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多轴控制的高速加工中心

作者:  信息来源:info.mt.hc360.com  2006-4-2

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以往对飞机、涡轮机、水轮机和各类模具中具有高附加价值的复杂形状零部个,都采用多道工序和多台机床进行加工。这样有仅加工周期长,还由于多次装夹而难以达到高精度。牌价推出加工中心之后,在一次装夹中可以对坯料的五个面进行平面、曲面、钻孔和铰孔等多种加工,从而缩短了加工周期和提高了加工精度。现在则要进一步扩展...
  

    6轴控制与5轴控制一样需要设置主处理器和后处理器。但由于这时刀具与工件之间的关系使6个自由度。为此更要设法防止发生干涉,一旦发生干涉就无法继续加工。其后同样要在已生成的CL数据基础上由后处理器按不同类型的6轴控制加工中心生成NC数据。 

    发展趋向 

    用5轴控制加工的NURBS插补 

    由于对自由曲面进行精加工的NC数据是以连续的微小线段组合来表达,所以复杂开头的NC数据量非常庞大。现在则因存储器价格便宜,所以可作大容量储存,还可以与FA-LAN的DNC运转相结合高速传送数据进行加工。但在对于以高速加工为主的今天,NC数据的传送速度总是跟不上刀具的进给速度,从而使加工品质下降。为此使用大量数据的5轴控制必须进一步提高速度。 

    现在已经有用自由曲线对3维点群座进行插补的表示形状方法。用NURBS表示自由曲线则可为NC数据提供相当多的信息,从而使数据量大幅度减少。另一方面,现在已经开始将3轴控制的NURBS表达方式扩展到5轴控制中,从而减少了5轴控制中,从而减少了NC数据的位置。 

    利用二次曲面头立铣刀作5轴控制加工  

    使用球头立铣刀对自由曲面进行精加工时,因用一把刀具加工面不需要调换刀具,所以也不会发生刀具啮合问题,但必须选择与加工面最大曲率半径相适应的小直径球头立铣刀。如果欲获得由加工所形成的凹形高度很低的良好的加工面,就必须减少设定的进给间距,从而啬了切削距离和加工时间。解决这个问题的方式之一是使用称为二次曲面头立铣刀的特殊形状刀具进行5轴控制切削加工。  

    所谓二次曲面头立铣刀是一种以圆锥曲线围绕中心轴回转形成头部形状的铣刀。头部形状有回转抛物面、回转双曲面和回转椭圆面三种类型。在回转面上带有许多切刃,但它的切刃与球头立铣刀不同,是带有连续变化的各种曲率。它们的曲率可从各圆锥曲线公式求得。  

    用这种铣刀切削时不像球头立铣刀那样只有一个曲率,而是可以选择其中与加工面相吻合的曲率。命名如对加工面上曲率大的部分用铣刀头部附近的切刃加工,曲率小的部分则可用铣刀侧面的切刃进行加工,这样就有加大进给间距,缩短加工时间的优点。  

    可以自动生成使用二次曲面头立铣刀的5轴控制高效率加工自由曲面的CAM软件,现已开发出来。伴有超声波振动的6轴控制加工。  

    在用常规条件对铝等软性金属进行6轴控制加工时,有表面粗糙度很有效期的缺点。现在有一种在刀具夹持器上安装超声波工具的方法进行6轴控制加工,这样不仅可使视在切削速度加快,还可以明显地改善加工面的粗糙度,是可取的方法。  

    超高速加工  

    约在10年前,主轴转速达到每分钟10万转的超高速CNC铣床面世之后,推动了用高速铣削方法加工模具和其他产品中复杂形状零部件的技术研究。接着又有硬度为HRC60的烧结立方氮化硼球头立铣刀的问世。这种高硬度刀具不仅可以进行每分钟超过1000m的超高速切削加工,还具有较长的使用寿命。  
    此后,由于用高速铣削加工模具和其他产品复杂形状零部件获得成功,此项技术就得到人们的关注。与此同时高速切削加工中心、刀具、辅助工具和CAD/XAM也开发出来并推向市场,从此以后高速加工技术得到了广泛的应用,并成为一种趋势。  

    超高速加工中心  

    超高速型主轴  

    超高速型主轴的dm.n值超过200万,其中dm是轴承范围节圆直径,单位为mm,n是每分钟最高转速,单位为rpm。为此专门开发了陶瓷滚珠的向心推力轴承,通过适合于使用的陶瓷滚珠的小直径化来降低离心力和减少发热,以及采用座圈下润滑方式来实现 高速回转。  

    此外还开发了与球轴承不同的非接触式油及空气静压轴承,空气静压轴承和磁轴承等新型轴承。其中空气静压轴承用于超高速CNC铣床中获得了成功,并进入了实用皆段。装有这种轴承的超高速机床的特点是主轴跳动极小,只有0.005um,特别适用于小直径立铣刀或刀具进行高速、高精度切削。它的另一个特点是易于掌握,只要经过短期培训即可操作,解决了费时的培训问题。增加了自动调换刀具装置之后,构成了一台完整的加工中心。最初达到实用化的高速加工中心的主轴转速为每分钟8万转。用于实验的刀具直径是m。如果后来又推出了采用同样方式的安装了每分钟15万转主轴的超高速加工中心,用于实验的刀具直径是φ6m。  
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