数控加工技术作为现代机械制造技术的基础使得机械制造过程发生了显著的变化现代数控加工技术与传统加工技术相比无论在加工工艺加工过程控制还是加工设备与工艺装备等诸多方面均有显著不同我们熟悉的数控机床有XYZ三个直线坐标轴多轴指在一台机床上至少具备第4轴通常所说的多轴数控加工是指4轴以上的数控加工其中具有代表性的是5轴数控加工多轴数控加
工能同时控制4个以上坐标轴的联动将数控铣数控镗数控钻等功能组合在一起工件在一次装夹后可以对加工面进行铣镗钻等多工序加工有效地避免了由于多次安装造成的定位误差能缩短生产周期提高加工精度随着模具制造技术的迅速发展对加工中心的加工能力和加工效率提出了更高的要求因此多轴数控加工技术得到了空前的发展
随着数控技术的发展多轴数控加工中心正在得到越来越为广泛的应用它们的最大优点就是使原本复杂零件的加工变的容易了许多并且缩短了加工周期提高了表面的加工质量产品质量的提高对产品性能要求提高例如车灯模具汽车大灯模具的精加工用双转台五轴联动机床加工由于大灯模具的特殊光学效果要求用于反光的众多小曲面对加工的精度和光洁度都有非常高的指标要求特别是光洁度几乎要求达到镜面效果采用高速切削工艺装备及五轴联动机床用球铣刀切削出镜面的效果就变得很容易而过去的较为落后的加工工艺手段就几乎不可能实现采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工交货快更好的保证模具的加工质量使模具加工变得更加容易并且使模具修改变得容易在传统的模具加工中一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工随着模具制造技术的不断发展立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显但是如果用立式加工中心的话其底面的线速度为零这样底面的光洁度就很差如果使用四五轴联动机床加工技术加工模具可以克服上述不足
加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心三轴立式加工中心最有效的加工面仅为工件的顶面卧式加工中心借助回转工作台也只能完成工件的四面加工多轴数控加工中心具有高效率高精度的特点工件在一次装夹后能完成5个面的加工如果配置5轴联动的高档数控系统还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工非常适于加工汽车零部件飞机结构件等工件的成型模具根据回转轴形式多轴数控加工中心可分为两种设置方式
1工作台回转轴
这种设置方式的多轴数控加工机床的优点是主轴结构比较简单主轴刚性非常好制造成本比较低但一般工作台不能设计太大承重也较小特别是当A 轴回转角度≥90°时工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩
2立式主轴头回转
这种设置方式的多轴数控加工机床的优点是主轴加工非常灵活工作台也可以设计得非常大在使用球面铣刀加工曲面时当刀具中心线垂直于加工面时由于球面铣刀的顶点线速度为零顶点切出的工件表面质量会很差而采用主轴回转的设计令主轴相对工件转过一个角度使球面铣刀避开顶点
电脑锣加工厂|东莞高速电脑锣加工厂|东莞模具加工厂|东莞机械零件加工厂|CNC加工切削保证有一定的线速度可提高表面加工质量这是工作台回转式加工中心难以做到的。
采用多轴数控加工具有如下几个特点
1减少基准转换提高加工精度
多轴数控加工的工序集成化不仅提高了工艺的有效性而且由于零件在整个加工过程中只需一次装夹加工精度更容易得到保证
2减少工装夹具数量和占地面积
尽管多轴数控加工中心的单台设备价格较高但由于过程链的缩短和设备数量的减少工装夹具数量车间占地面积和设备维护费用也随之减少
3缩短生产过程链简化生产管理
多轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链而且由于只把加工任务交给一个工作岗位不仅使生产管理和计划调度简化而且透明度明显提高工件越复杂它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显同时由于生产过程链的缩短在制品数量必然减少可以简化生产管理从而降低了生产运作和管理的成本
4缩短新产品研发周期
对于航空航天汽车等领域的企业有的新产品零件及成型模具形状很复杂精度要求也很高因此具备高柔性高精度高集成性和完整加工能力的多轴数控加工中心可以很好地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。
人们早已认识到多轴数控加工技术的优越性和重要性但到目前为止多轴数控加工技术的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门并且仍然存在尚未解决的难题多轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位置控制其数控编程数控系统和机床结构远比3轴机床复杂得多目前多轴数控加工技术存在以下几个问题
1多轴数控编程抽象操作困难
这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题3轴机床只有直线坐标轴而5轴数控机床结构形式多样同一段NC代码可以在不同的3轴数控机床上获得同样的加工效果但某一种5轴机床的NC代码却不能适用于所有类型的5轴机床数控编程除了直线运动之外还要协调旋转运动的相关计算
电脑锣加工厂|东莞高速电脑锣加工厂|东莞模具加工厂|东莞机械零件加工厂|CNC加工如旋转角度行程检验非线性误差校核刀具旋转运动计算等处理的信息量很大数控编程极其抽象多轴数控加工的操作和编程技能密切相关如果用户为机床增添了特殊功能则编程和操作会更复杂只有反复实践编程及操作人员才能掌握必备的知识和技能经验丰富的编程与操作人员的缺乏是多轴数控加工技术普及的大阻力
2刀具半径补偿困难
在5轴联动NC程序中刀具长度补偿功能仍然有效而刀具半径补偿却失效了以圆柱铣刀进行接触成形铣削时需要对不同直径的刀具编制不同的程序目前流行的CNC系统尚无法完成刀具半径补偿因为ISO文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整刀具的确切尺寸按照正常的处理程序刀具轨迹应送回CAM系统重新进行计算从而导致整个加工过程效率不高对这个问题的最终解决方案有赖于新一代CNC控制系统该系统能够识别通用格式的工件模型文件如STEP等或CAD系统文件
3购置机床需要大量投资
多轴数控加工机床和3轴数控加工机床之间的价格悬殊很大多轴数控加工除了机床本身的投资之外还必须对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行升级使之适应多轴数控加工的要求以及对校验程序进行升级使之能够对整个机床进行仿真处理
在三坐标铣削加工和普通的两坐标车削加工中作为加工程序的NC代码的主体即是众多的坐标点控制系统通过坐标点来控制刀尖参考点的运动从而加工出需要的零件形状在编程的过程中只需要通过对零件模型进行计算在零件上得到点位数据即可而在多轴加工中不仅需要计算出点位坐标数据更需要得到坐标点上的矢量方向数据这个矢量方向在加工中通常用来表达刀具的刀轴方向这就对计算能力提出了挑战目前这项工作最经济的解决方案是通过计算机和CAM软件来完成众多的CAM软件都具有这方面的能力但是这些软件在使用和学习上难度比较大编程过程中需要考虑的因素比较多能使用CAM软件编程的技术人员成为多坐标加工的一个瓶颈因素
其次即使利用CAM软件从目标零件上获得了点位数据和矢量方向数据之后并不代表这些数据可以直接用来进行实际加工因为随着机床结构和控制系统的不同这些数据如何能准确地解释为机床的运动是多坐标联动加工需要着重解决的问题以五坐标联动的铣削机床为例从结构类型上看分为双转台双摆头单摆头/单转台三大类每大类中由于机床运动部件的运动方式的不同而有所不同以直线轴Z轴为例对于立式设备来说人们编程时习惯以Z轴向上为正方向但是有些设备是通过主轴头固定而工作台向下移动产生的刀具相对向上移动实现的Z轴正方向移动有些设备是工作台固定而主轴头
电脑锣加工厂|东莞高速电脑锣加工厂|东莞模具加工厂|东莞机械零件加工厂|CNC加工向上移动产生的刀具向上移动在刀具参考坐标系和零件参考坐标系的相对关系中不同的机床结构对三坐标加工中心没有什么影响但是对于多轴联动的设备来说就不同了这些相对运动关系的不同对加工程序有着不同的要求由于机床控制系统的不同对刀具补偿的方式和程序的格式也都有不同的要求因此仅仅利用CAM软件计算出点位数据和矢量方向并不能真正地满足最终的加工需要这些点位数据和矢量方向数据就是前置文件我们还需要利用另外的工具将这些前置文件转换成适合机床使用的加工程序这个工具就是后处理。
