本文介紹了海德漢iTNC530五軸加工功能在數(shù)控龍門鏜銑床上的應用,說明了五軸加工特點及擺角銑頭結(jié)構(gòu)和應用蛔乖。

概述五軸加工是指在一臺機床上至少有五個坐標軸(例如三個直線坐標軸和兩個旋轉(zhuǎn)坐標軸),而且可在數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的控制下同時協(xié)調(diào)運動進行加工叉弦。這樣的五軸聯(lián)動數(shù)控加工可以加工一般三軸數(shù)控機床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續(xù)摹恨、平滑的自由曲面隧魄。如航空發(fā)動機和汽輪機的葉片,艦艇用的螺旋推進器,以及許許多多具有特殊曲面和復雜型腔卓练、孔位的殼體和模具等,如用普通三軸數(shù)控機床加工,由于其刀具相對于工件的位姿角在加工過程中不能變,加工某些復雜自由曲面時,就有可能產(chǎn)生干涉或欠加工(即加工不到)。而用五軸聯(lián)動的機床加工時,則由于刀具的位姿角在加工過程中隨時可調(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购啄。我廠自主研發(fā)的XK2130型數(shù)控龍門鏜銑床(圖1)配備可供用戶選擇的附件庫,附件庫中各種銑頭可根據(jù)加工需要自動交換,其中的擺角銑頭(A襟企、C軸)可與主機其它三個坐標軸(X、Y狮含、Z)聯(lián)動參與插補,實現(xiàn)五軸加工功能顽悼。該機采用海德漢公司全數(shù)字化驅(qū)動技術(shù)的iTNC530數(shù)控系統(tǒng),實現(xiàn)了高速加工,提高了加工精度、質(zhì)量和效率甸持。

2．機床電氣控制系統(tǒng)組成該機床有4個直線坐標,X坐標驅(qū)動工作臺,其行程達9m孝仅；Y坐標驅(qū)動滑座,行程4．75m；Z坐標驅(qū)動滑枕,行程0．9m珊娩；W坐標驅(qū)動橫梁,行程2．3m逊参；X/Y/Z三個坐標采用帶距離碼的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；W軸采用兩個電機雙驅(qū)同步控制,采用HEIDENHAIN絕對值編碼器反饋方式,接通電源就能立即建立絕對參考坐標系,避免了每次系統(tǒng)上電需重回參考點的麻煩晕财；擺角銑頭中A軸和C軸采用了西門子1FT6伺服電機,A軸在±95o之間擺動,A軸采用HEIDENHAIN絕對值編碼器反饋方式,C軸在±200o之間轉(zhuǎn)動洪铣；附件庫運送銑頭的小車(u軸)采用PLC定位軸控制方式,配合控制程序?qū)崿F(xiàn)自動更換附件庫中的各種銑頭。機床主軸驅(qū)動采用海德漢QAN系列伺服主軸電機,各項進給選用海德漢QSY系列伺服電機行兼。針對該機床的結(jié)構(gòu)特點,電氣控制系統(tǒng)配置了iTNC530數(shù)控系統(tǒng)辩洪、海德漢UM系列數(shù)字變頻器驅(qū)動控制系統(tǒng)。

圖1 XK2130型數(shù)控龍門鏜銑床

3．實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工3．1結(jié)構(gòu)特點在大型數(shù)控龍門鏜銑床中采用擺角銑頭(圖2)是實現(xiàn)五軸加工的重要方式楣善。在本機床中擺角銑頭安裝在滑枕端面上合荞。擺角銑頭主要由聯(lián)接盤、聯(lián)接軸陡花、支承體僻邀、銑頭體等部件組成。聯(lián)接盤與方滑枕聯(lián)接在一起,聯(lián)接軸通過花鍵與主機主軸聯(lián)接并傳遞動力；支承體通過電機驅(qū)動可實現(xiàn)±200°旋轉(zhuǎn)(C軸)掠剑；C軸位置檢測依靠電機內(nèi)置編碼器,由接近開關檢測C軸原點屈芜。銑頭體通過電機驅(qū)動可實現(xiàn)±95°旋轉(zhuǎn)(A軸)。A軸位置檢測元件為HEIDENHAIN絕對值角度編碼器朴译。因此擺角銑頭是具有兩個數(shù)控旋轉(zhuǎn)軸(A井佑、C軸)、可與主機配合實現(xiàn)五軸聯(lián)動的多功能附件.

圖2 擺角銑頭簡圖

3．2系統(tǒng)要求CNC控制系統(tǒng)是實現(xiàn)五軸加工的重要組成部分,它在很大程度上決定著機床加工的速度眠寿、精度和表面質(zhì)量躬翁。海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)是適合銑床、加工中心或需要優(yōu)化刀具軌跡控制之加工過程的通用性控制系統(tǒng),五軸加工功能豐富易用,它具有強大的坐標系旋轉(zhuǎn)盯拱、平面定義功能盒发；刀具中心點管理功能(TCPM)；支持多種五軸加工格式(刀具矢量或旋轉(zhuǎn)軸角度)狡逢；多種安全功能(實時碰撞監(jiān)控DCM宁舰、斷電安全退刀)；手輪干預程序運行(五軸加工時通過手輪干預空間軸)奢浑；圓柱面加工功能捅我；五軸加工刀具軸精確控制功能。針對五軸加工的復雜曲面,如果要實現(xiàn)高速鹤叹、高精和高表面質(zhì)量加工,必須具備好的硬件基礎篓翠、良好的伺服性能及高速控制能力。在硬件上,iTNC530采用了全數(shù)字化驅(qū)動技術(shù)雨担。其位置控制器、速度控制器和電流控制器全部實現(xiàn)數(shù)字控制暑苍。數(shù)字電機控制技術(shù)能獲得非常高的進給速率由颗。海德漢iTNC530是最優(yōu)秀的3-D輪廓加工數(shù)控系統(tǒng),3-D程序段處理時間只有0。5ms,通過優(yōu)化路徑控制越稻、提前計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)量情況下以最大進給率加工,在最短的時間內(nèi)加工出完美的復雜輪廓曲面坛铭。

3．3五軸加工程序用五軸加工復雜的3-D輪廓,加工程序通常用機床外的CAD/CAM系統(tǒng)生成,然后再通過iTNC530自帶的以太網(wǎng)接口傳到數(shù)控系統(tǒng)中,同時iTNC530系統(tǒng)提供了點過濾工具,可以對CAD/CAM系統(tǒng)生成的NC程序進行平滑優(yōu)化處理,使輪廓更平滑、運行程序速度更快和加加速更平滑键瓢。下面是本機床加工如圖3所示工件的部分程序:

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)展永恒的主題秤歼。我廠研發(fā)的XK2130型數(shù)控龍門鏜銑五軸加工機床既滿足了加工某些具有特殊要求的復雜形面的大型工件,同時也提高了對這些形面的加工精度、質(zhì)量和工效订骂。擺動銑頭的應用,為發(fā)展加工大型復雜空間曲面的五軸龍門式高速精密鏜銑床提供了技術(shù)支持射桅。該機2008年4月在北京數(shù)控機床展覽會上成功展出,并榮獲展會最高獎“春燕獎”。

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