五軸聯動數控系統的應用與價值

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一、五軸聯動數控機床的戰略價值   

  裝備制造業是一國工業之基石,它為新技術、新產品的開發和現代工業生產提供重要的手段,是不可或缺的戰略性產業。即使是發達工業化國家,也無不高度重視。近年來,隨著我國國民經濟迅速發展和國防建設的需要,對高檔的數控機床提出了急迫的大量需求。機床是一個國家制造業水平的象征。而代表機床制造業最高境界的是五軸聯動數控機床系統,從某種意義上說,反映了一個國家的工業發展水平狀況。長期以來,以美國為首的西方工業發達國家,一直把五軸聯動數控機床系統作為重要的戰略物資,實行出口許可證制度。特別是冷戰時期,對中國、前蘇聯等社會主義陣營實行封鎖禁運。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”:上世紀末,日本東芝公司賣給前蘇聯幾臺五軸聯動的數控銑床,結果讓前蘇聯用于制造潛艇的推進螺旋槳,上了幾個檔次,使美國間蝶船的聲納監聽不到潛艇的聲音了,所以美國以東芝公司違反了戰略物資禁運政策,要懲處東芝公司。由此可見,五軸聯動數控機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業,有著舉足輕重的影響力,F在,大家普遍認為,五軸聯動數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。所以,每當人們在設計、研制復雜曲面遇到無法解決的難題時,往往轉向求助五軸數控系統。由于五軸聯動數控機床系統價格十分昂貴,加之NC程序制作較難,使五軸系統難以 “平民”化應用。但近年來,隨著計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)系統取得了突破性發展,珊星公司等中國多家數控企業,紛紛推出五軸聯動數控機床系統,打破了外國的技術封鎖,占領了這一戰略性產業的至高點,大大降低了其應用成本,從而使中國裝備制造業迎來了一個嶄新的時代!以信息技術為代表的現代科學的發展對裝備制造業注入了強勁的動力,同時也對它提出更強要求,更加突出了機械裝備制造業作為高新技術產業化載體在推動整個社會技術進步和產業升級中無可替代的基礎作用。作為國民經濟增長和技術升級的原動力,以五軸聯動為標志的機械裝備制造業將伴隨著高新技術和新興產業的發展而共同進步。中國不僅要做世界制造的大國,更要做世界制造強國!預計在不久的將來,隨著五軸聯動數控機床系統的普及推廣,必將為中國成為世界最強國奠定堅實的基礎!   

  二、五軸聯動加工中心   

  加工中心一般分為立式加工中心臥式加工中心,立式加工中心(三軸)最有效的加工面僅為工件的頂面,臥式加工中心借助回轉工作臺,也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發展,五軸聯動加工中心有高效率、高精度的特點,工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯動的高檔數控系統,還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工,更能夠適宜象汽車零部件、飛機結構件等現代模具的加工。(本期介紹立式五軸加工中心)立式五軸加工中心這類加工中心的回轉軸有兩種方式,一種是工作臺回轉軸。設置在床身上的工作臺可以環繞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三直線軸實現聯動,就可加工出復雜的空間曲面,當然這需要高檔的數控系統、伺服系統以及軟件的支持。這種設置方式的優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。另一種是依靠立式主軸頭的回轉。主軸前端是一個回轉頭,能自行環繞Z軸360度,成為C軸,回轉頭上還有帶可環繞X軸旋轉的A軸,一般可達±90度以上,實現上述同樣的功能。這種設置方式的優點是主軸加工非常靈活,工作臺也可以設計的非常大,客機龐大的機身、巨大的發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點:我們在使用球面銑刀加工曲面時,當刀具中心線垂直于加工面時,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,當然這類主軸的回轉結構比較復雜,制造成本也較高。 

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