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1、五軸數(shù)控機床 五軸數(shù)控機床五軸數(shù)控機床之概論1五軸數(shù)控機床之五軸2五軸數(shù)控機床之結構3五軸數(shù)控加工之應用4 五軸數(shù)控機床之概論機床是一個國家制造業(yè)水平的象征。而代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，它反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達國家，一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時期，對中國、前蘇聯(lián)等社會主義陣營實行封鎖禁運。 “東芝事件”：上世紀末，日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，結果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進螺旋槳，上了幾個檔次，使美國間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東
2、芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運政策，要懲處東芝公司。加工中心綜合加工能力強，工件一次裝夾后能完成較多的加工內(nèi)容，加工精度較高，就中等加工難度的批量零件，其效率是普通機床的5至10倍，特別是它能完成許多普通機床不能完成的加工 對形狀復雜，精度要求高的單價或小批量多品種生產(chǎn)中更為適用。 在現(xiàn)代制造業(yè)中，精密機械加工日趨普遍。實現(xiàn)精密加工的高檔數(shù)控機床、模具處于制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，而模具產(chǎn)品質(zhì)量的高低在很大程度上又受制于數(shù)控設備。在激烈的市場競爭中，制造業(yè)要求更短的生產(chǎn)周期、更高的加工質(zhì)量以及更快的產(chǎn)品改型加工適應能力和更低的制造技術。要滿足這些條件，越來越多的制造企業(yè)采用了高端的數(shù)控加工機床四軸加工機
3、床和五軸加工機床。我們知道，三軸機床只有三根正交的運動軸（通常定義為X、Y、Z軸），只能實現(xiàn)三個方向的直線移動自由度。因此，沿加工刀軸方向的結構都能加工出來。側面結構特征無法加工。（三軸機床要通過設計多套夾具，進行多次安裝、定位、夾緊，將整體加工進行分解，加工周期延長，質(zhì)量大大降低。）不受約束的刀具（或工件）在空間有六個自由度?，F(xiàn)實是，在金屬切削過程中，工件與刀具之間會產(chǎn)生巨大的切削力和摩擦力，為了防止工件的位置移動，必須將工件夾緊，使之固定。五軸數(shù)控加工就是指在一臺機床上至少有5個坐標軸（三個直線坐標和兩個旋轉坐標）， 而且可在計算機數(shù)控系統(tǒng)控制下同時協(xié)調(diào)運動進行加工。 五軸數(shù)控機床之概論
4、五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。它是 一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲面的機床，該機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。葉輪既指裝有動葉的輪盤，是沖動式汽輪機轉子的組成部分。又指輪盤與安裝其上的轉動葉片的總稱。汽輪發(fā)電機(英語：steam turbine generator )是指用汽輪機驅動的發(fā)電機。由鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽進入汽輪機內(nèi)膨脹做功，使葉片轉動而帶動發(fā)電機發(fā)電，做功后的廢汽經(jīng)凝汽器、循環(huán)水泵、凝結水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環(huán)使用。五軸
5、數(shù)控機床之概論 葉輪船用螺旋槳大型柴油機曲軸 標準的坐標系統(tǒng)，是一個右手笛卡爾坐標系統(tǒng)。基本坐標軸為X、Y、Z三根直線軸，對應每一根直線軸的旋轉軸分別用A、B、C軸來表示。圖示五軸數(shù)控機床之五軸 五軸數(shù)控加工就是指在一臺機床上至少有5個坐標軸（三個直線坐標和兩個旋轉坐標），而且可在計算機數(shù)控系統(tǒng)控制下同時協(xié)調(diào)運動進行加工。數(shù)控機床的軸意思就是運動軸，其實也算是空間的坐標軸，如坐標的XY軸，沒有運動軸有獨立的控制器和電機驅動系統(tǒng)。即數(shù)控機床有5個伺服軸(不包括主軸)可以同時進行插補(5個伺服軸可以同一時間同時移動進行對一個零件進行加工)。五軸數(shù)控機床之五軸 五軸數(shù)控機床有多種不同的結構形式，主要
6、分為以下三大類：工作臺傾斜型、主軸傾斜型和工作臺/主軸傾斜型五軸加工機床。五軸數(shù)控機床之結構五軸數(shù)控機床TextText Text主軸傾斜型工作臺傾斜型工作臺/主軸傾斜型 一種是工作臺傾斜型。設置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉，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臺，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。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軸最小分度值一般為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)
7、動，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數(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。五軸數(shù)控機床之工作臺傾斜型 五軸數(shù)控機床之工作臺傾斜型 立式加工中心 五軸數(shù)控機床之工作臺傾斜型 五軸數(shù)控機床之工作臺傾斜型 五軸數(shù)控機床之主軸傾斜型主軸傾斜型。主軸前端是一個回轉頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉的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
8、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，采用主軸回轉的設計，令主軸相對工件轉過一個角度，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，這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉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結構比較復雜，制造成本也較高。 五軸數(shù)控機床之主軸傾斜型 五軸數(shù)控機床之主軸傾斜型 五軸數(shù)控機床
9、之工作臺/主軸傾斜型一個旋轉軸在主軸頭的刀具側，另一個在工作臺側。這類機床的旋轉軸結構布置有最大的靈活性，可以是在A.B.C軸中任意兩個組合。大部分工作臺/主軸傾斜型的旋轉軸配置形式是B軸與工作臺繞C軸組合。這種結構設置方式簡單、靈活，同時具備主軸傾斜型與工作臺傾斜型機床的部分有點。這類機床的主軸可以旋轉為水平狀態(tài)和垂直狀態(tài)，工作臺只需分度定位，即可簡單的配置為立、臥轉換的三軸加工中心，將主軸進行立、臥轉換再配合工作臺分度，對工件實現(xiàn)五面體加工，制造成本低，且非常實用。 五軸數(shù)控機床之工作臺/主軸傾斜型 五軸數(shù)控加工之應用 箱體類零件復雜曲面異形件盤套板類零件特殊加工加工對象 五軸聯(lián)動加工中心
10、適合加工復雜、工序多、要求高、需要多種類型的普通機床和眾多刀具夾具，且經(jīng)多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。 五軸數(shù)控加工之應用箱體類零件一般都需要進行多工位孔隙及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴格，通常需要經(jīng)過銑、鉆、擴、鏜、鉸、攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機床上加工難度大，需多次裝夾、找正，加工精度難以保證。加工箱體類零件時需要工作臺多次旋轉加工水平方向四個面，用臥式加工中心合適。 五軸數(shù)控加工之應用復雜曲面在機械制造業(yè)，特別是航空航天工業(yè)中占有重要的地位。復雜曲面采用普通機加工方法是難以甚至無法完成。復雜曲面零件如：各種葉輪、球面、各種曲面成型磨具、螺旋槳以及水下航行器
11、的推進器、以及一些其他形狀的自由曲面。這類零件用五軸加工中心最為合適。銑刀作包絡面來逼近球面。復雜曲面用加工中心加工時，編程工作量較大，大多數(shù)要有自動編程技術。 五軸數(shù)控加工之應用異形件是外形不規(guī)則的零件，大都需要點、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差，夾壓變形難以控制，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機床難以完成。用加工中心加工時應采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點、線、面混合加工的特點，完成多道工序或全部的工序內(nèi)容。 五軸數(shù)控加工之應用盤套板類零件帶有鍵槽，或徑向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等，還有具有較多孔加工的板類零件，如各種電機蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心，有徑向孔的可選臥式加工中心。 五軸數(shù)控加工之應用特殊加工在熟練掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工裝和專用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作，如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案；在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源，可對金屬表面進行線掃描表面淬火；用加工中心裝上高速磨頭，可實現(xiàn)小模數(shù)漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等。
五軸數(shù)控機床全面介紹
