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五轴数控铣床的功能和应用

文章出处:五金太阳gg娱乐官网登录页面责任编辑:yaxun88编辑:数控厂家人气: 发表时间:2021-09-18 16:44 字体大小:【

5轴铣床可以做什么?

这听起来可能很奇怪,但如果文艺复兴时期的艺术家用锤子和凿子换来了数控 (CNC) 和铣床,那么今天大家就会有成千上万的大卫雕像,由各种材料制成。

如果您仍然怀疑五轴铣削是一种真正的艺术形式,请点击此处或此处。

无论您是用大理石雕刻杰作还是用钛铣削叶盘 - 基本原理都是一样的:您从一块材料开始,然后去除多余的部分,直到只剩下目标对象。当然,这个过程的细节要复杂得多,尤其是5轴铣削。
五轴数控铣削

什么是五轴数控铣削?

简而言之,在 5 轴铣削中,物体或铣刀通过 CNC 控制沿五个不同的轴同时移动。这使得能够太阳gg娱乐官网登录页面非常复杂的零件,这就是为什么 5 轴技术特别在航空航天工业中证明了自己的原因。

然而,这并不是 5 轴技术普及的唯一原因。其他因素是:

1 ,趋向于单一设置对象处理(有时称为“done-in-one”)以减少周转时间并提高效率
2 ,通过以受控方式倾斜铣削元件或铣削台来防止工作中发生事故的可能性,这也使太阳gg娱乐官网登录页面过程与各个物体的几何形状更好地协调
3 ,通过确保最佳切削位置和恒定金属去除率,作为铣削元件或铣床的上述倾斜功能的副作用的刀具寿命和刀具循环的优化

5轴太阳gg娱乐官网登录页面过程中的轴呢?

大家都知道牛顿和苹果??的故事,但有一个同样出身可疑的数学家和哲学家勒内·笛卡尔的故事。
笛卡尔正在床上(就像数学家和哲学家一样),当他注意到一只苍蝇在他的房间里嗡嗡作响时。他意识到他可以只用三个数字来描述苍蝇在房间三维空间中的位置,分别用变量 X、Y 和 Z 表示。

这是笛卡尔死后三个多世纪至今仍在使用的笛卡尔坐标系。 X、Y 和 Z 因此涵盖了 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面过程的五个轴中的三个。

五轴数控铣削技术
但是另外两个轴呢?

想象一下放大笛卡尔的飞行中途。大家不仅可以将它们的位置描述为三维空间中的一个点,还可以描述它们的方向。当苍蝇改变方向时,它的改变方式与飞机倾斜以进行机动的方式相同。第四个轴 A 将其围绕自身轴的横向旋转描述为围绕 X 的旋转轴(技术术语称为“滚动”)。
根据飞机比较,向上或向下飞行的垂直倾斜度由第五个轴 B 描述为围绕 Y 的旋转轴(技术术语称为“点头”)。

细心的读者无疑会推断出存在绕 Z 轴旋转的第六轴 C。在大家的示例中,这是向左或向右的水平旋转(技术术语称为“偏航”)。

如果您难以想象上述六个轴,下图应作为引导:

轴 A、B 和 C 按字母顺序排列,以匹配相应排列的轴 X、Y 和 Z。尽管有 6 轴 CNC 机床,例如龙门铣床 Zimmermann FZ 100,但 5 轴配置更为常见,因为第六轴通常几乎没有任何额外用途。

关于轴指定约定的最后说明:在立式太阳gg娱乐官网登录页面中心中,X 轴和 Y 轴对应于水平面,而 Z 轴对应于垂直面。在卧式太阳gg娱乐官网登录页面中心,Z 轴和 Y 轴互换。见下图:

 5 轴配置

5 轴铣床的具体配置决定了它使用三个旋转轴中的哪一个。

所以z。 B. A 轴(绕 X 轴旋转)和 C 轴(绕 Z 轴旋转)的转台机床,而 B 轴(绕 Y 轴旋转)的旋转头机床) 和 C 轴(绕 Z 轴旋转)正在工作。

Okuma MU-4000V 5 轴立式太阳gg娱乐官网登录页面中心的旋转工作台内部视图


转台机器中的旋转轴通过工作台的运动来操作,而旋转头机器通过旋转主轴来操作其旋转轴。这两种类型都有自己的优势。例如,转台机器提供更大的处理室,因为转轴不需要很大的空间。另一方面,旋转头机器也可以太阳gg娱乐官网登录页面较重的零件,因为工作台始终是水平的。
五轴数控铣床

需要多少轴?

您可能听说过具有七轴、九轴甚至十一轴的太阳gg娱乐官网登录页面中心。尽管如此多的附加轴似乎难以想象,但对如此惊人数字的说明实际上非常简单。

“当你处理机器时,例如例如,拥有多个车削主轴会增加轴的数量,”马扎克美国工业应用高级工程师 Mike Finn 说明说。

“例如,大家的机床带有一个附加的第二主轴和较低的刀塔。对于这些机器,您有多个轴:上转塔有 4 个轴,下转塔有 2 个轴,然后您有两个相对的主轴,它们也有 2 个轴。这种机器最多可以有 9 个轴,”Finn 继续说道。
“您制造的零件仍然是 5 轴零件,” Okuma America 的产品专家兼销售经理 Wade Anderson 补充道。

“在大家的立式太阳gg娱乐官网登录页面中心 MU-5000(一台 5 轴机床)上可以轻松制造用于航空航天工业的组件,例如 B. 阀门。大家还可以在带有 B 旋转轴的多轴机床上太阳gg娱乐官网登录页面该零件,并且两个主轴分别用于两个 C 轴,加上标准的 X、Y 和 Z 轴。还有下刀塔,它为您提供了第二个 X 和 Z 轴。因此有更多的太阳gg娱乐官网登录页面轴可用,但零件本身将有相同的几何形状,”安德森说。


那么真正需要多少轴呢?

正如制造业中经常遇到的情况一样,这个问题的答案取决于特定的应用。芬恩举了以下例子:
“涡轮叶片是一个自由曲面,可能非常复杂。太阳gg娱乐官网登录页面此类物体的最有效方法是 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面,其中刀具围绕涡轮叶片的轮廓以螺旋形引导。通过将刀片固定在某个位置,然后沿三个线性轴太阳gg娱乐官网登录页面表面,可以进行 3 轴太阳gg娱乐官网登录页面,但这通常不是最有效的方法。 ”
Anderson 表示同意:“您需要 3、4 或 5 轴配置,这取决于相应组件的几何形状。”
但是,重要的是要注意所需的轴数取决于超出要直接处理的对象的方面。目标是主要因素,但它也与每个客户的长期需求和目标有关,”安德森说。

“客户可以向我展示一个零件,例如用于航空航天技术的钛支架,我可以说,'这是 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面中心的完美零件',但客户可能已经计划在大家的一台 MULTUS U 机器可以更好地处理未来。就当前部件而言,这款多功能机床可能不如 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面中心最适合,但它为客户提供了车削、轴或卡盘太阳gg娱乐官网登录页面的可能性,这些太阳gg娱乐官网登录页面也可应用于未来的部件。 ”

“要考虑的另一个方面是处理室的尺寸,”芬恩补充道。 “在不影响刀具和位置变化的情况下,您可以插入机器的物体的最大尺寸是多少?这是关于了解系统什么是可能的,什么是不可能的。 ”


五轴太阳gg娱乐官网登录页面的优势是什么?

在 3 轴太阳gg娱乐官网登录页面和 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面之间进行选择有点像在 MacDonald 的四分之一磅和 T 骨牛排之间做出选择;如果您只关心成本,那么第一个选项显然是更好的选择。

但是,如果将 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面与 3 + 2 轴太阳gg娱乐官网登录页面进行比较,则决策要困难得多。

5 轴 vs 3 + 2 轴
为了理解主题,重要的是要了解 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面和 3 + 2 轴太阳gg娱乐官网登录页面之间的区别。前者 - 也称为连续或同步 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面,伴随着沿所有五个轴对刀具对齐的连续调整,以保持切割喷嘴与工件的最佳垂直。
使用 DMG MORI DMU50 在所有 5 个轴上生产的由 6010 铝制成的演示组件。处理时间:13分钟。

另一方面,对于后者 - 也称为 5 面或 3 + 2 轴太阳gg娱乐官网登录页面 - 实行 3 轴程序,其中铣刀固定在由两个旋转轴确定的角度。如果刀具在切削之间沿旋转轴重新对齐,则该过程称为“5 轴分度”;然而,它仍然是3+2轴太阳gg娱乐官网登录页面工艺之一。

3 + 2 轴演示组件,由 6010 铝制成,在 DMG MORI DMU50 上生产。处理时间:7分钟。

与 5 轴分度太阳gg娱乐官网登录页面相比,5 轴连续太阳gg娱乐官网登录页面的主要优势在于速度,因为后者每次重新调整刀具时都必须停止,而前者则不需要。

然而,原则上,两种变体都可以实现相同的结果。 (不同意的读者欢迎在文章下方的评论部分分享他们只能使用连续 5 轴技术太阳gg娱乐官网登录页面的零件的示例。)

还应该提到的是,速度优势是以工具活动增加为代价的,这与磨损增加和碰撞检测需求增加有关。 这就是为什么从操作的角度来看连续 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面更具挑战性的原因之一。


5 轴太阳gg娱乐官网登录页面与 3D 打印

3D 打印或增材制造或衍生式制造 - 目前是生产领域的热门话题,尤其是在与减材制造工艺(如 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面)的比较方面。

虽然有时有人认为这两种方法是相互竞争的——尤其是那些声称 3D 技术将很快颠覆整个制造业的铁杆 3D 粉丝——但从更温和的角度来看,加法和减法制造工艺出现而不是相互补充的技术。
“我认为增材制造不会完全接管制造业,但我认为它提供了制造过去无法制造的零件的机会,”芬恩说。 “仍有许多零件需要减材太阳gg娱乐官网登录页面。例如,圆度公差非常低的零件。 ”

Finn 补充说:“可以毫无问题地将元件制成近净形状,但该元件仍需重新太阳gg娱乐官网登录页面以达到足够的公差。”

这是否意味着制造的未来在于由 3D 打印和 5 轴 CNC 组成的混合生产系统——也许带有内置坐标测量机来检查尺寸?

Anderson 不确定:“3D 打印在实验室环境之外的真正应用不是拥有组合系统,而是例如 LMD 系统(激光金属沉积;德语:激光金属沉积)和同时具有旋转或铣床的机器两者都做他们最擅长的事情,并将两个单元与自动化结合起来。 ”
两个独立系统背后的要点是更好的粉末和切屑管理。
“在 LMD 设备上制造 30 磅重的零件所需的粉末量可能是 150-300 磅的钛,”安德森说。 “当将其放入一台结合了所有功能的机器中时,几乎不可能回收和再利用粉末。”
换句话说:3D 打印和 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面相互之间的竞争较少,而相互之间是互补的。 “我认为增材制造可以极大地减少制造过程中的粗太阳gg娱乐官网登录页面数量,”Finn 总结道。


如何充分利用 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面

5轴技术的优势没有得到充分利用的情况并不少见。
安德森同意:“这伤透了大家这样的企业的心:当大家看到一家企业在购买系统时全力以赴,然后由于各种原因在调试期间只使用其中的一小部分功能,例如使用具有五个或多个功能的多功能系统。更多的轴,例如 3 轴系统。类似的事情一次又一次地发生。”

“这种现象通常与企业的人力资源政策有关,”安德森补充道。 “这是关于培训和了解如何使用系统。有时,负责人很难想象标准应用程序可以如何变化。 例如。 是否不能在一个集成过程中同时用上旋转、下旋转、主轴和副主轴太阳gg娱乐官网登录页面各个零件。 对某些人来说,这些可能性似乎势不可挡,并压倒了他们。 ”


5轴控制和App的重要性

尽管拥有具有适当资格的工业机械师对充分利用 5 轴系统的潜力做出了重大贡献,但系统的控制系统和App也同样重要。
“对于高速 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面,系统上的伺服驱动器和响应时间非常重要,以避免太阳gg娱乐官网登录页面过程中出现不稳定和不准确的切割,”芬恩说。 “系统的控制系统必须能够足够快地处理数据,以便工具能够以良好、平稳的运动在物体上被引导。您不希翼任何可能导致偏差和不规则的剧烈运动。 ”
“创建 5 轴程序的App还必须能够生成漂亮、流畅的代码,以便系统可以将其转换为平滑的运动,”芬恩说。

因此,选择正确的 CAD/CAM App包对于充分利用您的机器至关重要。

“例如,当你做航空航天叶盘时,你必须使用高端程序,”安德森说。 “另一方面,如果您在汽车企业的压铸模具中制造小型铝制元件,并且只需要在发动机外壳上钻几个孔来组装它们,那当然就完全不同了。”

“如果您正在切割 CAM 系统需要为其创建特定切割程序的零件,您应该投资一个根据您的设施能力量身定制的 CAM 系统,”Finn 补充道。

避免 5 轴系统中的碰撞

在创建 5 轴铣削路径时,通常在更高的切削和进给速度与最大限度地降低事故和跌倒风险之间存在两难选择。幸运的是,有许多App工具可以帮助消除这些风险。

“使用大家的防撞App,您可以上传零件和工具的 3D 模型,程序将在工具移动之前检查是否有任何碰撞风险,”安德森说。 “如果您的设备建模正确,则在运动开始之前将防止碰撞。”
“市场上有可以进行机器模拟的App,”芬恩评论道。 “这非常重要,尤其是在涉及更昂贵的零件时。您不希翼碰撞会导致您不得不报废零件、伤害他人或损坏机器。 ”

“Vericut 提供 3D 虚拟监控App,它可以在离线计算机上实行相同的操作,”安德森补充道。 “因此,与其在控制系统上实时运行,不如将您的零件数据上传到 Vericut,它会检查您的所有刀具路径并确保系统完全按照您的预期运行。”

5 轴系统中的刀具传感器

高生产率是 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面的优势。但它也增加了出错的风险,例如 B. 使用损坏的工具或错误的工具。减少此类错误的一种方法是使用工具传感器,例如 B. DMG MORI DMU 50 上的此 BLUM 激光器:


5 轴技术:一键搞定?

术语“一体完成”是生产中的一个崇高理想:您将一块材料装入机器,运行程序并收到一个完整的零件。与零设置时间一样,一体完成也是一个有价值的目标,即使它最终无法在不妥协的情况下实现。
无论如何,5 轴太阳gg娱乐官网登录页面比任何其他工艺都让大家更接近目标,因为即使是 3D 打印零件也需要后处理。在这种情况下,夹紧技术是 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面的主要限制。

“夹紧技术在 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面中非常重要,”安德森说。 “我可以拥有世界上最好的系统,但如果我的夹紧技术很糟糕,我将永远无法在一天结束时取出我想要的零件。”

Finn 认为,克服这一障碍的关键在于使用具有五个以上轴的机器:
“大家的 INTEGREX 机床 z. B. 可以配备副主轴和下铣刀塔。这允许在主轴上切割零件,然后转移到副主轴以太阳gg娱乐官网登录页面零件的其余部分。这基本上允许您装载一块原材料,最后卸载一个成品。”



5 轴铣削的真正艺术

5 轴太阳gg娱乐官网登录页面具有显着的优势,例如更短的生产时间、更高的效率和更长的刀具寿命。 但是,重要的是要了解仅购买最新的 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面中心无法实现这些优势。

掌握 5 轴太阳gg娱乐官网登录页面的艺术需要考虑多种因素。 关于这个问题,安德森说:
“如果你看客户的问题,那么太阳gg娱乐官网登录页面过程中的技术问题就比较少见了。 大多数时候,他们面临的问题与制造技术无关,而是培训问题和人员问题。 因此,将工作计划转化为足够的系统控制命令或确保在处理之前有足够的工具来完成已经开始的部分。 与制造本身所涉及的技术问题相比,流程的外围部分通常会带来更大的挑战。 ”

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