浅谈五轴数控加工技术
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五轴联动加工五轴联动加工是一种先进的加工方法,可以在不改变工件位置的情况下实现多个轴向的同时运动,从而实现更加复杂的加工操作。
这种加工方法不仅提高了加工效率,还可以实现更高的加工精度和表面质量,广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工等领域。
在传统的数控加工中,通常需要通过多次机床的切削操作来完成复杂的工件加工。
然而,这种方法存在加工效率低、加工精度不高等缺点。
而五轴联动加工则可以通过同时控制五个轴向的运动,将加工操作精确地集中在一个工件上,从而提高加工效率和精度。
五轴联动加工中的五个轴分别为X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴。
其中,X、Y和Z轴用于控制工件在三个平面上的移动,A轴和C轴用于控制工件的旋转。
通过这五个轴的联动运动,可以实现复杂曲面的高效加工。
五轴联动加工的优势主要有以下几个方面:1. 加工精度高:通过五轴联动加工,可以实现更加复杂的切削路径,从而提高加工精度,保证工件的几何形状和尺寸的精确性。
2. 加工效率高:五轴联动加工可以同时进行多个切削操作,节省了加工时间,提高了生产效率。
同时,通过合理的工艺规划和刀具选择,还可以减少刀具的换刀次数,进一步提高加工效率。
3. 加工范围广:五轴联动加工适用于各类复杂曲面的加工,无论是曲线、曲面还是螺旋等形状,都可以通过合理的程序控制实现精确加工。
4. 刀具寿命长:五轴联动加工可以通过调整刀具的切削角度和角度补偿等方式,减小切削力和热变形,降低刀具磨损,延长刀具的使用寿命。
5. 工件表面质量高:五轴联动加工可以通过合理的刀具路径和切削参数设置,减少刀痕和毛刺,提高工件的表面质量。
然而,五轴联动加工也面临一些挑战和限制。
首先,五轴联动加工的编程难度较大,需要设计师具备丰富的刀具路径规划和编程经验。
其次,由于机床结构和刀具形状等因素的限制,五轴联动加工可能无法适应所有工件的加工需求。
此外,五轴联动加工的设备和刀具成本较高,需要投入较多的资金。
为了克服这些挑战和限制,可以采取一些改进措施。
5轴加工中心5轴加工中心是一种先进的数控机床,具有多轴可同时运动的能力,能够进行复杂的零件加工。
它由加工机身、控制系统、刀具库和工作台等组成,通过不同轴的运动来实现多种复杂的加工操作。
首先,5轴加工中心具有更大的加工空间。
传统的3轴加工中心只能在x、y、z轴上进行运动,而5轴加工中心还增加了a轴和c轴的运动能力,使得加工中心的加工范围更广。
这使得5轴加工中心非常适用于加工复杂的曲面和立体零件。
此外,5轴加工中心还具有更高的加工精度。
由于有更多的运动轴,5轴加工中心能够以更多的角度对工件进行加工,从而实现更精细的加工。
这对于一些高精度的行业,如航空航天和医疗器械制造等非常重要。
另外,5轴加工中心还具有更高的加工效率。
它可以在一个夹持定位的情况下完成多个加工步骤,而无需移动工件或更换刀具。
这样可以大大节省加工时间,并提高生产效率。
同时,由于其高精度加工能力,也可以减少加工过程中的废料,进一步提高效率。
此外,5轴加工中心还具有更大的灵活性。
由于具有多轴运动能力,它可以应对各种复杂的加工需求。
无论是进行复杂曲面零件的加工,还是进行螺纹和孔加工,都能轻松应对。
这为制造业提供了更多的可能性,并能够满足市场对高品质和高精度零件的需求。
然而,5轴加工中心也存在一些挑战。
首先,由于其结构更为复杂,维护和保养成本较高。
这需要有专业的技术维护人员定期进行检修和维护。
其次,5轴加工中心的购买成本较高,对于一些中小型企业来说可能存在一定的经济压力。
总的来说,5轴加工中心是一种先进的数控机床,具有更大的加工空间、更高的加工精度、更高的加工效率和更大的灵活性。
它在制造业中的应用越来越广泛,可以满足市场对高品质和高精度零件的需求。
虽然存在一些挑战,但随着技术的不断发展和成本的下降,5轴加工中心的应用前景仍然十分广阔。
五轴数控机床加工精度控制技术研究五轴数控机床是一种高精度加工设备,它可以通过旋转和倾斜等方式来实现任意角度下的加工操作。
这种机床的出现使得加工过程变得更加精细,也拓宽了加工的范围和难度。
然而,五轴数控机床的高精度加工并非易事。
一方面,它需要高精度的机器结构和零件配合;另一方面,还需要先进的控制技术来保证加工的精度和稳定性。
现在,五轴数控机床加工精度控制技术的研究已经成为一个热门话题,针对不同的加工作业和材料,科研人员们正在探索并推进新的加工控制技术。
首先,五轴数控机床的高精度加工离不开先进的加工控制算法。
传统的加工算法多为简单形状的数学公式,无法应对复杂零件的加工需求。
因此,科研人员们正致力于开发智能化的加工控制算法,利用常规的加工数据和模拟技术,配合人工智能的算法来提升加工精度和效率。
其次,五轴数控机床加工精度控制技术对于刀具、夹具等加工设备的精度要求也十分高。
一旦刀具或夹具出现偏差,就会直接影响加工的质量和效率。
为此,科研工作者们研制出了一系列新型的精密刀具和夹具,运用激光的精密加工和复合材料技术等手段来提升设备精度。
这也为五轴数控机床的高精度加工提供了坚实的硬件保障。
此外,五轴数控机床的高精度加工还需要高速、高分辨率的感应器,以及冷却液、灯具和过滤系统等配套设施。
这些设备的应用,可以在一定程度上提高五轴数控机床的加工精度和可靠性。
最后,归纳三点内容,五轴数控机床加工精度控制技术的研究是一个完整的系统工程,需要从多个角度和方向上进行优化。
需要利用现代科技手段,将机器结构、加工控制算法、刀具、夹具、传感器、冷却液、灯具和过滤系统等应用起来,以期在高精度加工中达到卓越的效果。
总之,五轴数控机床加工精度控制技术的研究一直在紧锣密鼓进行中,各种创新性的技术正在不断涌现。
只要科研人员们继续探索、实验,尝试新的思路和方法,就能为五轴数控机床的高精度加工带来更多的惊喜和突破。
五轴加工工艺的特点五轴加工工艺是一种现代制造技术,通过同时控制机床的五个轴向(X、Y、Z、A、B轴)来完成对工件的加工。
它相对于传统的三轴加工具有许多独特的特点和优势。
本文将深入探讨五轴加工工艺的特点,以帮助读者更全面地理解这一先进的制造技术。
一、灵活性和多功能性五轴加工工艺具备极高的灵活性和多功能性,使得它可以适应各种复杂形状的零件加工。
传统的三轴加工技术只能在一个平面内进行加工,而五轴加工则能够以各种角度和方向来切削工件,使得加工能力和精度得到了显著提升。
这种灵活性和多功能性使得五轴加工工艺在航空航天、船舶制造、汽车工业等领域得到了广泛应用。
二、高效和精确性五轴加工工艺能够通过一次装夹完成复杂形状工件的加工,避免了多次重复装夹的过程,提高了加工效率。
五轴加工可以减少机床和刀具的运动次数,减小了加工误差,提高了加工的精确性。
这对于一些对尺寸和形状要求极高的零件加工尤为重要。
三、加工时间短五轴加工工艺能够通过多轴协同工作,有效地减少了切削路径的长度,缩短了加工时间。
与传统的三轴加工相比,五轴加工可以在更短的时间内完成相同的加工任务,提高了生产效率。
四、适应复杂曲面加工由于五轴加工工艺可以在各种角度和方向上进行切削,因此它非常适合于复杂曲面的加工。
传统的三轴加工无法满足对复杂曲面零件的要求,而五轴加工则能够通过调整刀具的姿态来适应各种曲面形状,实现高质量的加工。
五、刀具寿命长五轴加工工艺可以通过优化刀具路径和切削参数,减少切削力和摩擦,延长刀具的使用寿命。
相比传统的三轴加工,五轴加工具有更少的切削冲击和切削轴向变化,降低了刀具的磨损和断刀的风险,提高了刀具的经济效益。
总结回顾:五轴加工工艺具有灵活性和多功能性、高效与精确性、短加工时间、适应复杂曲面加工以及长刀具寿命等特点。
它在现代制造领域中发挥着越来越重要的作用,并为相关产业的发展提供了新的技术支持。
随着科技的不断进步,五轴加工工艺将继续发展和完善,为制造业的创新和进步带来更多的机遇与挑战。
五轴加工技术在CNC机床中的应用CNC(计算机数控)机床是一种高精度、高效率的机械加工设备,被广泛应用于制造业。
而在CNC机床中,五轴加工技术的应用更是为加工行业带来了重大的进展。
本文将探讨五轴加工技术在CNC机床中的应用,并介绍其在制造业中的优势和挑战。
一、五轴加工技术的概述五轴加工技术是指可以通过同时调节工件在三维空间中的转动轴与切削工具在X、Y、Z三个方向上的移动轴,使得工件可以在多个角度和方向上被加工的一种先进的加工方法。
相较于传统的三轴或四轴加工技术,五轴加工技术可以更加灵活地处理复杂形状和曲面的工件,提高加工的精度和效率。
二、五轴加工技术在CNC机床中的应用1. 复杂零件加工:五轴加工技术可以轻松应对复杂零件的加工需求,尤其是那些形状复杂或曲面复杂的工件。
通过合理的摆放和调整切削工具的角度,可以高效、精确地加工出符合要求的产品。
2. 提高加工精度:五轴加工技术可以在一次装夹的情况下完成多个面的加工,减少了加工误差的累积,并且操作更加简便快捷。
这使得加工精度得到了显著的提高,能够满足更高要求的工件加工需求。
3. 减少加工时间:五轴加工技术的使用可以显著缩短加工周期,提高生产效率。
例如,在加工螺旋面或倒角时,可以通过五轴同时加工,避免重新夹紧工件的时间成本和误差风险,提高整体生产效率。
4. 扩展加工能力:五轴加工技术使CNC机床能够更好地应对多种形状、多角度的加工需求。
无论是复杂的曲面加工,还是异形零件的制造,五轴加工技术都能够帮助制造者更好地实现设计要求。
三、面临的挑战尽管五轴加工技术在CNC机床中有着许多优势,但也面临一些挑战。
其中一些主要的挑战包括:1. 设备成本较高:五轴加工技术相比传统的三轴或四轴加工技术,需要更多的机械结构、逻辑控制和软件支持,这增加了设备的成本。
这对于中小型企业来说,可能是一大考验。
2. 编程和操作的难度:五轴加工技术需要更高级的编程和操作技能。
操作人员需要具备更深入的理解和经验,以便在实际操作中能够正确设置刀具路径和坐标轴旋转轴。
五轴加工实训总结五轴加工是一种高级的数控加工技术,通过同时控制工件在三个旋转轴和两个线性轴上的运动,可以完成复杂零件的加工。
在本次五轴加工实训中,我深刻体会到了这项技术的重要性和优势。
在实训中,我们学习了如何正确使用五轴数控机床进行加工。
通过调整工件在不同轴上的运动轨迹和切削工具的位置,我们可以实现各种复杂曲面的加工,提高加工效率和精度。
同时,五轴加工还可以减少工件的夹持次数和夹持误差,提高加工的稳定性和一致性。
五轴加工实训让我深刻体会到了团队合作的重要性。
在实训中,每个人都扮演着不同的角色,有的负责编写加工程序,有的负责调试机床参数,有的负责监控加工过程。
只有团队成员密切合作,才能确保加工任务顺利完成。
通过团队合作,我们不仅提高了工作效率,还增强了相互间的沟通和协调能力。
五轴加工实训还让我意识到了安全生产的重要性。
在操作五轴数控机床时,我们必须严格遵守操作规程,佩戴好防护装备,确保人身安全。
同时,还要定期检查机床设备的运行状态,及时发现和排除安全隐患。
只有做好安全生产工作,才能保障工作人员的生命安全和身体健康。
通过这次五轴加工实训,我不仅掌握了五轴加工技术的基本原理和操作方法,还提升了自己的实际操作能力和团队合作意识。
在今后的工作中,我将继续努力学习,不断提高自己的专业技能,为企业的发展贡献自己的力量。
总的来说,五轴加工实训是一次难得的学习机会,让我受益匪浅。
通过实际操作,我深刻理解了五轴加工技术的重要性和应用范围,也认识到了团队合作和安全生产的重要性。
我相信,在不断的学习和实践中,我一定能够成为一名优秀的五轴加工技术人员,为企业的发展做出更大的贡献。
【本文来源网络整理】。
五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法五轴联动数控加工是一种高精度、高效率的加工方式,可以实现对复杂曲面的加工。
在五轴联动数控加工中,刀具轨迹控制算法起着至关重要的作用,决定了加工精度和效率。
本文将介绍几种常见的刀具轨迹控制算法,并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 五轴联动数控加工概述五轴联动数控加工是指在数控加工机床上,通过同时控制五个坐标轴的运动,实现对工件的加工。
相比于传统的三轴加工,五轴联动可以更加灵活地加工复杂曲面,提高加工质量和效率。
2. 刀具轨迹控制算法的作用刀具轨迹控制算法是五轴联动数控加工中的关键技术之一。
它可以根据工件的三维模型和加工要求,计算出刀具在加工过程中的运动轨迹,从而实现精确的加工。
刀具轨迹控制算法的好坏直接影响加工精度和效率。
3. 刀具轨迹控制算法的分类刀具轨迹控制算法可以分为两类:离散点算法和曲线插补算法。
离散点算法是指将工件曲面离散化为一系列离散点,然后通过逐点加工来实现曲面加工。
常见的离散点算法有直线连接法、圆心法和切点法等。
这些算法简单直观,适用于加工简单曲面。
曲线插补算法是指根据工件的曲线方程和刀具半径,通过插补计算出刀具的运动轨迹。
常见的曲线插补算法有圆弧插补法、曲线插补法和样条插补法等。
这些算法可以实现对复杂曲面的高精度加工。
4. 圆弧插补算法圆弧插补算法是五轴联动数控加工中最常用的一种刀具轨迹控制算法。
它通过计算刀具半径和工件曲线的切向方向,确定刀具的圆弧插补路径。
圆弧插补算法具有计算简单、加工效率高的优点,适用于多数加工场景。
5. 曲线插补算法曲线插补算法是一种更加精细的刀具轨迹控制算法,可以实现对复杂曲面的高精度加工。
曲线插补算法通过计算刀具在曲线上的切向方向和曲率,确定刀具的插补路径。
与圆弧插补算法相比,曲线插补算法需要更复杂的计算和控制,但可以实现更高的加工精度。
6. 样条插补算法样条插补算法是一种基于数学样条曲线的刀具轨迹控制算法。
它通过计算曲面上的样条曲线,将刀具的运动路径进行插补。
五轴加工中心的原理
五轴加工中心是一种高精度的数控机床,其原理是通过同时对工件进行五个轴向的切削加工,实现复杂零件的高效加工。
这五个轴分别是X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴。
X轴、Y轴和Z轴分别对应着水平、垂直和纵向运动,用来控制工件在平面和立体空间内的位置。
A轴和C轴则是用来控制工件的旋转。
A轴是绕工件X轴旋转,可以实现水平面的多方位加工;C轴是绕Z轴旋转,可以实现立体空间内的任意角度加工。
五轴加工中心通过这五个轴的组合运动,可以同时进行多个加工动作,如铣削、钻孔、镗孔、螺纹攻丝等。
相比于传统的三轴加工中心,五轴加工中心具有更高的加工精度和加工效率,尤其适用于复杂曲面的加工。
五轴加工中心借助计算机控制系统,可以根据预先编程的加工路径和加工参数,实现自动化的加工过程。
操作人员只需通过操作界面输入指令,机床就能按照要求进行高精度的切削加工。
除了常见的金属材料,五轴加工中心还可以加工非金属材料,如塑料、复合材料等。
它广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、电子电器等行业,满足高精度零件的生产需求。
五轴加工中心原理
五轴加工中心是一种先进的数控机床,它的原理是通过同时控制五个方向的运动,即X轴、Y轴、Z轴和两个旋转轴(A轴
和C轴),来实现对复杂工件的加工。
在加工过程中,工件被夹持在工作台上,并通过刀具来切削和加工。
通过控制X、Y、Z轴的运动,可以实现工件在平面内
的移动和上下移动。
同时,通过控制A轴和C轴的旋转,可
以使工件在不同方向上进行旋转。
通过这五个方向的联合运动,五轴加工中心可以灵活地切削工件的任意曲面。
五轴加工中心利用数控系统来控制各个轴的运动。
数控系统根据预先编好的加工程序,通过计算机控制各个轴的步进电机或伺服电机的运动,从而实现对工件加工的控制。
同时,数控系统还可以通过传感器对加工过程中的刀具位置进行实时监测,确保加工的精度和质量。
五轴加工中心的运动精度和稳定性对加工质量有着重要影响。
为了保证五轴加工中心的高精度加工,机床结构和传动系统需要具备足够的刚性和稳定性。
同时,对于数控系统的控制算法和参数调节也需要精心设计,以确保刀具的轨迹和工件表面的加工精度。
总之,五轴加工中心通过同时控制五个方向的运动,可以实现对复杂曲面工件的高精度加工。
这种机床在航空航天、汽车制造、模具制造等领域有着广泛的应用前景,对提高加工效率和产品质量具有重要意义。
五轴数控加工3D刀具补偿及其后置处理方法全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:随着制造业技术的不断进步,数控加工技术已经成为制造业中不可或缺的重要环节。
而在数控加工中,五轴数控加工技术由于其能够完成更为复杂、精密的加工工艺,受到了越来越多制造企业的青睐。
在五轴数控加工中,3D刀具补偿是一个至关重要的环节,它能够帮助提高加工质量和效率。
本文将从五轴数控加工3D刀具补偿的基本原理、常用方法以及后置处理方法等方面进行介绍。
一、五轴数控加工3D刀具补偿的基本原理1.1 3D刀具补偿的概念3D刀具补偿是指在数控加工过程中,通过对刀具轨迹进行补偿,使得实际加工轨迹与设计轨迹保持一致,从而达到精确加工的目的。
在五轴数控加工中,由于加工对象通常是复杂曲面或立体结构,因此需要对刀具轨迹进行三维补偿,以确保加工精度。
1.2 刀具轨迹误差的原因在五轴数控加工中,刀具轨迹误差主要受到机床动态响应、刀具偏心、刀具长度变化等因素的影响。
这些因素会导致实际加工轨迹偏离设计轨迹,从而影响加工精度和表面质量。
在实际加工中,通过对刀具轨迹进行3D补偿,可以对刀具偏差、刀具长度变化等进行校正,从而使实际加工轨迹更加接近设计轨迹。
常用的方法包括刀具半径补偿、刀尖补偿、刀具长度补偿等。
刀具半径补偿是指通过对刀具轨迹进行半径方向的补偿,以校正刀具切削半径偏差。
在五轴数控加工中,刀具通常以不同的姿态进行切削,因此需要根据刀具当前姿态对刀具轨迹进行三维补偿。
刀具半径补偿是常用的3D刀具补偿方法之一。
2.2 刀尖补偿在数控编程中,对刀具补偿的参数进行正确设置是保证加工质量的关键。
根据刀具类型、刀具位置、加工轨迹等因素,正确设置刀具补偿参数,可以有效提高加工精度和效率。
通过对刀具轨迹进行优化,可以减小刀具加工轨迹误差,提高加工精度。
在五轴数控加工中,刀具轨迹优化是一种常用的后置处理方法,通过对刀具轨迹进行优化,可以有效提高加工质量。
3.3 加工参数优化在实际加工中,调整加工参数也可以对刀具补偿效果进行优化。
浅谈五轴数控加工技术1 概述众所周知,数控机床是当今现代化工厂的主要制造设备,数控技术是先进制造技术的关键技术,传统加工正在被数控加工逐步取代,数控加工技术水平已成为反映一个国家先进制造技术的重要指标之一。
五轴联动加工中心代表了数控机床的最高水平,反映了一个国家的装备制造业的发展水平。
我国的数控装备经过六十多年的发展,在许多项技术取得很大的进步,但在高端数控加工装备制造方面基础还比较薄弱,在多轴联动加工软件平台和数据库开发方面还落后于世界先进水平,需进一步提升。
五轴数控加工应用非常广泛,主要应用在航空航天、水利水电、轮船等高端产品的核心部件的制造,例如具有复杂曲面结构的航空发动机大型整体叶轮、水利水电设备中的发电机转子制造,汽车发动机中的涡轮以及模具制造等领域。
这些零件都是相关产品的核心部件,直接影响产品的性能和质量。
在西方装备制造业较发达的国家,为提高生产效率,五轴联动加工中心在制造业的各领域已得到广泛应用。
如今,随着现代产品质量的提高,要求零件数量减少的同时还要求零件精度的提高,这就使得结构一体化的复杂异形件零件的需求量越来越大,其交货时间越来越短,鉴于五轴联动加工中心的加工优势以及五轴联动加工中心价格的降低,五轴联动加工中心将在加工制造各领域得到广泛推广。
因此,开展五轴加工技术的研究非常有必要和意义重大。
2 五轴数控加工所谓的五轴数控加工是指能同时控制五个以上坐标轴的联动的数控加工,其中包括三个直线轴(XYZ)和两个旋转轴(ABC三个旋转轴中的两个)。
五轴加工将各种加工功能组合在一起后,实现工件在一次装夹后,完成对多个面的铣、镗、钻等多道工序的加工,有效地避免了多次装夹产生的误差,缩短了生产周期,提高零件质量。
随着结构复杂产品的广泛应用,要求数控设备具有更高的加工能力和加工效率,由此,五轴数控加工技术得到了广阔的发展领域。
五轴数控加工的特点有:刀具可以进入型腔内部,加工三轴加工不到的部位,这种模式有利于采用短刀具加工零件的侧壁和型腔,提高刀具的刚性,减小振动,提高零件的精度;减少工装夹具数量和占地面积;减少基准转换,提高加工精度;缩短新产品研发周期;缩短生产过程链,简化生产管理。
五轴加工按照联动轴数的不同,可以分为“3+2”、“4+1”、五轴联动加工三种模式。
2.1 “3+2”轴加工模式“3+2”加工是五轴加工的常用模式,它指的是在五轴加工过程中,在两个旋转轴(ABC中的两个)的矢量方向确定后,3个直线轴(XYZ)做三轴联合运动完成零件加工的方式。
这种加工模式能够提高生产效率,减少装夹次数,避免零件的安装误差。
这种加工模式在加工箱体、模具零件的底部或侧壁时,可使用短刀具加工提高加工刚性。
在进行“3+2”五轴加工模式时,先要建立定位坐标系,然后确定机床的旋转轴后在进行零件的定位加工,在斜面上加工孔时,采用这种加工模式,体现出很高的效率。
“3+2”模式的五轴加工编程相对简单,对五轴机床的磨损小(旋转轴的使用寿命比直线的使用寿命低)。
“3+2”模式的五轴加工不足是:加工时两个向量之间存在加工界限,在精度不高的五轴机床上加工时会产生“台阶”,而五轴联动加工则可以避免。
2.2 “4+1”轴加工模式“4+1”轴加工指的是:在进行五轴加工时,一个旋转轴(ABC轴中的一个)角度确定,剩下的三个直线轴加一个旋转运动轴可同时做联合运动完成零件的加工。
这种五轴加工模式适合加工近似回转体类的零件。
在保证刀具不干涉的情况下使用采用“4+1”轴加工可以减少零件装夹次数,提高生产效率,提高零件的加工精度。
2.3 五轴联动加工五轴联动加工指五个运动轴(包括XYZ三个直线轴和ABC中的两个旋转轴)同时运动对零件进行加工的一种模式。
在进行五轴联动加工时,可对加工过程中的刀具轴线方向进行优化,改变刀轴的矢量方向,保证在整个刀具路径上都可保持最高效的切削模式,具有连续性,没有加工的接刀痕迹,表面粗糙度好等优点。
五轴联动加工不仅能控制加工误差,而且能提高零件表面质量,同时可根据工艺要求,均匀地切除复杂曲面材料,这样就能有效控制工件的应力和热变化。
例如在加工螺旋桨、航空发动机的整体叶轮时都需用到五轴联动加工保证产品的质量和精度。
以上三种加工模式如图1所示:3+2轴加工 4+1轴加工五轴联动加工图1 五轴加工模式3 五轴加工的关键技术要加工出高质量的五轴零件需要有先进的五轴设备、高效的五轴编程软件和合理的五轴加工工艺,三者缺一不可。
具体操作流程为:根据加工条件,用CAD/CAM软件完成零件的三维造型及刀路设置,根据机床性能后置处理生成数控程序;然后应用仿真软件进行欠切、过切、碰撞检测以及试切削;最后操作五轴机床完成零件的加工。
3.1 五轴机床五轴数控机床相对于三轴数控机床来说,不仅仅是增加两个旋转轴的问题,它在算法、控制技术上有着很大的提升,其关键技术包括主轴速度、驱动技术和控制技术,这些参数影响了五轴数控机床的加工范围和加工精度。
3.1.1 主轴速度。
五轴数控机床在复杂异形件时,经常需要用到小直径刀具来提高零件表面质量,为此需要主轴具有较高的转速。
如今五轴机床的主轴大多都采用电主轴(主轴速度基本保持在20000~50000r/min)来提高效率,减少能量损耗。
在细微铣削(铣刀直径一般采用0.1~2mm)加工过程中,需要机床具备更高的主轴转速。
3.1.2 驱动技术。
在进行复杂曲面加工时,经常需要对五轴机床的主轴转速和角度进行制动和变速以适应各种型面的加工。
为达到在较高的进给速度或在短距离的走刀路径上,平稳地加工零件的轮廓,这就要求设备具有很高的主轴加速度。
因此,在五轴加工过程中,主轴的加速度将控制着零件的加工精度和刀具的寿命。
目前,普通的加工中心基本都是采用伺服电机和滚珠丝杠来驱动直线轴运动,但对于高端数控设备现已开始采用直线电机,如德国DMU公司的DMC75VLinear高速五轴加工中心。
直线电机的优点包括:可简化机床结构,减去机床中将回转运动转换为直线运动的机械传动部件,减少能量损耗,从而有效提高零件加工精度,保证各轴的动态性能及移动线速度的稳定性。
如今,大部分的五轴联动加工中心基本都采用转矩电机来控制主轴头和回转工作台的运动和摆动。
转矩电机是一种同步电机,属于直接驱动装置机构,它在转子上固定有需要驱动的零部件,这样就能尽量减少机械传动零部件。
转矩电机的伺服响应灵敏,输出扭矩大、无传动间隙、无零件间的接触传动(避免磨耗)等特点,其角速度是传统蜗轮蜗杆机构的6倍以上,在驱动主轴头摆动的加速度可达3g以上。
采用转矩电机替代传统的机械传动结构可以将设备简化,减少零部件数量,提高传动效率,同时提高整个机构运行的稳定性,从而提高零件的加工质量和效率。
3.1.3 控制技术。
五轴联动加工就是要实现5个运动轴的同时运动,完成零件的加工。
由于旋转运动轴的存在,导致坐标系是运动变化的,使得编程算法比三轴机床的算法复杂很多,各种插补运算量庞大,同时细微的旋转坐标轴误差将导致很大的加工误差。
为此,要求五轴联动加工中心数控系统具备强大的控制和伺服能力以及高效的运算速度和控制精度,同时还要求系统具备良好的刀轴中心点控制管理能力,实现刀具长度补偿和刀具半径补偿,从而实现圆柱面和倾斜工作面的高效加工。
目前在五轴联动加工中,常用的数控系统有:德国Siemens公司的Siemens840D和Heidenhain公司的iTNC530,它们广泛应用于各种高端的数控设备中。
3.2 五轴加工工艺五轴数控加工工艺的划分模式有:按粗、精加工分,依据零件的形状、尺寸及精度等因素,将粗精加工分开的原则进行工艺划分;按刀具集中分,按选择的刀具进行工艺的划分,可以减少换刀次数,缩短加工时间,提高加工精度及效率;按加工部位分,遵循的原则有先近后远、先简后繁、先平面后孔。
五轴联动精加工时,五轴设备的刚性、切削能力以及被切削材料的硬度都是应该考虑的因素。
根据机械加工工艺规程,在五轴精加工时一般预留0.5~0.8mm的余量精加工。
过大的切削量是不允许的,它将对五轴机床的主轴造成损坏,因此工艺人员在制定工艺方案时,应着重考虑五轴联动加工时的切削参数,并书面告知操作人员注意事项。
同时在进行五轴联动加工前应进行仿真验证,避免碰撞及过切现象的产生。
3.3 五轴加工关键技术3.3.1 刀轴控制。
五轴联动加工过程中的刀具轨迹非常复杂和抽象,为了加工出复杂异型零部件的曲面及空间,经常需要进行多次坐标系和刀轴的变化来完成零件的加工,同时还要考虑各运动轴的协调性,避免干涉、碰撞现象的产生,因此在执行程序前需要用CAD/CAM软件对刀轴进行验证。
3.3.2 试切加工。
在五轴联动加工过程中,为提高多轴加工的效率及保证加工系统的刚性,实际的切削参数往往要比NC程序中设定的值低(尽量先将倍率调到较低值,然后慢慢提高,直至找到一个最佳方案);另外,当五轴设备的五个运动坐标轴都在运动时,其刚性比三轴设备要低,如果处理不好,将直接影响设备的性能和产品的加工精度。
3.3.3 CAD/CAM软件。
要实现复杂曲面的五轴加工,关键需要五轴CAD/CAM 软件来实现加工工艺。
如今能进行五轴编程的软件有UG、hyperMILL、cimatron、powermill、caxa制造工程师等,其中由于powermill软件具有功能强大,操作简便等特点,在国内市场的占有率正在逐年提高。
现在越来越多的学校、工厂正在用powermill软件编制五轴加工刀路,完成复杂异形零件的加工。
powermill软件中的五轴加工策略很多,其中“曲面投影精加工”策略的加工范围广、生成的刀具路径质量高效,特别适用于复杂曲面的加工,越来越受到机械制造工艺师的青睐。
为此,研究“曲面投影精加工”的原理、相关参数的含义以及使用方法,对用好该五轴加工策略意义重大。
3.3.4 刀路优化。
在编制NC程序时,要避免刀轴不必要的、过度的摆动,防止因机床主轴或工作台过于频繁的摆动,造成机床的损坏。
在进行刀路优化时,着重要注意连接刀路的设置,生成多轴刀路后,还需根据机床性能、零件特征,调整连接刀路参数,优化刀具路径。
3.3.5 仿真验证。
由于五轴设备贵重,加工程序量大,需要考虑的干涉、碰撞问题较多,所以实际加工前一定要先进行模拟加工。
如今的CAM软件基本只能进行程序的验证,很难仿真实际的工艺工装等实际加工情境,所以在进行实际的五轴联动加工前,建议编程人员使用专业的多轴数控仿真软件(VERICUT)进行仿真加工,来验证工艺及程序的安全性、可靠性,同时增强操作者和机床的安全保障。
4 结语本文介绍了五轴加工的定义、特点、分类;着重介绍了五轴数控加工的关键技术,包括五轴设备、加工工艺、五轴CAD/CAM软件。
在进行多轴加工时应对这三者进行深入研究,找出最佳方案,选用最佳参数,才能实现五轴的高效、高质量加工。