(chǎn)線除了小車、交換工作臺之外，還有統(tǒng)一的刀具庫，一般會有幾百把刀具，在系統(tǒng)中存入刀具的身份編碼信息，再通過刀具輸送系統(tǒng)送進(jìn)加工中心，并把用完的刀具取回，柔性生產(chǎn)線往往還需要一臺FMS的控制器來指揮運(yùn)行。 5、其它五軸機(jī)床結(jié)構(gòu) 五軸加工機(jī)床與一般機(jī)床的最大區(qū)別在于它除了具有通常機(jī)床的三個直線坐標(biāo)軸外，還有至少2個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，而且可以五軸聯(lián)動加工。 而五軸加工機(jī)床之間的區(qū)別，除了有立式、臥式之分外，則主要還在于他們實現(xiàn)五軸運(yùn)動的結(jié)構(gòu)型式和五個運(yùn)動的分配(配置)上。一般而言，五軸機(jī)床有三種結(jié)構(gòu)型式和三種運(yùn)動配置方式，這兩者的組合，就可以得到有9種可能的五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)類型。為便于敘述，我們分別用Aij來代表各種不同的結(jié)構(gòu)類型，如下所示。 運(yùn)動配置方式：1、五個運(yùn)動全在刀具側(cè) A11 A21 A31 2、五個運(yùn)動全在工件側(cè) A12 A22 A32 3、五個運(yùn)動分配在刀具和工件側(cè) A13 A23 A33 結(jié)構(gòu)形式：1、傳統(tǒng)(串連)結(jié)構(gòu) 2、并聯(lián)結(jié)構(gòu) 3、串、并(混)聯(lián)結(jié)構(gòu) 五軸機(jī)器的五個軸通常是由三個直線軸外加一個回轉(zhuǎn)軸和一個擺動軸組成的，其結(jié)構(gòu)方式卻有很大差別。不同的結(jié)構(gòu)形式會使機(jī)床在剛性、動態(tài)性能和精度穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生一些差異。立式五軸聯(lián)動機(jī)床根據(jù)擺動軸的擺動方式分為兩類，一類是主軸頭擺動，另一類是工作臺擺動。頭擺機(jī)床在加工的時候，主軸、刀具都要聯(lián)動擺動，使得主軸的剛性相對較差，加工效率相對較低；頭擺的情況下，刀具的長度影響擺臂長度，誤差會隨刀具的長度增長而增大，加工精度會隨刀具長度的增長而降低；在加工孔的時候，進(jìn)給方向和刀具的回轉(zhuǎn)中心會發(fā)生偏離，不可避免出現(xiàn)楔形孔，也就說產(chǎn)生位置誤差的同時，還會產(chǎn)生形狀誤差；并且，主軸擺動角度時會在擺動平面內(nèi)吃掉行程，從而導(dǎo)致在五軸加工時能夠加工的最大工件尺寸變小。
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