2017年5月19日

三軸、四軸、五軸加工中心、臥加

三軸、四軸、五軸加工中心、臥式加工中心的區別。五軸加工中心、四軸、三軸加工中心區別、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，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精工系統，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工。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，當然這需要高檔的精工系統、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（圖）。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。主軸回轉的立式五軸加工中心立式加工中心的主軸重力向下，軸承高速空運轉的徑向受力是均等的，回轉特性很好，因此可提高轉速，一般高速可達1,2000r/min以上，實用的最高轉速已達到4,0000轉。主軸系統都配有循環冷卻裝置，循環冷卻油帶走高速回轉產生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度，再流回主軸系統。X、Y、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級以內。由于快速進給達到40～ 60m/min以上，X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同主軸系統一樣，由經過制冷的循環油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量。臥式五軸加工中心此類加工中心的回轉軸也有兩種方式，一種是臥式主軸擺動作為一個回轉軸，再加上工作臺的一個回轉軸，實現五軸聯動加工。這種設置方式簡便靈活，如需要主軸立、臥轉換，工作臺只需分度定位，即可簡單地配置為立、臥轉換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉換配合工作臺分度，對工件實現五面體加工，制造成本降低，又非常實用。也可對工作臺設置精工軸，最小分度值0.001度，但不作聯動，成為立、臥轉換的四軸加工中心，適應不同加工要求，價格非常具有競爭力。另一種為傳統的工作臺回轉軸，設置在床身上的工作臺A軸一般工作范圍+20度至-100度。工作臺的中間也設有一個回轉臺 B軸，B軸可雙向360度回轉。這種臥式五軸加工中心的聯動特性比第一種方式好，常用于加工大型葉輪的復雜曲面。回轉軸也可配置圓光柵尺反饋，分度精度達到幾秒，當然這種回轉軸結構比較復雜，價格也昂貴。目前臥式加工中心工作臺可以做到大于1.25m2，對第一種五軸設置方式沒有什么影響。但是第二種五軸設置方式比較困難，因為1.25m2的工作臺做A軸的回轉，還要與工作臺中間的B軸回轉臺聯動確實勉為其難。臥式加工中心的主軸轉速一般在10,000rpm以上，由于臥式設置的主軸在徑向有自重力，軸承高速空運轉時徑向受力不均等，加上還要采用較大的BT50刀柄，一般最高可達20,000rpm。臥式加工中心快速進給達到30～60m/min以上，主軸電機功率22-40KW以上，刀庫容量按需要可從40把增加到160把，加工能力遠遠超過一般立式加工中心，是重型機械加工的******。加工中心大多可設計成雙工作臺交換，當一個工作臺在加工區內運行，另一工作臺則在加工區外更換工件，為下一個工件的加工做準備，工作臺交換的時間視工作臺大小，從幾秒到幾十秒即可完成。最新設計的加工中心考慮到結構上要適合組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產線（FMS），模塊式制造單元一般至少有兩臺加工中心和四個交換工作臺組成，加工中心全部并排放置，交換工作臺在機床前一字形排開，交換工作臺多的可以排成兩行、甚至雙層設計。兩邊各有一個工位作為上下工件的位置，其余工位上的交換工作臺安裝著工件等待加工，有一輛小車會按照系統指令，把裝著工件的交換工作臺送進加工中心，或從加工中心上取出完成加工的交換工作臺，送到下一個工位或直接送到下料工位，完成整個加工操作。柔性生產線除了小車、交換工作臺之外，還有統一的刀具庫，一般會有幾百把刀具，在系統中存入刀具的身份編碼信息，再通過刀具輸送系統送進加工中心，并把用完的刀具取回，柔性生產線往往還需要一臺FMS的控制器來指揮運行。過去五軸加工中心多為德國、美國、日本、意大利制造，令人欣喜的是今年3月在上海舉行的“中國精工機床展覽會”上，展出了多臺國內生產的五軸加工中心。如濟南二機床集團公司展出的龍門式五軸聯動加工中心，工作臺長6m,寬2m，采用立式主軸回轉，A軸轉角±100度，C軸轉角±200度，這個龐然大物吸引了許多參觀者，它標志著中國精工機床工業達到了先進水平。上海第三機床廠、第四機床廠制造的立臥加工中心，工作臺630mm2，采用高速內冷電主軸，主軸可立、臥轉換，工作臺可以360度等分，類似于上述簡單配置為立、臥轉換的三軸加工中心，可對工件實現五面體加工，盡管還沒有配置五軸，也非常實用。加工中心的發展與未來現在加工中心逐漸成為機械加工業中最主要的設備，它加工范圍廣，使用量大。近年來在品種、性能、功能方面有很大的發展。品種：有新型的立、臥五軸聯動加工中心，可用于航空、航天零件加工；有專門用于模具加工的高性能加工中心，集成三維CAD/CAM對模具復雜的曲面超精加工；有適用于汽車、摩托車大批量零件加工的高速加工中心，生產效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬轉以上的電主軸，最高可達6～10萬轉；直線電機的應用使機床加速度達到了3-5g；執行ISO/VDI檢測標準，促使制造商提高加工中心的雙向定位精度。功能：糅合了激光加工的復合功能，結構上適合于組成模塊式制造單元（FMC）和柔性生產線（FMS），并具有機電、通訊一體化功能。領先一步的機床制造商正在構想2010年的“加工中心”，它將是萬能型的設備，可用于車、銑、磨、激光加工等，成為真正意義上的加工中心。全自動地從材料送進，到成品產出，粗精加工、淬硬處理、超精加工，自動檢測、自動校正，將無所不能。設備將重視環保、節能，呈現出綠色制造業的標志。21世紀時代特征的IT功能是絕對不可少的，設備將通過網絡與外界交換信息，獲得最新的技術成果，人類的智慧將在高科技產品加工中心上得到充分的展現。

海天精工機床有限公司 ^{海天精工博客}

三軸、四軸、五軸加工中心、臥加

◎歡迎參與討論，請在這里發表您的看法、交流您的觀點。