近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了愈来愈普遍的应用。在实际应用中,每当人们碰见异形复杂零件高效、高质量加工难题时,五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。慢慢的变多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工。但是,你真的足够了解五轴加工吗?
想要真正地了解五轴加工,首先我们要读懂什么是五轴机床。五轴机床(5 Axis Machining),顾名思义,是指在X、Y、Z,三根常见的直线轴上加上两根旋转轴。A、B、C三轴中的两个旋转轴具有不一样的运动方式,以满足各种类型的产品的技术需求。
而在5轴加工中心的机械设计上,机床制造商始终坚持不懈地致力于开发出新的运动模式,以满足各种要求。综合目前市场上各类五轴机床,虽然其机械结构及形式多种多样,但是主要有以下几种形式:
4. 两个坐标轴在工作台上,但是旋转轴不与直线轴垂直(俯垂型工作台式)。
看过这些结构的五轴机床,我相信我们该明白了五轴机床什么在运动,怎样运动。可是,这么多样化的机床结构,在加工时究竟能展现出哪些特点呢?与传统的三轴机床相比,又有哪些优势呢?接下来就让我们来看看五轴机床有哪些发光点。
说起五轴机床的特点,就要和传统的三轴设备来比较。生产中三轴加工设施很常见,有立式、卧式及龙门等几种形式。常见的加工方法有立铣刀端刃加工、侧刃加工。球头刀的仿形加工等等。但无论哪种形式和方法都有着一个共同的特点,就是在工艺流程中刀轴方向从始至终保持不变,机床只可以通过X、Y、Z三个线性轴的插补来实现刀具在空间直角坐标系中的运动。所以,在面对下面这一些产品时,三轴机床效率低、加工表面上的质量差甚至无法加工的弊端就暴露出来了。
如上图,在左图中三轴切削方式,当切削刀具向顶端或工件边缘移动时,切削状态逐渐变差。而要在此处也保持最佳切削状态,就需要旋转工作台。而如果我们要完整加工一个不规则平面,就必须将工作台以不同方向旋转多次。可以看见,五轴机床还能够尽可能的防止球头铣刀中心点线的情况,获得更好的表面质量。
如上图,针对航空航天领域内应用的叶轮、叶片和整体叶盘等零件,三轴设备由于干涉原因不足以满足工艺技术要求。而五轴机床就能够完全满足。同时五轴机床还能够正常的使用更短的刀具来加工,提升系统刚性,减少刀具的数量,避免了专用刀具的产生。对我们的企业老板来说,意味在刀具成本方面,五轴机床将会给您省钱了!
如上图能够准确的看出五轴加工中心还能够大大减少基准转换,提高加工精度。在实际加工中,只需一次装夹,加工精度更为容易得到保证。同时五轴加工中心由于过程链的缩短和设备数量的减少,工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。这在某种程度上预示着您可以用更少的夹具,更少的厂房面积和维护费用,来完成更高效更高质量的加工!
五轴数字控制机床的完整加工快速缩短了生产的全部过程链,可以使生产管理和计划调度简化。工件越复杂,它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显。
对于航空航天、汽车等领域的企业,有的新产品零件及成型模具形状很复杂,精度要求也很高,因此具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五轴数控加工中心可以很好地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题,快速缩短研发周期和提高新产品的成功率。
综上所述,五轴机床实在是有太多太多优点,但是五轴机床刀具姿态控制,数控系统,CAM编程和后处理都要比三轴机床复杂得多!同时,我们说到五轴机床,就必须得说真假五轴的问题,我们都知道真假五轴最大的不同之处在于RTCP功能,然而何谓RTCP,它是怎么产生的又该如何应用?下面我们就结合机床结构和编程后处理来具体了解一下RTCP,了解它的线关于RTCP
RTCP,在高档五轴数控系统里,认为RTCP即是Rotated Tool Center Point,也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中,追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时,由于回转运动,产生刀尖点的附加运动。数控系统控制点往往与刀尖点不重合,因此数控系统要自动修正控制点,以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。业内也有将此技术称为TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其实这些称呼的功能定义都与RTCP类似,严格意义上来说,RTCP功能是用在双摆头结构上,是应用摆头旋转中心点来进行补偿。而类似于RPCP功能主要是应用在双转台形式的机床上,补偿的是由于工件旋转所造成的的直线轴坐标的变化。其实这些功能殊途同归,都是为了保持刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。所以为了表述方便,本文统一此类技术为RTCP技术。
而对于不具备RTCP的五轴机床和数控系统是如何来解决直线轴坐标偏移这样的一个问题呢?我们大家都知道现在国内很多五轴数字控制机床和系统都属于假五轴,所谓假五轴,实际上的意思就是指不带RTCP功能的机床。真假五轴,既不是看长相也不是看五个轴是否联动,要知道假五轴也可以做五轴联动。假五轴的区别主要在于其没有真五轴RTCP算法,也就是说假五轴编程需要仔细考虑主轴的摆长及旋转工作台的位置。这就从另一方面代表着用假五轴数控系统和机床编程时,必须依靠CAM编程和后处理技术,事先规划好刀路。
同样一个零件,机床换了或者刀具换了,都必须重新进行CAM编程和后处理。并且假五轴机床在装夹工件时需要保证工件在其工作台回转中心位置,对操作者来说,这在某种程度上预示着需要大量的装夹找正时间,且精度得不到保证。即使是做分度加工,假五轴也麻烦很多。而真五轴只需要设置一个坐标系,只需要一次对刀,就能够实现加工。
这样处理的结果不仅会导致加工精度不足,效率低下,所生成的程序不具有通用性,所需人力成本也很高。同时由于每台机床的回转参数不同,都要有对应的后处理文件,对于生产也会造成极大的不便。再者假五轴其生成程序没办法改动,实现手工五轴编程基本没有可能。同时因没有RTCP功能,其衍生的众多五轴高级功能都没办法使用,比如五轴刀补功能等。