主頁 > 軸承知識

橋式五軸聯(lián)動龍門加工中心及五軸聯(lián)動銑頭的應(yīng)用

2018-05-09

念勇　張海亮　苗寧　伏艷梅
（漢川數(shù)控機床股份公司）

　　橋式五軸聯(lián)動龍門加工中心

　　該機床為六軸五聯(lián)動龍門式數(shù)控機床，如圖1所示，機床整體布局采用高架橋式結(jié)構(gòu)，使重型機床的3個主運動部件都處于質(zhì)量Z輕、驅(qū)動力Z小和動態(tài)伺服響應(yīng)更快的有利條件。承載橫梁運動的床身及大型工件的落地式工作臺結(jié)合為一體，不但整體結(jié)構(gòu)緊湊、空間利用率高，而且利于機床的剛性、精度的提高和安裝、運輸?shù)谋憷?。大跨距橫梁的導(dǎo)向支撐采用雙邊單根高強度導(dǎo)軌配置多滑塊設(shè)計，避免了大行程運動導(dǎo)向部件的過定位及基礎(chǔ)大件的高精度加工要求。用于大行程驅(qū)動的齒輪、齒條消隙齒輪箱傳動技術(shù)，使Z小化理論行程在機械結(jié)構(gòu)運動上都能得到實現(xiàn)。利用數(shù)控系統(tǒng)的雙驅(qū)動雙反饋“龍門軸”功能，解決了大跨距橋式龍門雙邊驅(qū)動滿足高精度定位及伺服響應(yīng)的同步性難題。配置高精度的五軸聯(lián)動銑頭，解決了大型工件在空間曲線及復(fù)雜曲面的加工難題。主軸采用高速雙擺頭，可實現(xiàn)五軸聯(lián)動下的高性能銑削和高速精加工。主軸轉(zhuǎn)速高、精度高且精度保持性好，油、汽潤滑，強制循環(huán)冷卻。

圖1　HBMC1540F5橋式五軸聯(lián)動龍門加工中心

　　機床采用工作臺固定、橫梁在兩個高架床身上前后移動的結(jié)構(gòu)。工作臺床身直接固定在地基上，主軸箱、橫梁等與龍門框聯(lián)為整體，整體框架在工作臺兩側(cè)的床身上運動。電柜、液壓站等固定在橫梁頂面上，局域防護(hù)，自動排屑。工作臺兩側(cè)各安置1床身。每個床身上安裝1條進(jìn)口高精度機床專用直線滾動導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動，更適合高速進(jìn)給和超大、超重零件的加工。機床在設(shè)計過程中采用先進(jìn)的設(shè)計理念，利用有限元法進(jìn)行力學(xué)分析，合理布筋，合理分布質(zhì)量，使機床整體剛性強，靜態(tài)精度和動態(tài)性能穩(wěn)定可靠。機床模塊化程度高，零部件通用性強，全閉環(huán)控制，性能優(yōu)良。

　　五軸聯(lián)動銑頭

　　五軸聯(lián)動銑頭（見圖2）主軸前端是一個回轉(zhuǎn)頭，能自行圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)360°，稱為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還帶有可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般可達(dá)±90°以上，采用叉形擺動結(jié)構(gòu)，A、C軸全閉環(huán)伺服控制。銑頭殼體采用優(yōu)質(zhì)、高剛性球墨鑄鐵，保證了大轉(zhuǎn)矩切削和精度穩(wěn)定性。配置高速精密主軸，主軸具有刀具內(nèi)冷、外冷功能。能實現(xiàn)軸承溫度在線檢測與補償，利用系統(tǒng)RTCP補償功能，無需后置處理，真正實現(xiàn)五軸刀具路徑控制和簡化編程功能。A、C軸通過高精密消隙齒輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精密傳動，由交流伺服電動機驅(qū)動，實現(xiàn)五軸連續(xù)插補加工。選用高分辨角度編碼器，完成A、C軸全閉環(huán)定位控制。采用高性能液壓夾緊裝置，保證A、C軸在任意孔距位置的可靠鎖定。性能可靠、調(diào)試維護(hù)保養(yǎng)容易，滿足了高速、精密五軸聯(lián)動插補加工要求。

圖2　五軸聯(lián)動銑頭及其應(yīng)用

　　由于是由銑頭執(zhí)行兩個回轉(zhuǎn)運動，回轉(zhuǎn)部件體積相對較小，工作臺可以較大，因此加工范圍大、加工空間大。工件1次裝夾不僅可以完成五面體的加工，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度的加工，更能夠適合越來越復(fù)雜的高檔、先進(jìn)模具的加工以及汽車零部件、飛機結(jié)構(gòu)件等精密復(fù)雜零件的加工。目前，該銑頭廣泛應(yīng)用于各類龍門式、橋式、臥式和立式等數(shù)控加工中心的功能拓展和產(chǎn)品技術(shù)升級以及車銑復(fù)合等多功能復(fù)合機床。主要用于航空航天、發(fā)電、船舶及軍工等我國重點產(chǎn)業(yè)建設(shè)領(lǐng)域。

　　五軸聯(lián)動加工的特點

　　五軸聯(lián)動加工是指在1臺機床上至少有5個坐標(biāo)軸（3個直線坐標(biāo)和2個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)）可在計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的控制下同時協(xié)調(diào)運動進(jìn)行加工。工件1次裝夾即可完成五面體的加工，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。以立式五軸聯(lián)動銑頭為例，主軸前端是一個回轉(zhuǎn)頭，為C軸，回轉(zhuǎn)頭上可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，可實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工的功能。這種設(shè)計的優(yōu)點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設(shè)計得非常大，客機龐大的機身、巨大的發(fā)動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計Z大的優(yōu)點，也是五軸加工相對于三軸、四軸加工Z顯著的特點，在使用球面銑刀加工曲面時，當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時，三軸、四軸加工由于球面銑刀的頂點線速度為0，頂點切出的工件表面質(zhì)量會很差，而采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證加工時有一定的線速度，就可以得到很好的表面粗糙度值，提高表面加工質(zhì)量。HGM2560F5五軸聯(lián)動龍門式數(shù)控銑床加工現(xiàn)場如圖3所示。

圖3　HGM2560F5五軸聯(lián)動龍門式數(shù)控銑床加工現(xiàn)場

　　結(jié)語

　　橋式五軸聯(lián)動龍門加工中心主要應(yīng)用于汽車工業(yè)中的模具制造、原型制造、大型鋼模和鑄鐵模具的制造以及航空航天工業(yè)中的復(fù)雜零件加工、鋁及其合金加工和難加工材料的加工。零件1次裝夾后，即能完成多種工序的五面加工和多種空間方向的銑削加工，還可以對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。是加工要求較高、形狀復(fù)雜零件和模具行業(yè)、航空航天工業(yè)等行業(yè)的理想設(shè)備。

來源：（機工機床世界）