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五轴高速加工中心是什么

2021-04-24 09:50:36

伴随着对消费品的多品类、高质量、快速更迭的需求,作为产品批量生产之母的模具,在其自身加工制造的精度与效率方面受到了挑战。由于市场需求的推动, 模具加工所采用的机床也逐渐从传统的三轴加工中心五轴加工中心过度。因此,在模具加工中发挥五轴加工中心的加工优势,对提高模具生产的精度与效率,具有现实意义。

 高速加工中心

1   五轴高速加工中心概述

1.1    概念

五轴高速加工中心通常由三个相互正交的直线运动轴与两个相互正交的旋转轴联动,在产生进给运动的同时实时改变工件坐标系中刀具轴线的方向。其常用于具有较为复杂的曲面结构的模具加工中,以此加工的模具通常具有更高的加工精度与表面质量。另外,五轴加工中心在航空航天、军事装备、汽车零件、生物植入体等具有空间曲面结构的高精度零件制造过程中发挥着重要的作用,尤其在叶轮、螺旋桨、异形转子、曲轴等零件的一体化加工中,五轴加工中心起到了不可替代的作用。

1.2    功能特点

旋转刀具中心点功能,又称 RTCP 功能,是通过机床旋转轴运动与平移轴运动联动插补,实现加工时刀具轴线绕刀具中心点旋转的功能。RTCP 功能也可以解释为对机床的旋转运动造成的刀具中心相对于工件坐标系的平动的补偿。RTCP 功能主要的实现原理是让数控系统根据五轴机床的结构、刀具的长度和工件的位置, 计算在工件坐标系下刀具中心相对于每一个旋转轴的摆长;然后根据刀具的摆长和旋转运动,计算工件坐标下的补偿平动运动;最终对补偿值进行坐标旋转,从工件坐标系旋转为机床坐标系,得到机床坐标系下平移轴的补偿平动运动。在工业应用中,该技术也被称为“刀尖编程”,其实这只是应用了  RTCP 功能的结果。采用刀尖编程的优势在于,只要使用同一品牌具有 RTCP 功能的数控系统,其编制的加工程序可以无需顾及各异的机床结构运行于各台机床。

表面优化压缩功能,是数控系统根据机床设定的公差范围,通过预读一定数量的加工程序段,对该程序段的G1 直线指令包含的五轴坐标进行多项式样条拟合, 将机床实际的运动从小步距的直线插补转化为大步距的样条插补,实现机床各轴速度和加速度的优化控制的功能。复杂自由曲面五轴加工程序通常由许多步距非常小的 G1 插补指令组成,每一个 G1 指令都包含刀具中心点的 X、Y、Z 位置坐标以及刀具轴线的方向。由于这些控制点坐标及其对应的刀具方向坐标,只是由理论曲面计算得出,难以考虑机床的结构以及机床实际可能的运动状况,因此,五轴加工程序可能造成机床旋转轴或平移轴在某些加工位置频繁加减速,导致机床产生严重的震动与进给速度不稳定,严重降低工件的表面质量。采用表面优化压缩功能,则可使机床根据自身结构与性能优化加工轨迹,提高工件表面质量,而且由于机床各轴的速度和加速度得到优化控制,加工速度也会获得大幅提升。

1.3    应用方式与优势

五轴高速加工中心根据使用时联动轴数量,分为两种常用使用方式:3+2 五轴定向加工与五轴联动加工,联动轴的数量深刻影响着切削时机床的刚度、总体精度以及刀具自由度。3+2 五轴定向加工方式是指平动轴联动旋转轴锁定的加工方式。这种方式通常用于斜平面的切削、斜孔钻铣或者曲率变化较小的自由曲面加工等。其优势在于可以使倾斜的几何特征旋转为水平或垂直的特征,简化了加工工艺,提高加工效率;并且伴随旋转轴的锁定,机床本身得以保持更大的刚性,从而可以选择更高效率的切削参数,也避免了旋转轴联动运动时,运动误差的叠加。五轴联动加工方式是指平动轴与旋转轴联动的加工方式。这种方式通常用复杂自由曲面的加工,尤其是回转型曲面工件加工,其优势在于实现了该类零件的一体化加工,加工过程可以实现一次装夹, 大大节约了加工时间,提高了加工的精度,保证回转型零件的同轴性。


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