高精度五轴加工的车铣中心.doc

高精度五轴加工的车铣中心 　　在金属切削加土领域，应用最多的是车削和铣削加工，也就是说，车床和铣床的应用最普遍。为了提高加工效率，缩短辅助时间，在考虑工序集成的时候，首先进行车、铣工序的集成，即在车床上增加铣削功能，或在铣床上增加车削功能。所以，车、铣复合加工机床是现在发展最快、品种最多、应用最普遍的复合机床。提高车铣复合加工机床的精度和加土效率也最有现实意义。提高精度和效率的方法多种多样，这里介绍一台由德国Carl Ben-zinger 公司创新开发的“Take5”型五轴车、铣中心，供业界参考。 　　这台在EMO2007上首次亮相的“Take5”型机床（如图1所示），结构紧凑，采用特殊的坐标轴布置，显著地提高了机床的精度、柔性和生产率。其结构特点为：床身是稳定而加强的铸铁斜床身，结构紧密，具有很高的刚性和较大的阻尼。作为主要构件的主轴和对置副主轴结构相同（见图2），分别安置于两个分开的滑块上，彼此独立地在纵向和横向运动。具有16个刀位的星状转塔刀架处于工作区域下面，在所有位置上都可以装车刀、或有选择地装上动力镗刀和铣刀。 图1 高精度与柔性和高生产率结合的Take5型车、铣中心机床 图2 结构相同并安装在各自独立运动的滑块上的主轴和对置副主轴　　 　　此外，在工作区的上方有一个铣削主轴，这是一大特点。铣削主轴可垂直方向移动125mm ，绕B轴摆转180 °。这样，不仅在主主轴上，而且在对置的副主轴上都很适合对复杂几何形状的零件进行五轴加工。根据扩充的需要，在一个盘状刀库上可以安装多达52把刀，自动为铣削主轴更换刀具（图3）。 图3 多达52个刀夹的盘状刀库装调时间和费用最少 　　这个实现坐标轴特殊布置的方案有很多优点。首先是大大增加了机床配备的刀具数量，如转塔刀架有16 个刀位，盘状刀库的刀具交换装置山52个刀位。所以，在加工小批量昂贵的复杂零件时，机床的准备时间可大大缩短。铣削主轴适合以高达30000r/min 的转速夹持小的镗刀、铣刀和车刀进行加工，因为操作者在分配加工工序时，可以灵活的分配给主主轴或对置的副主轴，这种灵活性减少了准备时间。此外，在有16刀位的转塔刀架上装有16把镬刀、铣刀或车刀可供选用。通过精确的接口，可以按需要快速更换带有刀具的刀夹。 　　其次是在很小的结构空间里实现高精度和柔性。每个坐标轴部件单元只有两个轴向运动，因此，切削力经很短路径传至稳定的铸铁床身，避免了振动，有利于提高加工精度，有利于改善表面加工质量和延长刀具寿命。主轴和对置副主轴既可以把工件送到转塔刀架处，也可以送到铣削单元处，用相应的刀具进行加工。这就使得在工件的前端和后边交换加工成为可能，例如，当一个工件前端在用下面的铣削单元进行任意角度加工时，另一个工件的后端可以用转塔刀架的刀具进行车削、铿孔或铣削加工。由于不限制轴的运动自由度，所以，也可以相反进行加工。即零件后端用铣削单元，前端用转塔刀架的刀具照样可以进行同时加工。这种加工的可能性使生产率大大提高，在工件的前端和后端同时加工，使加工时间缩短近50%。而且，Take5型加工中心提供了其他机床至今未能实现的车削、镗孔、铣削和五轴铣削等复合加工的可能性。因此，很复杂的难加工的部件，可以在一个加工过程中实现全部加工。还有就是能用有效的控制方案进行可靠的编程。选用了经验证合用的控制方案，用户能在最短时间内熟悉Take5型车铣加工中心，快速而可靠地进行编程和操作机床。Take5机床的控制系统是西门子840D系统，由于在控制方面有成熟的经验，专家们已经把坐标轴附加运动和实用的、用户友好的五轴铣削功能都集成在系统中了，这对用户能用新技术进行生产非常有利。 　　除了加工单件和小批量零件外，还特别适于批量加工高精度零件。所以，制造商可根据用户当时的需求集成各种各样的自动化设备，如，通过输送带与自动取工件相连的棒料装载器，还可以选择盘类零件自动上下料的机器人，或者把制成品装底托和送往存储处的龙门架等。此外，当盘类零件可通过轨道或传送带输送时，集成的装料设备能快速在机床上搬运工件。 　　总之，新的设计方案通过主轴、刀具和运动轴的特殊布置，使批量生产中高生产率和高柔性理想地结合在一起了。