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五轴联动数控机床你真的了解吗?

一、五轴联动数控机床的种类

五轴机床是在(5 Axis Machining),在原有三轴的加工中心发展而来。根据根据ISO的规定,在描述数控机床的运动时,采用右手直角坐标系;其中平行于主轴的坐标轴定义为z轴,绕x、y、z轴的旋转坐标分别为A、B、C。各坐标轴的运动可由工作台,也可以由刀具的运动来实现,但方向均以刀具相对于工件的运动方向来定义。通常五轴联动是指x、y、z、A、B、C中任意5个坐标的线性插补运动。换言之,五轴,指x、y、z三个移动轴加任意两个旋转轴。五轴依据联动轴摆动机构不同,有以下几种分类:
1、工作台摇篮式
基于传统三轴加工中心的基础,加上摇篮式工作台,工件进行摆动,变成3+2式的五轴联动加工中心。联动轴为X/Y/Z/A/C,Y轴方向B轴不旋转。
2、立式主轴双摆头
在摆头中间一般有一个带有松拉刀结构的电主轴,所以双摆头自身的尺寸不容易做小,加上双摆头活动范围的需要,所以双摆头结构的五轴联动机床的加工范围不宜太小,而是越大越好,一般为龙门式或动梁龙门式。联动轴为X/Y/Z/A/C,Y轴方向B轴不旋转。
3、卧式主轴双摆头
在基于卧式加工中心结构的双摆头五轴联动。联动轴为X/Y/Z/B/C,X轴方向A轴不旋转。
4、工作台摆动式
在直驱电机成熟后,五轴联动的结构也有了很大的改善。整个工作台可以进行双摆动。目前C轴直驱能达到一定转速,达到车削的效果。联动轴为X/Y/Z/B/C,X轴方向A轴不旋转。
5、工作台主轴摆动
依据摆动机构的演变,工作台和主轴分别摆动,构成两者的结合。联动轴为X/Y/Z/A/C,Y轴方向B轴不旋转。

二、五轴联动数控机床的优势

1、可一次性完成零件的五面加工,减小重复装夹次数,提高加工精度,节约时间。
2、对于复杂零件多次装夹需要重新寻找基准坐标,会影响加工的定位精度。用五轴联动机床一次定位后能完成全部加工。高效并高精完成复杂零件的一次加工。
3、可完成空间曲面的加工,减小对设计、加工工艺的限制,提高产品的整体性能。
4、特别是对叶轮等复杂曲面,由于三轴设备刀具会与零件干涉。而使用五轴联动机床就能很好的避免。
5、利用刀轴可控性,让刀具的侧刃切削,提高效率及表面质量,延长了刀具寿命。
6、五轴机床可以灵活的调整刀具与工件的角度,五轴机床可以采用刀具侧刃切削,加工效率更高。同时减少刀具的磨损。
7、在模加工中可对深腔,深槽进行加工,节约加工成本具。
8、缩短新产品研发周期。

三、关于RTCP

RTCP,在高档五轴数控系统里,认为RTCP即是Rotated Tool Center Point,也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中,追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时,由于回转运动,产生刀尖点的附加运动。数控系统控制点往往与刀尖点不重合,因此数控系统要自动修正控制点,以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。
业内也有将此技术称为TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其实这些称呼的功能定义都与RTCP类似,严格意义上来说,RTCP功能是用在双摆头结构上,是应用摆头旋转中心点来进行补偿。而类似于RPCP功能主要是应用在双转台形式的机床上,补偿的是由于工件旋转所造成的的直线轴坐标的变化。其实这些功能殊途同归,都是为了保持刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。
在RTCP功能开的情况下,控制系统只改变刀具方向,刀尖位置仍保持不变。
而对于不具备RTCP的五轴机床和数控系统是怎么解决直线轴坐标偏移这个问题呢?
我们知道现在国内很多五轴数控机床和系统都属于假五轴,所谓假五轴,其实就是指不带RTCP功能的机床。真假五轴,既不是看长相也不是看五个轴是否联动,要知道假五轴也可以做五轴联动。假五轴的区别主要在于其没有真五轴RTCP算法,也就是说假五轴编程需要考虑主轴的摆长及旋转工作台的位置。这就意味着用假五轴数控系统和机床编程时,必须依靠CAM编程和后处理技术,事先规划好刀路。
同样一个零件,机床换了或者刀具换了,都必须重新进行CAM编程和后处理。并且假五轴机床在装夹工件时需要保证工件在其工作台回转中心位置,对操作者来说,这意味着需要大量的装夹找正时间,且精度得不到保证。即使是做分度加工,假五轴也麻烦很多。而真五轴只需要设置一个坐标系,只需要一次对刀,就可以完成加工。假五轴是依靠后处理技术,将机床第四轴和第五轴中心位置关系表明,来补偿旋转轴对直线轴坐标的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不仅仅是编程趋近点,更是包含了X、Y、Z轴上必要的补偿。这样处理的结果不仅会导致加工精度不足,效率低下,所生成的程序不具有通用性,所需人力成本也很高。同时由于每台机床的回转参数不同,都要有对应的后处理文件,对于生产也会造成极大的不便。再者假五轴其生成程序无法改动,实现手工五轴编程基本没有可能。同时因为没有RTCP功能,其衍生的众多五轴高级功能都无法使用,比如五轴刀补功能等。
其实对于五轴机床来说,它只是我们为了实现加工结果的工具,并无真假之分。重要的是我们的工艺决定了选用什么方式加工,相对而言,真五轴机床性价比更高。

五轴联动数控机床