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五軸加工中心的主要分類和回轉(zhuǎn)軸方式介紹
加工中心可分為立式、臥式;三軸、四周和五軸,他們的加工能力也大有區(qū)別,如三軸立式加工中心zui有效的加工面僅為工件的頂面,三軸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)動的數(shù)控系統(tǒng),還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工。
立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式,一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸,一種是主軸回轉(zhuǎn)。
工作臺回轉(zhuǎn)軸,是指設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。工作臺的中間還設有一個回轉(zhuǎn)臺,在圖示的位置上環(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行加工。A軸和C軸zui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(xiàn)聯(lián)動,就可加工出復雜的空間曲面,當然這需要的數(shù)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(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。
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±90度以上,實現(xiàn)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?shù)毒咧行木€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(zhì)量會很差,采用主軸回轉(zhuǎn)的設計,令主軸相對工件轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達到回轉(zhuǎn)的高精度,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),當然這類主軸的回轉(zhuǎn)結構比較復雜,制造成本也較高。
主軸回轉(zhuǎn),其主軸重力向下,軸承高速空運轉(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1,2000r/min以上,實用的zui高轉(zhuǎn)速已達到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)。由于快速進給達到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。
臥式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸也有兩種方式,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。也可對工作臺設置數(shù)控軸,zui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,適應不同加工要求,價格非常具有競爭力。
另一種為傳統(tǒng)的工作臺回轉(zhuǎn)軸,設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*種方式好,常用于加工大型葉輪的復雜曲面。回轉(zhuǎn)軸也可配置圓光柵尺反饋,分度精度達到幾秒,當然這種回轉(zhuǎn)軸結構比較復雜,價格也昂貴。
過去五軸加工中心多為德國、美國、日本、意大利制造,令人欣喜的是國內(nèi)也生產(chǎn)除出了五軸加工中心。如濟南二機床集團公司展出的龍門式五軸聯(lián)動加工中心,工作臺長6m,寬2m,采用立式主軸回轉(zhuǎn),A軸轉(zhuǎn)角±100度,C軸轉(zhuǎn)角±200度,這個龐然大物吸引了許多參觀者,它標志著中國數(shù)控機床工業(yè)達到了*水平。
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