五軸加工是指在一臺(tái)機(jī)床上至少有五個(gè)坐標(biāo)軸(例如三個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸),而且可在數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。這樣的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工可以加工一般三軸數(shù)控機(jī)床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續(xù)、平滑的自由曲面帅挫。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的葉片,艦艇用的螺旋推進(jìn)器,以及許許多多具有特殊曲面和復(fù)雜型腔、孔位的殼體和模具等,如用普通三軸數(shù)控機(jī)床加工,由于其刀具相對(duì)于工件的位姿角在加工過(guò)程中不能變,加工某些復(fù)雜自由曲面時(shí),就有可能產(chǎn)生干涉或欠加工(即加工不到)喘疹。而用五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床加工時(shí),則由于刀具的位姿角在加工過(guò)程中隨時(shí)可調(diào)整,就可以避免刀具工件的干涉并能一次裝夾完成全部加工抡草。

我廠自主研發(fā)的XK2130型數(shù)控龍門(mén)鏜銑床(圖1)配備可供用戶選擇的附件庫(kù),附件庫(kù)中各種銑頭可根據(jù)加工需要自動(dòng)交換,其中的擺角銑頭(A、C軸)可與主機(jī)其它三個(gè)坐標(biāo)軸(X蔗坯、Y康震、Z)聯(lián)動(dòng)參與插補(bǔ),實(shí)現(xiàn)五軸加工功能燎含。該機(jī)采用海德漢公司全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)的iTNC530數(shù)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了高速加工,提高了加工精度、質(zhì)量和效率腿短。

2．機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成

該機(jī)床有4個(gè)直線坐標(biāo),X坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái),其行程達(dá)9m瘫镇；Y坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)滑座,行程4．75m；Z坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)滑枕,行程0．9m答姥；W坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)橫梁,行程2．3m铣除；X/Y/Z三個(gè)坐標(biāo)采用帶距離碼的HEIDENHAIN直線光柵尺(1Vpp正弦波)全閉環(huán)反饋方式,系統(tǒng)上可短程回參考點(diǎn)；W軸采用兩個(gè)電機(jī)雙驅(qū)同步控制,采用HEIDENHAIN絕對(duì)值編碼器反饋方式,接通電源就能立即建立絕對(duì)參考坐標(biāo)系,避免了每次系統(tǒng)上電需重回參考點(diǎn)的麻煩鹦付；擺角銑頭中A軸和C軸采用了西門(mén)子1FT6伺服電機(jī),A軸在±95o之間擺動(dòng),A軸采用HEIDENHAIN絕對(duì)值編碼器反饋方式,C軸在±200o之間轉(zhuǎn)動(dòng)尚粘；附件庫(kù)運(yùn)送銑頭的小車(chē)(u軸)采用PLC定位軸控制方式,配合控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)更換附件庫(kù)中的各種銑頭。機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)采用海德漢QAN系列伺服主軸電機(jī),各項(xiàng)進(jìn)給選用海德漢QSY系列伺服電機(jī)敲长。針對(duì)該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電氣控制系統(tǒng)配置了iTNC530數(shù)控系統(tǒng)郎嫁、海德漢UM系列數(shù)字變頻器驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

圖1 XK2130型數(shù)控龍門(mén)鏜銑床

3．實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工

3．1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在大型數(shù)控龍門(mén)鏜銑床中采用擺角銑頭(圖2)是實(shí)現(xiàn)五軸加工的重要方式爬账。在本機(jī)床中擺角銑頭安裝在滑枕端面上源相。擺角銑頭主要由聯(lián)接盤(pán)、聯(lián)接軸横罪、支承體下乱、銑頭體等部件組成。聯(lián)接盤(pán)與方滑枕聯(lián)接在一起,聯(lián)接軸通過(guò)花鍵與主機(jī)主軸聯(lián)接并傳遞動(dòng)力蚂悯；支承體通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)±200°旋轉(zhuǎn)(C軸)条肢；C軸位置檢測(cè)依靠電機(jī)內(nèi)置編碼器,由接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)C軸原點(diǎn)。銑頭體通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)±95°旋轉(zhuǎn)(A軸)蒜薇。A軸位置檢測(cè)元件為HEIDENHAIN絕對(duì)值角度編碼器稀忘。因此擺角銑頭是具有兩個(gè)數(shù)控旋轉(zhuǎn)軸(A、C軸)脯堂、可與主機(jī)配合實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)的多功能附件.

圖2 擺角銑頭簡(jiǎn)圖

3．2系統(tǒng)要求

CNC控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)五軸加工的重要組成部分,它在很大程度上決定著機(jī)床加工的速度扣筛、精度和表面質(zhì)量。海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)是適合銑床颤与、加工中心或需要優(yōu)化刀具軌跡控制之加工過(guò)程的通用性控制系統(tǒng),五軸加工功能豐富易用,它具有強(qiáng)大的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)水导、平面定義功能；刀具中心點(diǎn)管理功能(TCPM)挚躯；支持多種五軸加工格式(刀具矢量或旋轉(zhuǎn)軸角度)强衡；多種安全功能(實(shí)時(shí)碰撞監(jiān)控DCM、斷電安全退刀)码荔；手輪干預(yù)程序運(yùn)行(五軸加工時(shí)通過(guò)手輪干預(yù)空間軸)；圓柱面加工功能感挥；五軸加工刀具軸精確控制功能缩搅。

針對(duì)五軸加工的復(fù)雜曲面,如果要實(shí)現(xiàn)高速越败、高精和高表面質(zhì)量加工,必須具備好的硬件基礎(chǔ)、良好的伺服性能及高速控制能力硼瓣。在硬件上,iTNC530采用了全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)究飞。其位置控制器、速度控制器和電流控制器全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制堂鲤。數(shù)字電機(jī)控制技術(shù)能獲得非常高的進(jìn)給速率亿傅。

海德漢iTNC530是最優(yōu)秀的3-D輪廓加工數(shù)控系統(tǒng),3-D程序段處理時(shí)間只有0。5ms,通過(guò)優(yōu)化路徑控制瘟栖、提前計(jì)算輪廓和控制加加速(Jerk)算法,減少輪廓偏差,在保證表面質(zhì)量情況下以最大進(jìn)給率加工,在最短的時(shí)間內(nèi)加工出完美的復(fù)雜輪廓曲面葵擎。

3．3五軸加工程序

用五軸加工復(fù)雜的3-D輪廓,加工程序通常用機(jī)床外的CAD/CAM系統(tǒng)生成,然后再通過(guò)iTNC530自帶的以太網(wǎng)接口傳到數(shù)控系統(tǒng)中,同時(shí)iTNC530系統(tǒng)提供了點(diǎn)過(guò)濾工具,可以對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)生成的NC程序進(jìn)行平滑優(yōu)化處理,使輪廓更平滑、運(yùn)行程序速度更快和加加速更平滑虽苫。

下面是本機(jī)床加工如圖3所示工件的部分程序:

0BEGINPGMQH_v5MM

1;Date:TueApr0117:15:312008

2;Programmer:cn1070

3;PartFileName:D:\Show\qier\QH_2_stp.prt

4;ToolNumber:2

5;ToolName:MILLToolDiameter:63.000ToolLength:75.000

6BLKFORM0.1ZX+0Y+0Z-20

7BLKFORM0.2X+100Y+100Z+0

8CYCLDEF247DATUMSETTING~

Q339=+6;DATUMNUMBER

9LR0FMAX

10TOOLCALL2ZS150

11CYCLDEF32.0TOLERANCE某蛆；循環(huán)32控制公差

12CYCLDEF32.1T0.1

13CYCLDEF32.2HSC-MODE:1TA0.5

14CYCLDEF7.0DATUMSHIFT

15CYCLDEF7.1X+0

16CYCLDEF7.2Y+0

17CYCLDEF7.3Z-200

18LM128F3000；啟動(dòng)刀具中心點(diǎn)管理功能

19LX+15.775Y+72.947Z+589.285C+24.533A-43.056F3000M3

20LY+73.013Z+589.229C+24.531A-43.053

……

133LY+1314.343Z+697.881C+170.86A-26.888

134LY+1314.376Z+697.898C+170.861A-26.888

135LX+42.003Y+1317.852Z+701.61C+171.229A-26.597

136LY+1317.786Z+701.578C+171.228A-26.597

……

765LM129沾陡；取消刀具中心點(diǎn)管理功能

7766CYCLDEF7.0DATUMSHIFT

7767CYCLDEF7.1X+0

7768CYCLDEF7.2Y+0

7769CYCLDEF7.3Z+0

7770CYCLDEF32.0TOLERANCE

7771CYCLDEF32.1

7772M30

7773ENDPGMQH_v5MM

圖3 加工中的擺角銑頭

4．結(jié)論:

提高加工質(zhì)量和工效,充分滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的要求是制造技術(shù)發(fā)展永恒的主題诸跳。我廠研發(fā)的XK2130型數(shù)控龍門(mén)鏜銑五軸加工機(jī)床既滿足了加工某些具有特殊要求的復(fù)雜形面的大型工件,同時(shí)也提高了對(duì)這些形面的加工精度、質(zhì)量和工效蔫沐。擺動(dòng)銑頭的應(yīng)用,為發(fā)展加工大型復(fù)雜空間曲面的五軸龍門(mén)式高速精密鏜銑床提供了技術(shù)支持彼使。該機(jī)2008年4月在北京數(shù)控機(jī)床展覽會(huì)上成功展出,并榮獲展會(huì)最高獎(jiǎng)“春燕獎(jiǎng)”。

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