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0引言

依托于傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)的三軸聯(lián)動加工設(shè)備沒有加工任意復(fù)雜曲面的能力,對于復(fù)雜的工件一般需要分塊來進(jìn)行加工，造成完整的復(fù)雜工件加工時間長、工藝復(fù)雜、需要多臺設(shè)備和多個人員配合才能完成。具有明顯的不足之處。五軸聯(lián)動技術(shù)的出現(xiàn)，對于快速加工具有任意復(fù)雜曲面的工件給出了非常好的解決方法。五軸聯(lián)動技術(shù),采用三個直線運(yùn)動和兩個旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并行運(yùn)動，可以完成任意空間曲面的加工，而且具有一次裝夾、多面自動加工、復(fù)雜型面一次成型、與CAD/CAM/CAPP緊密結(jié)合等優(yōu)勢，尤其在加工周期和加工質(zhì)量方面有了可靠保證^[1]。

加工中心(Machining Center, MC)是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù) 控機(jī)床，綜合加工能力強(qiáng)，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(jī)床的5至10倍，特別是它能完成許多普通機(jī)床不能完成的加工，對形狀復(fù)雜, 精度要求高，小批量多品種生產(chǎn)更為適用剛。

五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心結(jié)合了上述五軸聯(lián)動技術(shù)和加工中心設(shè)備，具有高效率、高精度的特點；是綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)、電動與拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)、遠(yuǎn)程診斷技術(shù)、刀具和編程技術(shù)的高科技產(chǎn)品。

1五軸聯(lián)動加工中心的組成與結(jié)構(gòu)

五軸聯(lián)動加工中心由五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)和五軸機(jī)床加工中心兩部分組成。

1) 數(shù)控系統(tǒng)

軟控系統(tǒng)是數(shù)控加工中心的核心，其性能直接影響數(shù)控加工中心的加工效率、精度、可操作性等關(guān)鍵指標(biāo)。5MC850-A型五軸聯(lián)動加工中心采用華拓科技自主研發(fā)的PC+I/0開放式HWATEC-5M-1 型五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)。該數(shù)控系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的 NC+PC和PC+NC結(jié)構(gòu)，采用開放式的PC+I/0結(jié) 構(gòu)，全部數(shù)控核心功能(插補(bǔ)功能、加減速功能、實時控制功能、輔助I/O控制功能)均由運(yùn)行在PC硬件平臺上的軟件來實現(xiàn)，借用現(xiàn)有的通用操作系統(tǒng) 平臺（如Windows、Linux、Vxworks等），在高級語言應(yīng)用開發(fā)軟件（如 Visual C++、Visual Basic、C# 等）支持下，通過安裝在PC主板擴(kuò)展槽上的通訊接口和I/O板卡對伺服系統(tǒng)和機(jī)床運(yùn)動系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、可二次開發(fā)、與平臺無關(guān)性、適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)操作方式等開放式軟件化特征％相對于傳統(tǒng)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：

① 軟、硬件開放式結(jié)構(gòu)，可以完成各種擴(kuò)展的高級組合控制和在線檢測功能；

② 與市場上成熟的CAD、CAPP、CAM軟件的有效鏈接接口功能；

③ 可方便的實現(xiàn)針對數(shù)控機(jī)床整體的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷功能；

④ 支持遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程技術(shù)支持等功能；

⑤ 操作平臺采用通用Windows操作系統(tǒng)，操作簡單、靈活、方便；

⑥ 具有極強(qiáng)的遠(yuǎn)程通訊、圖形處理、多媒體處理功能，并具有良好的外圍設(shè)備接口；

數(shù)控系統(tǒng)操作界面如圖2所示。

在系統(tǒng)可靠性方面，由于開放式、軟件化數(shù)控系統(tǒng)采用的是成熟的通用PC標(biāo)準(zhǔn)硬件來完成非常復(fù)雜的功能，與傳統(tǒng)封閉式數(shù)控系統(tǒng)采用定制產(chǎn)品只能完成簡單功能相比，可靠性是有更高的保證的。

2) 五軸機(jī)床加工中心

運(yùn)動軸。五軸聯(lián)動加工中心的運(yùn)動軸大多是3+2的結(jié)構(gòu)，即X, Y, Z三個直線運(yùn)動軸加上分別X， Y，Z軸旋轉(zhuǎn)的A，B, C三個旋轉(zhuǎn)軸中的兩個旋轉(zhuǎn)軸組成。這樣，從大的方面分類,就有了 X，Y，Z, A, B; X，Y, Z, A, C; X, Y, Z, B, C三種形式，由兩個旋轉(zhuǎn)軸的組合形式來分，大體上有雙轉(zhuǎn)臺式、單轉(zhuǎn)臺加單擺頭式和雙擺頭式三種形式，如圖3所示。

五軸聯(lián)動加工中心采用雙轉(zhuǎn)臺式又丫,乙人，(：形式，見圖3₃)。五軸聯(lián)動可加工工件尺寸可達(dá)$250x250,結(jié)構(gòu)簡單靈活，性價比優(yōu)勢明顯。

自動換刀裝置。自動換刀裝置使加工中心裝夾工件后能盡可能多的完成同一工件不同部位的加工要求，并盡可能減少加工中心的非故障停機(jī)時間，達(dá)到縮短產(chǎn)品制造周期，提高產(chǎn)品的加工精度等目標(biāo)。對自動換刀裝置的基本要求主要是結(jié)構(gòu)簡單、功能可靠、交換迅速^[51。自動換刀裝置將工件加工的不同工序集中在一起，是加工中心的重要組成部分，它的性能直接影響加工效率的高低。

常見的自動換刀裝置有斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁臁?/span>5MC850-A型五軸聯(lián)動加工中心采用圓盤式刀庫，可容納24把刀，換刀時間在1.5 _s以內(nèi)，如圖4所示。圓盤式刀庫利用機(jī)械手臂換刀，較斗笠式刀庫整體移動提高了換刀效率，較鏈?zhǔn)降稁?經(jīng)濟(jì)實用。

另外，五軸聯(lián)動加工中心還包含Z向主軸升降運(yùn)動液氮平衡系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、冷卻液循環(huán)系統(tǒng)等，為高效率、高精度加工提供輔助功能及結(jié)構(gòu)上的保證。

2五軸聯(lián)動加工中心的功能

五軸聯(lián)動加工中心適合加工工序多、要求高、需要多種類型的普通機(jī)床和多種刀具夾具經(jīng)過多次裝夾調(diào)試才能完成加工的復(fù)雜曲面工件。例如發(fā)動機(jī)缸蓋、離合器殼體、葉輪、螺旋槳、醫(yī)用人工關(guān) 節(jié)、頭像、頭盔模型等等，如圖5所示，這些工件在普通機(jī)床上是幾乎不可能完成的任務(wù)，而五軸聯(lián)動加工中心對于這些工件的加工具備天然的優(yōu)勢。 5MC850-A型五軸聯(lián)動加工中心可勝任上述工件中加工工序多、精度要求較高的中小型復(fù)雜曲面工件加工，是一款經(jīng)濟(jì)實用的立鐵加工中心。其主要指標(biāo)如下：

(1) 行程:X 800mm，Y 500mm, Z 700mm，A 傾斜軸-110。~110。，C 旋轉(zhuǎn)軸 ±360。

(2) XY工作臺載荷600kg

(3) 轉(zhuǎn)臺重量300kg，臺面尺寸<D250

(4) X, Y, Z直線運(yùn)動軸重復(fù)定位精度矣5 |xm

(5 )X, Y, Z直線運(yùn)動軸定位精度在10 |x m

(6 )A，C回轉(zhuǎn)軸重復(fù)定位精度彡4"

(7) A個讀斗軸定位精度矣60" ; C旋轉(zhuǎn)軸定位精度名15"

(8) 傾斜軸0°載荷140kg;0~90。范圍內(nèi)允許載荷70kg，切削扭力l〇〇〇N-m

(9)主軸最高轉(zhuǎn)速8000rev/min，快速定位速度多 10m/min

(10) BT40-24圓盤刀庫，可容納24把刀，換刀時間矣1.5sec

(11) 系統(tǒng)分辨率0.1 |x m

(12) 進(jìn)給速度前瞻控制(預(yù)讀5000行）

另外，具備開放式PC+I/0體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng) 的5MC850-A型五軸聯(lián)動加工中心可以方便的與 CAD/CAM/CAPP軟件進(jìn)行對接，形成CAD /CAM /CAPP /CNC —體化產(chǎn)品;在完成基本的運(yùn)動控制和加工中心輔助控制實現(xiàn)復(fù)雜零件加工的同時，還可以便捷的實現(xiàn)遠(yuǎn)程技術(shù)支持及生產(chǎn)調(diào)度服務(wù)，這些優(yōu)勢使5MC850-A型五軸聯(lián)動加工中心可以作為關(guān)鍵設(shè)備和基本單元應(yīng)用于更高層面的柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)或敏捷制造系統(tǒng)。

3結(jié)論

五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心由五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng) 和五軸機(jī)床加工中心組成，適合加工工序多、要求高的復(fù)雜曲面工件，具有高效率、高精度的特點，是解決葉輪、葉片、螺旋槳、發(fā)動機(jī)、曲軸等等復(fù)雜曲面零件加工的重要手段。對國家的航空、航天、軍事、科研、精密儀器、醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)具有舉足輕重的作用。

標(biāo)簽：加工中心數(shù)控加工中心 CNC加工中心數(shù)控機(jī)床五軸加工中心

分類：加工中心

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