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Advantages of five-axis linkage machine tools

这里所谓的五轴加工是指机床至少有五个坐标轴(三个直线坐标和两个旋转坐标),在计算机数控(CNC)系统的控制下可以同时协调运动进行加工。 。与普通三轴联动数控加工相比,此类五轴联动数控加工具有以下主要优点:

1、可加工普通三轴数控机床无法加工或一次装夹难以加工的连续、光滑的自由曲面。如航空发动机和汽轮机的叶片、船舶的螺旋桨以及许多具有特殊曲面和复杂型腔、孔位的壳体和模具。如果用普通三轴数控机床加工,由于它们的刀具相对加工过程中不能改变工件的姿态角度。在加工一些复杂的自由曲面时,可能会出现干涉或加工不足(即加工失败)的情况。用五轴联动机床加工时,由于加工过程中可以随时调整刀具/工件的姿态角度,可以避免刀具与工件的干涉,一次装夹即可完成所有加工;

2、提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率。例如,三轴机床加工复杂曲面时,常使用球头铣刀。球头铣刀采用点接触形成,切削效率低。而且加工过程中刀具/工件位姿角无法调整,一般难以保证使用球头立铣刀上的最佳切削点(即在线速度最高的球头上的最高点)进行切削,有可能切削点落在线速度为零的球头铣刀的旋转中心线上,如图1a所示的刀位。此时,不仅切削效率极低,而且加工表面质量严重恶化,往往需要人工修复,因此可能会损失精度。如果采用五轴机床进行加工,由于可以随时调整刀具/工件姿态角度,不仅可以避免这种情况,而且还可以充分利用刀具的最佳切削点进行切削或加工。线接触成型。螺旋立铣刀可用于替代点接触成形球头立铣刀。甚至可以通过进一步优化刀具/工件的姿态角来进行铣削,从而获得更高的切削速度和切削线宽度,即更高的切削速度。效率和更好的加工表面质量。图3给出了以恒定姿态角和优化姿态角铣削同一自由曲面的效果对比示例。不难看出,采用恒定姿态角(Sturz法)铣削的刀片表面粗糙度比采用优化姿态角(P铣削法——斯达拉格的专利)铣削的刀片低一级,且时间使用量,前者比后者多30%~130%;

表面质量等级平均Ra值

N8 1.6-3.2μm

N7 0.8-1.6μm

N6 0.4-0.8μm

N5 0.2-0.4μm

3、一次装夹即可完成工件全部或大部分加工,符合机床的发展方向。因为随着科学技术的发展和人们物质生活水平的提高,人们对产品的性能和质量有了更高的要求,形式更加多样化和个性化。为了进一步提高产品的性能和质量,充分满足用户节能、节材、轻便、美观、舒适等各种要求,现代产品不仅仅是航空航天产品和车辆(如如汽车、轮船、轮船等),还包括精密仪器、仪表、医疗和运动器材,以及家用和办公电器、儿童玩具等产品的零部件,越来越多地采用铣削加工的整体材料制成并铣削。复杂曲面及斜孔、斜面等种类较多,这些零件如果用传统机床或三轴数控机床加工,必须使用多台机床,才能完成多次定位和安装。这不仅需要大量的设备投资,占用大量的生产面积,生产加工周期长,而且精度和质量也难以保证。为了解决这些问题,需要开发能够集中工序进行高精度、高效率、复合加工的机床,以实现工件的全部或大部分加工能够在一台机器上完成。夹紧。这已经成为当今机床发展的一大趋势,而配备高速加工能力的五轴机床完全符合这一趋势的发展要求,也可能是最好的解决方案选择。因为它不仅具备现代生产加工设备所需的主要功能,而且一台五轴机床的效率约相当于两台三轴加工机床的效率,甚至可以节省更多的机床。

4、模具加工的优点。

在传统模具加工中,一般采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也越来越明显。现代模具加工中常用球头铣刀。球头铣刀在模具加工中带来明显的好处。但如果采用立式加工中心,底面线速度为零,因此底面光洁度很差。如果采用四轴或五轴联动机床加工技术来加工模具,则可以克服上述缺点。
由于使用五轴联动机床,工件的装夹变得容易(图1)。加工时无需专用夹具,降低了夹具成本,避免了多次装夹,提高了模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外,由于五轴机床在加工过程中可以省去许多专用刀具,从而降低了刀具成本。五轴机床可以增加刀具在加工过程中的有效切削刃长度,减小切削力(图2),增加刀具的使用寿命,降低成本。使用五轴联动机床加工模具可以快速完成模具加工,交货快捷,更好地保证模具的加工质量,让模具加工更简单,让模具修改更容易。

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