摘要：在《中國制造2025》明確的十大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域中，高端多軸數(shù)控機(jī)床是重點(diǎn)發(fā)展的新一代技術(shù)及高端制造裝備，其運(yùn)用是強(qiáng)化工業(yè)基礎(chǔ)能力、提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。本文由雅力士精機(jī)整理摘抄。大家可以參考閱讀。

        高端制造裝備應(yīng)用目前主要以五軸加工中心為主，其工藝特點(diǎn)為加工工序高度集中，可在一次裝夾中完成多個面的加工工序，減少裝夾和校正次數(shù)，避免因裝夾和校正造成的誤差，保證加工精度。同時，五軸加工中心還具備三軸加工中心沒有的高柔性、高精度、高集成性及全面加工能力，使復(fù)雜零件的加工變得更加容易，縮短加工周期。但是，目前一臺五軸加工中心的價格是普通加工中心的10倍左右，這對中小型企業(yè)而言，配備五軸加工中心具有一定的經(jīng)濟(jì)壓力。文章以中小型企業(yè)現(xiàn)有裝備為基礎(chǔ)，就解決新型高精產(chǎn)品的加工問題進(jìn)行分析研究。

        一、多軸加工中心特點(diǎn)分析

        （一）多軸加工中心結(jié)構(gòu)分析

        五軸聯(lián)動加工中心大多是“3+2”的結(jié)構(gòu)，即x、y、z三個直線運(yùn)動軸加上分別圍繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn)的a、b、c三個旋轉(zhuǎn)軸中的兩個旋轉(zhuǎn)軸組成。按兩個旋轉(zhuǎn)軸的組合形式來分，大體有雙轉(zhuǎn)臺式、轉(zhuǎn)臺加上擺頭式和雙擺頭式三種形式。這三種結(jié)構(gòu)分別決定了機(jī)床的規(guī)格和加工對象。其中，雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的五軸聯(lián)動機(jī)床在運(yùn)作時，工件需要在兩個旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動，因此，只適合加工小型零件，如小型整體渦輪、葉輪、小型精密模具等。雙軸臺式五軸聯(lián)動機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，價格相對低廉，因此也是數(shù)量最多的一類五軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床，如圖1所示。

        （二）多軸加工工藝分析

        多軸加工是在三軸加工中心的基礎(chǔ)上，增加兩個旋轉(zhuǎn)軸，從而實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動和旋轉(zhuǎn)軸輔助定向的加工工藝。多軸聯(lián)動加工可同時實(shí)現(xiàn)1～3個直線軸和1～2個旋轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動切削加工，常用于空間多變、復(fù)雜形面的切削，如葉輪、葉片等復(fù)雜形面零件。多軸聯(lián)動加工增加了旋轉(zhuǎn)軸擺動的頻率，擺動中工裝夾具及工件的位置也會發(fā)生變化，提高了切削過程中發(fā)生碰撞的概率。除此以外，伴隨旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動，各項(xiàng)切削參數(shù)也會隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致切削效率和加工質(zhì)量得不到保證。因此，在多軸加工中，除特殊零件（如葉輪）采用多軸聯(lián)動進(jìn)行加工外，更多地使用多軸定向加工工藝，來提升多軸加工效率，保證切削參數(shù)的穩(wěn)定性，提高零件加工質(zhì)量。多軸定向加工利用兩旋轉(zhuǎn)軸（AB或AC）改變工件加工位置，通過三軸或四軸加工工藝完成對工件切削加工的工藝方案。多軸定向加工路徑編寫相比多軸聯(lián)動加工簡單，它只需在原三軸刀路編寫的基礎(chǔ)上改變加工刀軸即可實(shí)現(xiàn)，編程操作簡單，加工過程更易于控制和掌握[2]。多軸定向加工在保持傳統(tǒng)三軸加工優(yōu)勢的同時，也展現(xiàn)了多軸機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)，是理想的數(shù)控加工工藝方法。

        二、實(shí)現(xiàn)多方向定位加工結(jié)構(gòu)分析

        普通加工中心在機(jī)械加工行業(yè)已基本普及，并具有一定的加工能力。受裝備以及工藝的限制，多數(shù)企業(yè)仍采用傳統(tǒng)工藝方案，難以勝任工序集中、高精度要求的產(chǎn)品加工。想要在現(xiàn)有設(shè)備上尋找突破口，可參考AC五軸加工中心結(jié)構(gòu)，通過外部裝備來實(shí)現(xiàn)多軸定向加工工藝，解決中小型企業(yè)在高復(fù)雜產(chǎn)品加工中的難題。AC軸結(jié)構(gòu)五軸加工中心把工作臺設(shè)計(jì)成可繞X軸和Z軸雙向轉(zhuǎn)動，取代普通加工中心工作臺僅能在固定坐標(biāo)軸實(shí)現(xiàn)雙向直線移動的結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了產(chǎn)品加工的范圍。

        目前，不少企業(yè)配備了可旋轉(zhuǎn)動力頭A軸，它價錢便宜，僅是機(jī)床價格的1/20左右，對各中小型企業(yè)而言不構(gòu)成經(jīng)濟(jì)壓力。把旋轉(zhuǎn)動力頭應(yīng)用于機(jī)床結(jié)構(gòu)改造中，將工作臺面上移到動力頭旋轉(zhuǎn)中心，將增加一個可使工作臺旋轉(zhuǎn)的A軸。機(jī)床增加可繞X軸旋轉(zhuǎn)工作平臺，可滿足工件在Y軸向上所有部位的加工要求。如果工件加工部位較多，X軸向存在加工部位，可通過調(diào)整裝夾方案或增加工裝夾具來滿足工件所有部位的加工要求。新的結(jié)構(gòu)改變了傳統(tǒng)的三軸加工工藝方案，把加工工序集中起來，借助旋轉(zhuǎn)平臺以及工裝夾具實(shí)現(xiàn)了工件多方向的快速定位加工，減少了工件裝夾與校正次數(shù)，避免了因操作失誤而導(dǎo)致加工工件質(zhì)量的下降。并且這種結(jié)構(gòu)更易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的中小批量生產(chǎn)需求，有效解決了中小型企業(yè)面臨的復(fù)雜銑削類零件的加工難題，同時也保證了中小企業(yè)在高端設(shè)備發(fā)展背景下仍具有一定的競爭力。

        三、多方向定位加工的應(yīng)用與操作

        （一）多方向定位加工設(shè)置與編程

        在普通加工中心中，實(shí)現(xiàn)多方向定位加工主要借助裝備來改變加工位置。由于不具備五軸加工中心的刀尖跟隨功能（RTCP），在加工位置發(fā)生改變時，需要人為地對加工位置原點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，并要求對應(yīng)CAM軟件的編程原點(diǎn)。這種多向定位加工工藝在改變加工位置時，需要重新給定加工原點(diǎn)，并在機(jī)床G54-G59工件坐標(biāo)系中進(jìn)行設(shè)置。

        采用常規(guī)三軸加工編程。編程時，要求編程原點(diǎn)必須與加工原點(diǎn)對應(yīng)。對不同加工位置進(jìn)行編程時，無需隨加工位置的改變調(diào)整加工模型，可相應(yīng)地在模型加工位置增加與機(jī)床對應(yīng)的坐標(biāo)系，采用常規(guī)三軸加工編程方法編寫加工路徑，編程操作與常規(guī)操作相同，不改變模型位置，各加工部位路徑不受影響，整個工件加工編程更易于掌控。

        （二）多方向定位加工操作與應(yīng)用加工工件、坯料是精鑄而成的，著色部位為該工件加工位置，分布在多個加工方向。如果采用普通加工中心加工該工件，按加工位置方向劃分，至少需要安排5次裝夾才能完成加工，并且每次裝夾對工件的找正、分中、對刀等都存在一定的難度。因此，普通加工中心難以勝任此類產(chǎn)品的加工要求。當(dāng)增加可繞X軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動平臺后，可通過平臺轉(zhuǎn)動直接改變工件加工位置。工件在加工時，采用如圖3所示的工裝裝夾，無需拆裝，可在一次裝夾中完成所有位置的加工，有效減少了裝夾次數(shù)，避免了因多次裝夾產(chǎn)生的誤差。同時，通過增加可旋轉(zhuǎn)平臺集中加工工序，能有效解決受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)影響而無法在二次裝夾中找到可靠定位和校正基準(zhǔn)的難題，充分體現(xiàn)了多軸加工工藝的優(yōu)勢，完成了原加工中心無法完成的零件加工，較好地提升了普通加工中心對產(chǎn)品加工的適應(yīng)性。

        四、結(jié)語

        目前，絕大部分制造企業(yè)具備多方向定位加工機(jī)床結(jié)構(gòu)改造條件。機(jī)床結(jié)構(gòu)改造后，雖不能完全充當(dāng)多軸加工設(shè)備使用，但能解決中小型企業(yè)復(fù)雜銑削類零件加工時遇到的難題，對沒有能力購置高端設(shè)備的中小型企業(yè)來說，不失為保持競爭力的好辦法。比如，雅力士精機(jī)生產(chǎn)的各類簡易臥加，輪轂加工中心，臥式cnc加工中心，高速加工中心，龍門加工中心等等，均可根據(jù)需要加裝四軸轉(zhuǎn)臺，也可以加裝五軸轉(zhuǎn)臺。龍門加工中心可以配備雙向頭，從而實(shí)現(xiàn)多面加工。充分利用系統(tǒng)的四軸五軸開放的功能，從而實(shí)現(xiàn)公司產(chǎn)品加工的升級。