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五轴数控铣床的功效和操纵

文章来由:五金加工义务编辑:yaxun88作者:数控厂家人气: 颁发时辰:2020-09-18 16:44 字体巨细:【

5轴铣床能够或许或许做甚么?

这听起来能够或许或许很奇异,但若是文艺回复时代的艺术家用锤子和凿子换来了数控 (CNC) 和铣床,那末明天咱们就会有不计其数的大卫雕像,由各类资料制成。

若是您依然思疑五轴铣削是一种真实的艺术情势,请点击此处或此处。

不管您是用大理石雕镂佳构仍是用钛铣削叶盘 - 根基道理都是一样的:您从一块资料起头,而后去除多余的局部,直到只剩下方针东西。固然,这个进程的细节要庞杂很多,出格是5轴铣削。
五轴数控铣削

甚么是五轴数控铣削?

简而言之,在 5 轴铣削中,物体或铣刀经由进程 CNC 节制沿五个差别的轴同时挪动。这使得能够或许或许加工很是庞杂的整机,这便是为甚么 5 轴手艺出格在航空航天财产中证实了自身的缘由。

可是,这并不是 5 轴手艺进步的独一缘由。其他身分是:

1 ,趋势于单一设置东西处置(偶然称为“done-in-one”)以削减周转时辰并进步效力
2 ,经由进程以受控体例倾斜铣削元件或铣削台来避免任务中产生变乱的能够或许或许性,这也使加工进程与各个物体的几多外形更好地调和
3 ,经由进程确保最好切削地位和恒定金属去除率,作为铣削元件或铣床的上述倾斜功效的副感化的刀具寿命和刀具轮回的优化

5轴加工进程中的轴呢?

咱们都晓得牛顿和苹果​​的故事,但有一个一样身世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),当他注重到一只苍蝇在他的房间里嗡嗡作响时。他认识到他能够或许或许只用三个数字来描写苍蝇在房间三维空间中的地位,别离用变量 X、Y 和 Z 表现。

这是笛卡尔身后三个多世纪至今仍在操纵的笛卡尔坐标系。 X、Y 和 Z 是以涵盖了 5 轴加工进程的五个轴中的三个。

五轴数控铣削手艺
可是别的两个轴呢?

设想一下缩小笛卡尔的飞翔半途。咱们不只能够或许或许将它们的地位描写为三维空间中的一个点,还能够或许或许描写它们的标的目的。当苍蝇转变标的目的时,它的转变体例与飞机倾斜以遏制灵活的体例不异。第四个轴 A 将其环绕自身轴的横向扭转描写为环绕 X 的扭转轴(手艺术语称为“转动”)。
按照飞机比拟,向上或向下飞翔的垂直倾斜度由第五个轴 B 描写为环绕 Y 的扭转轴(手艺术语称为“颔首”)。

仔细的读者无疑会揣度出存在绕 Z 轴扭转的第六轴 C。在咱们的示例中,这是向左或向右的程度扭转(手艺术语称为“偏航”)。

若是您难以设想上述六个轴,下图应作为指点:

轴 A、B 和 C 按字母挨次摆列,以婚配呼应摆列的轴 X、Y 和 Z。固然有 6 轴 CNC 机床,比方龙门铣床 Zimmermann FZ 100,但 5 轴设置装备摆设更加罕见,由于第六轴凡是几近不任何额定用处。

对轴指定商定的最初申明:在立式加工中间中,X 轴和 Y 轴对应于程度面,而 Z 轴对应于垂直面。在卧式加工中间,Z 轴和 Y 轴交换。见下图:

 5 轴设置装备摆设

5 轴铣床的详细设置装备摆设决议了它操纵三个扭转轴中的哪个。

以是z。 B. A 轴(绕 X 轴扭转)和 C 轴(绕 Z 轴扭转)的转台机床,而 B 轴(绕 Y 轴扭转)的扭转头机床) 和 C 轴(绕 Z 轴扭转)正在任务。

Okuma MU-4000V 5 轴立式加工中间的扭转任务台外部视图


转台机器中的扭转轴经由进程任务台的勾当来操纵,而扭转头机器经由进程扭转主轴来操纵其扭转轴。这两品种型都有自身的上风。比方,转台机器供给更大的处置室,由于转轴不须要很大的空间。另外一方面,扭转头机器也能够或许或许加工较重的整机,由于任务台一直是程度的。
五轴数控铣床

须要几多轴?

您能够或许或许传闻过具备七轴、九轴乃至十一轴的加工中间。固然如斯多的附加轴仿佛难以设想,但对如斯惊人数字的诠释现实上很是简略。

“当你处置机器时,比方比方,具备多个车削主轴会增添轴的数目,”马扎克美国财产操纵高等工程师 Mike Finn 诠释说。

“比方,咱们的机床带有一个附加的第二主轴和较低的刀塔。对这些机器,您有多个轴:上转塔有 4 个轴,下转塔有 2 个轴,而后您有两个绝对的主轴,它们也有 2 个轴。这类机器最多能够或许或许有 9 个轴,”Finn 持续说道。
“您制作的整机依然是 5 轴整机,” Okuma America 的产物专家兼发卖司理 Wade Anderson 补充道。

“在咱们的立式加工中间 MU-5000(一台 5 轴机床)上能够或许或许轻松制作用于航空航天财产的组件,比方 B. 阀门。咱们还能够或许或许在带有 B 扭转轴的多轴机床上加工该整机,并且两个主轴别离用于两个 C 轴,加上规范的 X、Y 和 Z 轴。另有下刀塔,它为您供给了第二个 X 和 Z 轴。是以有更多的加工轴可用,但整机自身将有不异的几多外形,”安德森说。


那末真正须要几多轴呢?

正如制作业中常常碰到的环境一样,这个题目的谜底取决于特定的操纵。芬恩举了以下例子:
“涡轮叶片是一个自在曲面,能够或许或许很是庞杂。加工此类物体的最有用体例是 5 轴加工,此中刀具环绕涡轮叶片的外表以螺旋形指导。经由进程将刀片牢固在某个地位,而后沿三个线性轴加工外表,能够或许或许遏制 3 轴加工,但这凡是不是最有用的体例。 ”
Anderson 表现赞成:“您须要 3、4 或 5 轴设置装备摆设,这取决于呼应组件的几多外形。”
可是,首要的是要注重所需的轴数取决于超越要间接处置的东西的方面。方针是首要身分,但它也与每一个客户的持久须要和方针有关,”安德森说。

“客户能够或许或许向我展现一个整机,比方用于航空航天手艺的钛支架,我能够或许或许说,'这是 5 轴加工中间的完善整机',但客户能够或许或许已打算在咱们的一台 MULTUS U 机器能够或许或许更好地处置将来。就以后部件而言,这款多功效机床能够或许或许不如 5 轴加工中间最合适,但它为客户供给了车削、轴或卡盘加工的能够或许或许性,这些加工也可操纵于将来的部件。 ”

“要斟酌的另外一个方面是处置室的尺寸,”芬恩补充道。 “在不影响刀具和地位变更的环境下,您能够或许或许拔出机器的物体的最大尺寸是几多?这是对领会体系甚么是能够或许或许的,甚么是不能够或许或许的。 ”


五轴加工的上风是甚么?

在 3 轴加工和 5 轴加工之间遏制挑选有点像在 MacDonald 的四分之一磅和 T 骨牛排之间做出挑选;若是您只关怀本钱,那末第一个选项明显是更好的挑选。

可是,若是将 5 轴加工与 3 + 2 轴加工遏制比拟,则决议打算要坚苦很多。

5 轴 vs 3 + 2 轴
为了懂得主题,首要的是要领会 5 轴加工和 3 + 2 轴加工之间的区分。前者 - 也称为持续或同步 5 轴加工,伴跟着沿一切五个轴对刀具对齐的持续调剂,以坚持切割喷嘴与工件的最好垂直。
操纵 DMG MORI DMU50 在一切 5 个轴上出产的由 6010 铝制成的演示组件。处置时辰:13分钟。

另外一方面,对后者 - 也称为 5 面或 3 + 2 轴加工 - 履行 3 轴法式,此中铣刀牢固在由两个扭转轴肯定的角度。若是刀具在切削之间沿扭转轴从头对齐,则该进程称为“5 轴分度”;可是,它依然是3+2轴加工工艺之一。

3 + 2 轴演示组件,由 6010 铝制成,在 DMG MORI DMU50 上出产。处置时辰:7分钟。

与 5 轴分度加工比拟,5 轴持续加工的首要上风在于速率,由于后者每次从头调剂刀具时都必须遏制,而前者则不须要。

可是,准绳上,两种变体都能够或许或许实现不异的成果。 (差别意的读者接待在文章下方的批评局局部享他们只能操纵持续 5 轴手艺加工的整机的示例。)

还应当提到的是,速率上风是以东西勾当增添为价格的,这与磨损增添和碰撞检测须要增添有关。 这便是为甚么从操纵的角度来看持续 5 轴加工更具挑衅性的缘由之一。


5 轴加工与 3D 打印

3D 打印或增材制作或衍生式制作 - 今朝是出产范畴的热点话题,出格是在与减材制作工艺(如 5 轴加工)的比拟方面。

固然偶然有人以为这两种体例是彼此合作的——出格是那些宣称 3D 手艺将很快倾覆全部制作业的铁杆 3D 粉丝——但从更暖和的角度来看,加法和减法制作工艺显现而不是彼此补充的手艺。
“我以为增材制作不会完全接收制作业,但我以为它供给了制作曩昔没法制作的整机的机遇,”芬恩说。 “仍有很多整机须要减材加工。比方,圆度公役很是低的整机。 ”

Finn 补充说:“能够或许或许毫无题目地将元件制成近净外形,但该元件仍需从头加工以到达充足的公役。”

这是不是象征着制作的将来在于由 3D 打印和 5 轴 CNC 构成的夹杂出产体系——或许带有内置坐标丈量机来查抄尺寸?

Anderson 不肯定:“3D 打印在尝试室环境以外的真正操纵不是具备组合体系,而是比方 LMD 体系(激光金属堆积;德语:激光金属堆积)和同时具备扭转或铣床的机器二者都做他们最善于的任务,并将两个单位与主动化连系起来。 ”
两个自力体系面前的要点是更好的粉末和切屑办理。
“在 LMD 装备上制作 30 磅重的整机所需的粉末量能够或许或许是 150-300 磅的钛,”安德森说。 “当将其放入一台连系了一切功效的机器中时,几近不能够或许或许收受接管和再操纵粉末。”
换句话说:3D 打印和 5 轴加工彼此之间的合作较少,而彼此之间是互补的。 “我以为增材制作能够或许或许极大地削减制作进程中的粗加工数目,”Finn 总结道。


若何充实操纵 5 轴加工

5轴手艺的上风不获得充实操纵的环境并不少见。
安德森赞成:“这伤透了咱们如许的公司的心:当咱们看到一家公司在采办体系时尽力以赴,而后由于各类缘由在调试时代只操纵此中的一小局部功效,比方操纵具备五个或多个功效的多功效体系。更多的轴,比方 3 轴体系。近似的任务一次又一次地产生。”

“这类景象凡是与公司的人力资本政策有关,”安德森补充道。 “这是对培训和领会若何操纵体系。偶然,担任人很难设想规范操纵法式能够或许或许若何变更。 比方。 是不是不能在一个集成进程中同时用上扭转、下扭转、主轴和副主轴加工各个整机。 对某些人来讲,这些能够或许或许性仿佛势不可挡,并压服了他们。 ”


5轴节制和软件的首要性

固然具备具备恰当资历的财产机器师对充实操纵 5 轴体系的潜力做出了严重进献,但体系的节制体系和软件也一样首要。
“对高速 5 轴加工,体系上的伺服驱动器和呼应时辰很是首要,以避免加工进程中显现不不变和不精确的切割,”芬恩说。 “体系的节制体系必须能够或许或许充足快地处置数据,以便东西能够或许或许以杰出、安稳的勾当在物体上被指导。您不但愿任何能够或许或许致使误差和不法则的猛烈勾当。 ”
“建立 5 轴法式的软件还必须能够或许或许天生标致、流利的代码,以便体系能够或许或许将其转换为光滑的勾当,”芬恩说。

是以,挑选准确的 CAD/CAM 软件包对充实操纵您的机器相当首要。

“比方,当你做航空航天叶盘时,你必须操纵高端法式,”安德森说。 “另外一方面,若是您在汽车公司的压铸模具中制作小型铝制元件,并且只须要在发念头外壳上钻几个孔来组装它们,那固然就完全差别了。”

“若是您正在切割 CAM 体系须要为其建立特定切割法式的整机,您应当投资一个按照您的举措措施才能量身定制的 CAM 体系,”Finn 补充道。

避免 5 轴体系中的碰撞

在建立 5 轴铣削途径时,凡是在更高的切削和进给速率与最大限定地下降变乱和颠仆危险之间存在两难挑选。荣幸的是,有很多软件东西能够或许或许赞助消弭这些危险。

“操纵咱们的防撞软件,您能够或许或许上传整机和东西的 3D 模子,法式将在东西挪动之前查抄是不是有任何碰撞危险,”安德森说。 “若是您的装备建模准确,则在勾当起头之前将避免碰撞。”
“市场上有能够或许或许遏制机器摹拟的软件,”芬恩批评道。 “这很是首要,出格是在触及更高贵的整机时。您不但愿碰撞会致使您不得不报废整机、危险别人或破坏机器。 ”

“Vericut 供给 3D 假造监控软件,它能够或许或许在离线计较机上履行不异的操纵,”安德森补充道。 “是以,与其在节制体系上及时运转,不如将您的整机数据上传到 Vericut,它会查抄您的一切刀具途径并确保体系完全按照您的预期运转。”

5 轴体系中的刀具传感器

高出产率是 5 轴加工的上风。但它也增添了犯错的危险,比方 B. 操纵破坏的东西或毛病的东西。削减此类毛病的一种体例是操纵东西传感器,比方 B. DMG MORI DMU 50 上的此 BLUM 激光器:


5 轴手艺:一键搞定?

术语“一体实现”是出产中的一个高尚抱负:您将一块资料装入机器,运转法式并收到一个完全的整机。与零设置时辰一样,一体实现也是一个有代价的方针,即便它终究没法在不让步的环境下实现。
不管若何,5 轴加工比任何其他工艺都让咱们更靠近方针,由于即便是 3D 打印整机也须要后处置。在这类环境下,夹紧手艺是 5 轴加工的首要限定。

“夹紧手艺在 5 轴加工中很是首要,”安德森说。 “我能够或许或许具备天下上最好的体系,但若是我的夹紧手艺很糟,我将永久没法在一天竣事时掏出我想要的整机。”

Finn 以为,降服这一妨碍的关头在于操纵具备五个以上轴的机器:
“咱们的 INTEGREX 机床 z. B. 能够或许或许装备副主轴和下铣刀塔。这许可在主轴上切割整机,而后转移到副主轴以加工整机的其他局部。这根基上许可您装载一块原资料,最初卸载一个成品。”



5 轴铣削的真正艺术

5 轴加东西备光鲜明显的上风,比方更短的出产时辰、更高的效力和更长的刀具寿命。 可是,首要的是要领会仅采办最新的 5 轴加工中间没法实现这些上风。

把握 5 轴加工的艺术须要斟酌多种身分。 对这个题目,安德森说:
“若是你看客户的题目,那末加工进程中的手艺题目就比拟少见了。 大大都时辰,他们面对的题目与制作手艺有关,而是培训题目和职员题目。 是以,将任务打算转化为充足的体系节制号令或确保在处置之前有充足的东西来实现已起头的局部。 与制作自身所触及的手艺题目比拟,流程的核心局部凡是会带来更大的挑衅。 ”

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