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为什么说五轴联动加工中心是未来发展趋势

前 言

五轴联动加工中心,是一种科技含量高、精密度高,专门用于加工复杂曲面的加工中心,这种加工中心系统对一个国家的航空、航海、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。


一、什么是五轴加工中心

五轴联动加工有高效率、高精度的特点,工件一次装夹就可以完成复杂的加工。能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现在模具的加工。五轴加工中心和五面体加工中心是有很大的区别的。很多人不知道这一点,误把五面体加工中心当做五轴加工中心。五轴加工中心有X,Y,Z,A,C五个轴,XYZ和AC轴形成五轴联动加工,擅长空间曲面加工,异型加工,镂空加工,打孔,斜孔,斜切等。而“五面体加工中心”则是类似于三轴加工中心,只是它可以同时做五个面,但是它无法做异型加工,如打斜孔、切割斜面等。

图1 五轴常规重型加工形式

图2 五轴常规轻型加工形式


此外,五轴加工中心的适用范围非常广泛,据了解目前五轴联动数控加工中心系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽车机轮子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

图3 加工案例


二、五轴加工中心的优势

那么五轴加工究竟有哪些优势呢?

①减少加工时间,提高加工精度。

五轴加工中心最大的特点就是一次性装夹可以把五个面都加工。也就是所谓的加工角度避让。如果是联动机床,C轴能够无限制旋转,A轴大约能做到130度旋转。这些设备特性使得加工时不会发生干涉。

这样带来的好处在于一次装夹既可以完成加工,即避免了多次装夹所带来的重复定位误差。同时一次装夹也节约了大量的时间,提高了工作效率。能够减少从产品到发货的时间,减少库存货量。

图4 有效减少加工时间


②减少设备投资成本,车间占地以及车间数量。

五轴加工中心左右复合加工机,通常带有T(车)功能,从甚至从车床到铣床到立磨都可以包括进去,大家都知道目前立磨设备的价格非常昂贵,通过成本、加工节拍等核算可以发现五轴的性价比较高。此前大家生产加工可能以工程分割式为主,这样的生产方式问题在于有大量的等待时间无法消除。但是五轴复合型加工设备所代表的的工程集约式生产仅需要前期的等待调试时间,并且随着目前国内各类整机模拟软件的普及,甚至只需要导入毛坯数据就可以完成编程,也能够大大缩短前期准备。所以目前国外的汽配件以及高端制造基本都是以五轴为主。

图5 复合型生产设备


③不需要特殊的夹具,能实现自动化。

五轴另一个显著的特征是对夹具的依赖性会降低,规则工件直接用三爪四爪卡盘即可夹持,不规则工件使用一面两销即可。同时五轴加工中心能够实现工厂的自动化、少人化。比如加工机器人的关节与底座。之前是使用卧加与立加复合加工,现在仅需使用零点托盘配合五轴加工中心,即可实现24小时运转加工。


三、加工实例

3.1:产品加工时长有效缩减案例

图6 加工案例


这是一个关于车铣复合零件的案例,目前仅加工一天就可以完成发货。按照原先的加工方式使用加工中心,工艺上需要至少翻转三次,需要2~3天才能完成。

3.2:复合加工中心的加工时间缩减实例

图7 工艺改进


这是关于曲轴试制的工艺流程改进:大型钢件,属于定制化的零件,所以数量不多。按照之前的传统工艺,批量从锻件做到成品,时间大概需要两个月。但是使用复合加工机仅需一道即可成型,最后只需要放到曲轴磨床磨削完成最后一道工艺即可。

3.3:回避干涉的接近加工方法

图8 加工方法


这是一个加工差速器壳体的案例。之前车内球面的加工方案是使用特殊刀具,需要人手工把刀具塞进去,然后再将刀架拉过来进行安装。但是如果使用五轴,直接可以使用普通刀具,并且无需人工塞刀,设备可以自动塞进去,包括装夹时间能减少一半。但是加工精度得到了提升,同时在定制刀具的成本降低方面,效果也非常显著。

之前接触过一批阀类件的单子,内部结构与差速器壳体比较类似,内部非常复杂。不仅仅需要加工中心加工各个方向,应对偏心件需要先制作工艺台阶夹持,然后再将其洗去,时间久,材料浪费。


视频展示五轴机床的衍生功能,自动翻转工件,铣削动作。


视频中展示的就是之前说到的加工差速器壳体中所使用的特殊镗刀,在内球面的加工中运用常规的车床是无法接入的。另外多轴机床值得一提的是,装夹刀柄后也可以是当做机械手使用,可以进行自动的翻转。

3.4:工程集约实例

图9 加工实例


这是另外一种加工手段。我们都知道传统意义的车削工艺刀片一直是接触刀片。而这种工艺可以称之为铣车。这种工艺通过动力头铣,主轴匀速旋转。这种机工方式的好处在于有效的使得刀片温度下降。并且铣车工艺的排屑系统比较好。比如我们之前接触到关于使用Q295D这种钢材加工时,发现加工铁削很黏,无法正常排出,影响了正常工艺的进行。而这种加工手段能够完美的规避这样的问题。

图10 高能率加工




 

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