五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床上的應(yīng)用
時(shí)間:2008-12-12 10:23:21來(lái)源:yangliu
導(dǎo)語(yǔ):? 裝備制造業(yè)是一國(guó)工業(yè)之基石,它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段,是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。
一、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的戰(zhàn)略價(jià)值
裝備制造業(yè)是一國(guó)工業(yè)之基石,它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段,是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家,也無(wú)不高度重視。近年來(lái),隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要,對(duì)高檔的數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征。而代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng),從某種意義上說(shuō),反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長(zhǎng)期以來(lái),以美國(guó)為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資,實(shí)行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時(shí)期,對(duì)中國(guó)、前蘇聯(lián)等社會(huì)主義陣營(yíng)實(shí)行封鎖禁運(yùn)。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”:上世紀(jì)末,日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床,結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進(jìn)螺旋槳,上了幾個(gè)檔次,使美國(guó)間蝶船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了,所以美國(guó)以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運(yùn)政策,要懲處東芝公司。由此可見,五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè),有著舉足輕重的影響力。 現(xiàn)在,大家普遍認(rèn)為,五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。所以,每當(dāng)人們?cè)谠O(shè)計(jì)、研制復(fù)雜曲面遇到無(wú)法解決的難題時(shí),往往轉(zhuǎn)向求助五軸數(shù)控系統(tǒng)。由于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)價(jià)格十分昂貴,加之NC程序制作較難,使五軸系統(tǒng)難以“平民”化應(yīng)用。但近年來(lái),隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)系統(tǒng)取得了突破性發(fā)展,珊星公司等中國(guó)多家數(shù)控企業(yè),紛紛推出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng),打破了外國(guó)的技術(shù)封鎖,占領(lǐng)了這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的至高點(diǎn),大大降低了其應(yīng)用成本,從而使中國(guó)裝備制造業(yè)迎來(lái)了一個(gè)嶄新的時(shí)代!以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展對(duì)裝備制造業(yè)注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力,同時(shí)也對(duì)它提出更強(qiáng)要求,更加突出了機(jī)械裝備制造業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化載體在推動(dòng)整個(gè)社會(huì)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)中無(wú)可替代的基礎(chǔ)作用。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和技術(shù)升級(jí)的原動(dòng)力,以五軸聯(lián)動(dòng)為標(biāo)志的機(jī)械裝備制造業(yè)將伴隨著高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而共同進(jìn)步。中國(guó)不僅要做世界制造的大國(guó),更要做世界制造強(qiáng)國(guó)!預(yù)計(jì)在不久的將來(lái),隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的普及推廣,必將為中國(guó)成為世界最強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)!
二、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心
加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心,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(tái),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,五軸聯(lián)動(dòng)加工中心有高效率、高精度的特點(diǎn),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(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng),還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工,更能夠適宜象汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。(本期介紹立式五軸加工中心)立式五軸加工中心這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式,一種是工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺(tái)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(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái),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(guò)A軸與C軸的組合,固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外,其余的五個(gè)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),就可加工出復(fù)雜的空間曲面,當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,主軸剛性非常好,制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大,承重也較小,特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí),工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)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(gè)回轉(zhuǎn)頭,能自行環(huán)繞Z軸360度,成為C軸,回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸,一般可達(dá)±90度以上,實(shí)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(tái)也可以設(shè)計(jì)的非常大,客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn):我們?cè)谑褂们蛎驺姷都庸で鏁r(shí),當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時(shí),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(huì)很差,采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì),令主軸相對(duì)工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)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(tái)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),當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,制造成本也較高。
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