五轴联动加工中心介绍

一、 五轴联动数控机床的战略价值 装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间蝶船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。由此可见，五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。 现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助五轴数控系统。由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。但近年来，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这一战略性产业的至高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代！以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。中国不仅要做世界制造的大国，更要做世界制造强国！预计在不久的将来，随着五轴联动数控机床系统的普及推广，必将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础！二、五轴联动加工中心 加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心，立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展，五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适宜象汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。（本期介绍立式五轴加工中心）立式五轴加工中心这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力 矩。 另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。 五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志。 国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上，又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的应用，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，CIMT99展会上，国产五轴联动数控机床登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以后，北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业，相继开发了五轴联动数控机床青岛群益机床附件设备有限公司 地址： 青岛市李沧区重庆中路752-32号联系人：刘忠革电话：89888916手机：13656395822 传真：邮编：266100网址： www.qd-E-mail： qdqyjd663精密五轴加工中心NJ-5HMC401 机床主要用途、适用范围1.1 NJ-5HMC40五轴加工中心为五轴五联动（X、Y、Z、B、C轴）机床，采用模块化设计结构。工作台为连续分度的回转工作台（C轴0360）、主轴头为连续分度摆动头（B轴0110），可实现任意五轴五联动加工。1.2 本机床由计算机进行数字控制，具有直线、圆弧和螺旋线插补等功能。1.3 本机床为高效率、高精度、高柔性的五轴五联动加工中心。1.4 本机床还可订货供应两工位托板工件自动交换装置（简称 2PC）、工件检测系统、刀具检测系统以及相应的数控系统。可对工件位置尺寸等进行自动测量，并能检测刀具的磨损或破损情况，实现刀具寿命管理。1.5 本机床在工件一次装夹后，可完成铣、镗、铰、攻丝和轮廓的粗、精加工。1.6 NJ-5HMC40是精密级的加工中心，其定位精度和回转工作台分度精度分别达到微米级水平。1.7 本机床广泛适用于叶片、叶轮、模具工业等各种类型的机械加工行业中的复杂曲面零件加工，能满足中、小型箱体零件和空间曲面多品种加工的需要。2 机床主要特点2.1 设计特点NJ-5HMC40 五轴加工中心采用模化结构设计，可最大限度的适应各种加工工件形状、范围的变化以满足不同用户的需求。高刚性的模化结构设计，确保了机床高刚性和高精度，可实现从简单零件到复杂曲面的粗、精加工。模化结构设计的多种形式工作台可满足和完成各种特殊的加工需求，并具有机床占地面积小，使得用户的投资更经济等特点。2.2 主要结构机床床身、立柱、拖板、主轴箱、工作台等均采用密烘铸铁并进行合理的加强筋结构，确保获得最佳的静态和动态刚性。机床倾斜床身、固定框式立柱结构，确保机床的高稳定性和高刚性；而刚性较高、质量较轻的框式结构拖板和主轴箱，确保了机床 60m/min的快移速度和1g的加速度。机床的回转工作台（C 轴）安装在床身的倾斜面上，各运动轴均安装在立柱上。而全封闭的防护罩将加工区和坐标的运动区完全分开，这样的设计有利于冷却液和切屑的排除，减少因切屑液温度变化引起床身的热变形；同时由于各运动轴的导轨、驱动装置及电机、检测系统、行程开关、电缆等均设置在加工区之外，这样既提高了机床的可靠性，又便于机床的维修。2.3 机床导轨和轴的驱动机床X、Y、Z 轴采用精密级预紧的循环滚柱直线导轨，并采用精密刮研技术对其安装基面进行精密刮研，确保导轨具有较高的刚性和微米级的精度。各直线轴均采用22NM的交流伺服电机直接驱动大导程双螺母丝杠副，其中X轴采用双丝杠副和双伺服电机同步驱动。2.4 机床检测系统机床X、Y、Z 轴均采用HEIDENHAIN直线光栅尺实现全闭环检测，其中X轴采用双光栅尺检测以确保X轴的定位高精度。机床B（摆动头）、C（回转工作台）回转轴也采用HEIDENHAIN圆光栅尺实现全闭环检测，以确保回转轴的定位精度。2.5 机床主轴机床配置了适应高速加工的电主轴，其主轴采用陶瓷球轴承并配置油、气润滑装置使主轴最高转速达40000r/min，主轴锥孔采用HSK-E40。主轴轴系温度控制采用了全封闭式循环冷却液恒温控制装置，可确保主轴轴系精度的稳定。机床主轴功率可根据用户加工需要进行选择，可选主轴转速为15000 r/min25000 r/min，扭矩为5080NM，主轴锥孔采用HSK-A63。2.6 机床冷却系统本机床采用半干式冷风装置作为切削冷却系统，它不仅为高速切削加工提高了零件的加工效率，而且可使工件的加工精度和表面质量达到更高的水平。由于冷却采用的是清洁空气和微量的油雾并可配置油雾处理装置，加之机床采用全封闭的防护罩，使机床成为绿色环保加工。2.7 自动换刀系统机床刀库容量为20把（选购为48把），采用盘式刀库由伺服电机驱动进行分度选刀与机床主轴头的运动来实现无机械手的自动换刀。此方式动作简单、可靠。2.8 数控系统机床配置了超小型、超薄型的FANUC Series 18i-MB5数控系统，具有高功能、高可靠性的开放式CNC，CNC控制部分和液晶显示器（10.4彩色显示器）集成一体。采用了FSSB、 I/O Link超高速串行通信，简化了硬件连接的接线，具有丰富的网络功能（以太网为标准配置），与因特网连接可实现远程诊断；系统配有RISC处理器，具有AL纳米级高精度轮廓控制、刀具中心点控制、三维刀具半径补偿、三维圆弧插补等功能。本系统还适用于高功率、高速度的I系列数字交流伺服驱动及伺服电机，使机床具有高精度、高效率的加工功能。主要技术参数序号项 目规 格单 位1工作台面尺寸（直径）400mm2工作台最大承重500kg3回转工作台（C轴）分度数0.0013600004最大工件直径500mm5最大工件高度500 mm6回转工作台转速025r/min7摆动头（B轴）转速020r/min8摆动头分度数0.0011100009X坐标行程700mm10Y坐标行程500mm11Z坐标行程400mm12B轴回转范围0-11013C轴回转范围036014主轴锥度标准NO 40 选购 HSK-E4015主轴转速标准 020000 选购 040000r/min16进给速度(X、Y、Z)20000mm/min17快移速度(X、Y、Z)60000 mm/min18定位精度（X、Y、Z）0.004 （采用标准ISO230-2：1997）mm19重复定位精度（X、Y、Z）0.002 （采用标准ISO230-2：1997）mm20B轴回转分度定位精度10 （采用标准ISO230-2：1997）21B轴回转分度定位精度6 （采用标准ISO230-2：1997）22C轴回转分度定位精度5 （采用标准ISO230-2：1997）23C轴回转分度定位精度3 （采用标准ISO230-2：1997）24标准控制系统FANUC 18i （五轴五联动）图片： 图片： 图片： 看来这种设备国内非常少了，这种机床即可联运亦可单动，其主要特点是可以加工异面及曲面等，比如复杂曲面的模具，船舶的螺旋浆等。现介绍一下我们公司“五轴联动龙门加工中心”型号： 3D FPF产地： 德国WALDRICH COBURG技术参数X轴行程 7200mmY轴行程 3100mmZ轴行程 1450mmB轴行程 +/-95C轴行程 无极限横梁到工作台高度： 2200mm工件可过双柱（龙门）宽度：2500mm工作台尺寸 7000X2000主轴转速 254500U/min工作台承重： 40T自重： 130T镗铣头主电机： 25KW