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五轴加工中心精髓关键技术在哪?

时间:2017-07-19 09:07来源:山东海特数控机床
  五轴加工中心相对于三轴加工中心来说,不仅仅是增加两个旋转轴的问题,它在算法、控制技术上有着很大的提升,其关键技术包括主轴速度、驱动技术和控制技术,这些参数影响了五轴加工中心的加工范围和加工精度。
 
  五轴加工中心关键技术要点
 
  1、主轴速度
  
  五轴加工中心在复杂异形件时,经常需要用到小直径刀具来提高零件表面质量,为此需要主轴具有较高的转速。如今五轴加工中心的主轴大多都采用电主轴(主轴速度基本保持在20000~50000r/min)来提高效率,减少能量损耗。在细微铣削(铣刀直径一般采用0.1~2mm)加工过程中,需要机床具备更高的主轴转速。
  
  2、驱动技术
  
  在进行复杂曲面加工时,经常需要对五轴加工中心的主轴转速和角度进行制动和变速以适应各种型面的加工。为达到在较高的进给速度或在短距离的走刀路径上,平稳地加工零件的轮廓,这就要求设备具有很高的主轴加速度。因此,在五轴加工过程中,主轴的加速度将控制着零件的加工精度和刀具的寿命。
  
  目前,普通的加工中心基本都是采用伺服电机和滚珠丝杠来驱动直线轴运动,但对于高端数控设备现已开始采用直线电机,如德国DMU公司的DMC75VLinear高速五轴加工中心。直线电机的优点包括:可简化机床结构,减去机床中将回转运动转换为直线运动的机械传动部件,减少能量损耗,从而有效提高零件加工精度,保证各轴的动态性能及移动线速度的稳定性。
  
  如今,大部分的五轴联动加工中心基本都采用转矩电机来控制主轴头和回转工作台的运动和摆动。转矩电机是一种同步电机,属于直接驱动装置机构,它在转子上固定有需要驱动的零部件,这样就能尽量减少机械传动零部件。转矩电机的伺服响应灵敏,输出扭矩大、无传动间隙、无零件间的接触传动(避免磨耗)等特点,其角速度是传统蜗轮蜗杆机构的6倍以上,在驱动主轴头摆动的加速度可达3g以上。采用转矩电机替代传统的机械传动结构可以将设备简化,减少零部件数量,提高传动效率,同时提高整个机构运行的稳定性,从而提高零件的加工质量和效率。
  
  3、控制技术
  
  五轴联动加工中心就是要实现5个运动轴的同时运动,完成零件的加工。由于旋转运动轴的存在,导致坐标系是运动变化的,使得编程算法比三轴机床的算法复杂很多,各种插补运算量庞大,同时细微的旋转坐标轴误差将导致很大的加工误差。为此,要求五轴联动加工中心数控系统具备强大的控制和伺服能力以及高效的运算速度和控制精度,同时还要求系统具备良好的刀轴中心点控制管理能力,实现刀具长度补偿和刀具半径补偿,从而实现圆柱面和倾斜工作面的高效加工。
  
  目前在五轴联动加工中,台湾新代系统得到广泛应用,可以实现五轴五联动,而且性价比相对较高。

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