五轴的需求与性能

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1、五轴加工被应用在航天业已经多年，主要应用在尖端军备制造方面，由于其对航空、航 天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，过去模具界甚少使用五轴加工，问题是多 轴机床的价格昂贵及NC程序制作困难。近来因为模具交期紧迫及价格压缩，使五轴加工受 到模具业的重视，将是继高速加工机后另一个有效工具。主要优点是加工整体复杂工件时， 只要一次的工件夹持定位；另一个好处在于可使用较短刀具，以确保切削精度。在 PowerMILL三轴及高速加工功能倍受推崇的今天，本文将从多个方面介绍PowerMILL展示 给我们的强大五轴功能。五轴应用的范围:5 轴加工的一个主要优点是仅需经过一次装夹即可完成复杂形状零件的加工

2、.和多次装 夹相比，它可极大地提高加工和生产能力，显著缩短产品加工周期及加工成本。 5 轴加工 中，由于刀头可进入工件内部，刀具方向朝向工件表面，因此可使用短刀具加工。使用短刀 具加工可提高切削速率而不增加刀具负荷，从而可提高刀具寿命，减少刀具损坏。 使用短 刀具同样可减少在用 3 轴加工加工深型芯和型腔过程中经常出现的刀具的振动，从而可得 到质量更高的加工表面，减少、甚至避免极其耗时的手工打磨工序。5 轴加工的另外一个主要优点是可使用 5 轴加工来加工形状极其复杂的通常只能通过 浇铸方法加工的形体。对于快速原形和小批量生产来说，和铸造方法相比， 5 轴加工能快速 交货。 对于很多具有不同复合

3、角度的的孔系，同样也使五轴加工极其适合的加工领域，如果使用三 轴设备，那么每个不同的复合角度的孔都要进行一次装夹，才能实现，而PowerMILL提供给 你的五轴功能是可以自动识别模型中的孔，包括其他CAD软件设计的零件（如图5），并 且自动生成加工程序，并且可以采用具有高切削性能的铣刀，用螺旋的方式，对不同孔径的 孔用同一把刀具进行加工，很大程度上提高了加工效率及加工质量。机床发展的新方向近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。复合化的目标 是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外 数控镗铣床、加工中心为适

4、应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。在加工 中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。最近国际机床业 出现了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。五轴数控机床在国内外的实 际应用表明，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资，大 大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。五轴机床开发的难题:五轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位姿控制，其数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机 床复杂得多。目前，五轴数控技术在全球范围 内普遍存在以下问题五轴数控编程抽

5、象、操作困难这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴，而五轴数控机床结构形 式多样；同一段NC代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样的加工效果，但某一种五轴机床的NC代码 却不能适用于所有类型的五轴机床。数控编程除了直线运动之外，还要协调旋转运动的相关计算，如旋转 角度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等，处理的信息量很大，数控编程极其抽象。刀具半径补偿困难在五轴联动 NC 程序中，刀具长度补偿功能仍然有效，而刀具半径补偿却失效了。以圆柱铣刀进行接触 成形铣削时，需要对不同直径的刀具编制不同的程序。目前流行的 CNC 系统均无法完成刀具半径补偿，因 为 ISO

6、 文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算。用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整 刀具的确切尺寸，按照正常的处理程序，刀具轨迹应送回 CAM 系统重新进行计算。从而导致整个加工过程 效率十分低下。对这个问题的最终解决方案，有赖于引入新一代 CNC 控制系统，该系统能够识别通用格式的工件模型文件（如STEP等）或CAD系统文件模具加工业新时尚五轴加工机床2002-4-16来源：目前大部分模具加工厂使用三轴加工机床进行模具加工，而后需要大量的 人工进行钳工修整工作，从降低人工成本出发，势必要以自动化机器取代人力， 才能提高模具加工业的竞争力。模具加工业采用五轴加工机床，能够大幅度提 高模具

7、加工效率，正成为新的发展趋势。五轴加工机床传统上在航空工业使用，主要加工复杂曲面的元件，如机身 结构、涡轮叶片等。模具与其相仿，尤其是汽车钣金模具，表面几何形状复杂， 凹凸不一，大部分的加工时间消耗在表面外形雕刻上。常用的三轴铣床只能沿 着三个轴向运动，对复杂曲面的加工采用圆头端铣刀，不可避免地会在工件表 面留下扇形尖点，如改用较小的进刀量时会导致加工时间加长，而如用人工方 式磨平这些尖点，又是相当费力的工作。用五轴加工机床加工模具，可使用平 头端铣刀取代圆头端铣刀，由于同时具备五个轴向的自由度，刀具可保持和工 件表面的垂直，不仅切削效率高，同时可加工出符合设计需求的曲面，节省大 部分的钳工作

8、业。五轴加工机床在模具加工上的应用对使用者而言主要是投资成本太高，短 期不易回收，程序编制及机床使用方面难度较大，不易找到专门人员操作。对 机床制造商而言则是研究开发成本高，造成单价高不易销售。长期来看，生产 成本核算的降低会和设备、系统的投资达到平衡点，五轴加工机床在模具加工 上的应用，无论是对模具加工商还是机床制造商，都是不可忽视的发展趋势。以模具加工为主的五轴加工机床，要求具有高速铣削特性，铣削精度高， 加工材料范围广泛，能够对模型表面自动扫描，并将所得数据数字化，另外自 动换刀功能也是五轴加工机床必备的。2004 国际金属加工展加工中心评述2004-12-20 09:23:27在 20

9、04 中国国际金属加工工业展览会上展出的数控加工中心，是高效、高 速、自动化技术和数控技术的最佳组合，是高性能与经济性的完美统一。数控 加工中心给材料加工带来了令人信服的自动化解决方案。由汉诺威展览会（中国）有限公司主办的 2004中国国际金属加工工业展览 会已经在上海落下帷幕。DMG （德马吉）、EMAG （埃马克）、Chiron （巨浪）、 WILLEMIN-MACODEL SA （威力铭）、Schutte （舒特）、LGMazak （小巨人）、AICTA （艾柯达）等世界著名的机床制造厂商纷纷亮相展会，吸引了众多的业内人士。 展览会展出的高水平数控加工中心，其独特的设计，优异的性能等，都

10、给观众留 下了深刻的印象。高速 高效的加工中心宁夏小巨人机床有限公司的VTC系列加工中心，主轴最高转速为 10000r/min，主轴最大输出功率15 kW,主轴最大扭矩95. 5Nm。由于主轴的转 速高，在使用小直径刀具进行铝材等有色金属材料加工时，通过高速切削有效抑 制了切削瘤的形成，在得到良好的精加工表面的同时，也缩短了加工时间。加工 中心采用伺服电机带动凸轮驱动的双臂装置，刀具交换时间仅为1. 5s。高速换 刀装置为机床的高效率提供了保证。巨浪FZ15系列加工中心标准配置的主轴转速为10500r/min,快速进给 40m/min,加速度0. 5g。该系列高速型的加工中心主轴转速达1200

11、0r/min，快速 进给60m/min,加速度lg。高速加强型的加工中心在相同加速度的情况下，主轴 转速可高达20000r/min，从而实现了真正意义上的高速加工。全动立柱式加工 中心宁夏小巨人机床有限公司基于高性能价格比的设计思想，开发了 VTC系列的 新机型，在其基本构造的基础上，进一步提升了主轴特性、进给速度、刀具交换 时间等主要规格和性能，实现了提高生产效率的目的。在此次展会上展出的 VTC 系列全动立柱式加工中心，全动立拄式加工中心采用立柱全行程移动，工作台固 定，使加工中心具有更出色的精度、良好的稳定性、操作性和维护性；机床的运 动和加工区域彻底隔离，冷却水和铁屑不会侵入导轨、轴承

12、等精密运动部件；X、 Y、 Z 三轴均采用高精度、长寿命、性能稳定的直线滚动导轨，保证了机床的动 态响应；机床床身采用优质密烘铸铁，保证了机床的高刚性和高精度保持性；整 个行程范围内运动部件受力均匀，使机床的定位精度和重复定位精度保持性更适合干切削的加工中 心德国巨浪公司采用动立柱的工作原理和独特的基本结构设计的FZ15系列加 工中心，同样展示出其领先一步的优势。该系列加工中心包括单双高性能移动立 柱式主轴在内的完整的产品系列，其优势在于精度不再取决于工件的重量，而是 在任何情况下都能得到保证。这个由超值的功能部件组成的简单清晰的系统，保 证了高度的适用性。工作区的无障碍排屑和冷却液导流使该系

13、列加工中心能适合 干切削。STAMA MC326 立式单主轴或双主轴紧凑型加工中心，在加工时间内可同时进 行装料和卸料，加工中心适用于干式切削加工(仅须微量润滑)及湿式加工。直线电机 驱动直线电机驱动技术原理简单、无冲击、噪声小、部件少、少磨损、免维护， 节省了许多机械组件，大大减少了机械传动的摩擦，可以减少加工中心的停机时 间,减少所需的维护服务,节省了用户的制造成本。由于直线电机利用磁场产生的 驱动力是同步传动驱动，所以具有高动态性、高加速度、高速、超前精确和超前 的可靠性,提高了生产率。根据德马吉有关人员介绍,采用直线电机技术可以节约 加工时间 58%。目前该公司带有直线电机驱动技术的机

14、床在全世界的销售量已超 过 3000 台。DMC60H linear 和 DMC80H linear 高速卧式加工中心的所有轴都采用直线电 机驱动，快速移动达100m/min,机床具有极高的定位精度和重复定位精度。Y轴具 有大的工作空间以及快速托盘交换装置, 根据需求可以配置 45 把到 360 把刀具, 使得该机床具有很高的生产效率。机床启动快，仅需1. 6s，主轴就可达到 18000r/min。柔性加工线柔性加工线能减少故障停机和调试时间，降低人力成本，提高生产率和产品 质量。柔性线系列的突出之处在于它的高系统产出性以及与传统的生产线或专机 机床相比，存在着巨大的优势。巨浪的CHIRON

15、FLEXLINE柔性加工线是基于一体 化链接的工作原理。此加工系统由3到8个快速单轴和双轴加工中心直线排列而 成。并带有一个工件输入/输出站、一个一体化的数控装载和卸载用的机械手。 有了这个高生产率的解决方案，就可能进行同类工件的平行生产或者对要求一台 以上加工中心完成的复杂工件进行分序加工。对于不要求一体化链接的人工传送工件的场合，巨浪提供了另一种装卸概 念，即LEAN概念，它具有加工完零件后下料的功能。宽泛的加工 范围高性能的加工中心具有广泛的使用范围。其中有适合小工件加工的高速加工 中心、紧凑加强型铣削加工中心、适合低工件成本的加工中心、适合大中批量生 产的快速铣钻削加工中心、适合高速加

16、工和重型切削加工中心等等。捷克艾柯达(AICTA)有限公司的PRIMA、OPTIMA和VARIA加工中心是TOStes 机床的典范，是加工中心和卧式铣镗床的组合。产品几乎含盖了所有从中型尺寸 到重大型件的标准切削加工。新一代的机床是标准模块系统设计。机床的使用范围根据不同的加工要求， 通过改变轴的配置、尺寸、主轴箱、全自动附件和不同种类的外围设备，如自动 换刀装置和自动托盘等而扩大。优化的参数和广泛的用途使其能应用先进的工具和工艺流程。机床的设计是 基于先进的理念，能保证其高精度、稳定性及机床操作和保养的要求。 PRIMA、 OPTIMA和VARIA是配备有水平主轴、旋转装夹工作台或托盘的T型床身的加工 中心。机床配有连续控制的五轴（X、Y、Z、W、B）和可变换角度的数控主轴。先进的刀具 系统许多数控加工中心配有先进的刀具、刀库系统。巨浪公司带20把IS040或HSK-A 63把刀具的篮式刀库