五軸聯動數控機床你真的了解嗎?
一、五軸聯動數控機床的種類
五軸機床是在(5 Axis Machining),在原有三軸的加工中心發展而來。根據根據ISO的規定,在描述數控機床的運動時,采用右手直角坐标系;其中平行于主軸的坐标軸定義爲z軸,繞x、y、z軸的旋轉坐标分别爲A、B、C。各坐标軸的運動可由工作台,也可以由刀具的運動來實現,但方向均以刀具相對于工件的運動方向來定義。通常五軸聯動是指x、y、z、A、B、C中任意5個坐标的線性插補運動。換言之,五軸,指x、y、z三個移動軸加任意兩個旋轉軸。五軸依據聯動軸擺動機構不同,有以下幾種分類:1、工作台搖籃式
基于傳統三軸加工中心的基礎,加上搖籃式工作台,工件進行擺動,變成3+2式的五軸聯動加工中心。聯動軸爲X/Y/Z/A/C,Y軸方向B軸不旋轉。
2、立式主軸雙擺頭
在擺頭中間一般有一個帶有松拉刀結構的電主軸,所以雙擺頭自身的尺寸不容易做小,加上雙擺頭活動範圍的需要,所以雙擺頭結構的五軸聯動機床的加工範圍不宜太小,而是越大越好,一般爲龍門式或動梁龍門式。聯動軸爲X/Y/Z/A/C,Y軸方向B軸不旋轉。
3、卧式主軸雙擺頭
在基于卧式加工中心結構的雙擺頭五軸聯動。聯動軸爲X/Y/Z/B/C,X軸方向A軸不旋轉。
4、工作台擺動式
在直驅電機成熟後,五軸聯動的結構也有了很大的改善。整個工作台可以進行雙擺動。目前C軸直驅能達到一定轉速,達到車削的效果。聯動軸爲X/Y/Z/B/C,X軸方向A軸不旋轉。
5、工作台主軸擺動
依據擺動機構的演變,工作台和主軸分别擺動,構成兩者的結合。聯動軸爲X/Y/Z/A/C,Y軸方向B軸不旋轉。
二、五軸聯動數控機床的優勢
1、可一次性完成零件的五面加工,減小重複裝夾次數,提高加工精度,節約時間。2、對于複雜零件多次裝夾需要重新尋找基準坐标,會影響加工的定位精度。用五軸聯動機床一次定位後能完成全部加工。高效并高精完成複雜零件的一次加工。
3、可完成空間曲面的加工,減小對設計、加工工藝的限制,提高産品的整體性能。
4、特别是對葉輪等複雜曲面,由于三軸設備刀具會與零件幹涉。而使用五軸聯動機床就能很好的避免。
5、利用刀軸可控性,讓刀具的側刃切削,提高效率及表面質量,延長了刀具壽命。
6、五軸機床可以靈活的調整刀具與工件的角度,五軸機床可以采用刀具側刃切削,加工效率更高。同時減少刀具的磨損。
7、在模加工中可對深腔,深槽進行加工,節約加工成本具。
8、縮短新産品研發周期。
三、關于RTCP
RTCP,在高檔五軸數控系統裏,認爲RTCP即是Rotated Tool Center Point,也就是我們常說的刀尖點跟随功能。在五軸加工中,追求刀尖點軌迹及刀具與工件間的姿态時,由于回轉運動,産生刀尖點的附加運動。數控系統控制點往往與刀尖點不重合,因此數控系統要自動修正控制點,以保證刀尖點按指令既定軌迹運動。業内也有将此技術稱爲TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其實這些稱呼的功能定義都與RTCP類似,嚴格意義上來說,RTCP功能是用在雙擺頭結構上,是應用擺頭旋轉中心點來進行補償。而類似于RPCP功能主要是應用在雙轉台形式的機床上,補償的是由于工件旋轉所造成的的直線軸坐标的變化。其實這些功能殊途同歸,都是爲了保持刀具中心點和刀具與工件表面的實際接觸點不變。
在RTCP功能開的情況下,控制系統隻改變刀具方向,刀尖位置仍保持不變。
而對于不具備RTCP的五軸機床和數控系統是怎麽解決直線軸坐标偏移這個問題呢?
我們知道現在國内很多五軸數控機床和系統都屬于假五軸,所謂假五軸,其實就是指不帶RTCP功能的機床。真假五軸,既不是看長相也不是看五個軸是否聯動,要知道假五軸也可以做五軸聯動。假五軸的區别主要在于其沒有真五軸RTCP算法,也就是說假五軸編程需要考慮主軸的擺長及旋轉工作台的位置。這就意味着用假五軸數控系統和機床編程時,必須依靠CAM編程和後處理技術,事先規劃好刀路。
同樣一個零件,機床換了或者刀具換了,都必須重新進行CAM編程和後處理。并且假五軸機床在裝夾工件時需要保證工件在其工作台回轉中心位置,對操作者來說,這意味着需要大量的裝夾找正時間,且精度得不到保證。即使是做分度加工,假五軸也麻煩很多。而真五軸隻需要設置一個坐标系,隻需要一次對刀,就可以完成加工。假五軸是依靠後處理技術,将機床第四軸和第五軸中心位置關系表明,來補償旋轉軸對直線軸坐标的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不僅僅是編程趨近點,更是包含了X、Y、Z軸上必要的補償。這樣處理的結果不僅會導緻加工精度不足,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。同時由于每台機床的回轉參數不同,都要有對應的後處理文件,對于生産也會造成極大的不便。再者假五軸其生成程序無法改動,實現手工五軸編程基本沒有可能。同時因爲沒有RTCP功能,其衍生的衆多五軸高級功能都無法使用,比如五軸刀補功能等。
其實對于五軸機床來說,它隻是我們爲了實現加工結果的工具,并無真假之分。重要的是我們的工藝決定了選用什麽方式加工,相對而言,真五軸機床性價比更高。