国产五轴联动数控机床

国产五轴联动数控机床（推荐5篇）

国产五轴联动数控机床 篇1

11月5日在上海新国际博览中心结束的2006中国国际工业博览会上，上海交通大学与上海电气集团股份有限公司中央研究院、上海第三机床厂联合开发的五轴联动数控机床获得2006中国国际博览会创新奖。具有五轴联动功能的开放结构高端数控装备是发达国家禁止向中国出口的先进制造技术，也是我国独立自主发展航空、航天、国防、汽车等行业所必不可少的先进装备。

机械与动力工程学院王宇晗副教授与上海电气集团股份有限公司中央研究院合作研究完成具有自主知识产权的开放式数控平台，在此基础上，研制了SE305M五轴联动高档数控系统产品。该系统是上海市首台全国产化的五轴联动高档数控系统，在五轴联动插补算法、微小线段的五轴联动速度平滑技术、五轴联动NURBS曲面高速加工运动控制技术等国家急需的关键技术上取得创新性的突破和应用，使上海的现代装备制造业的技术水平向前迈进了一步。

那么什么是五轴联动呢？五轴联动：除同时控制 X、Y、Z 三个育线坐标轴联动外．还同时控制围绕这这些直线坐标轴旋转的 A、B、C 坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动这时刀具可以被定在空间的任意方向．比如控制刀具同时绕 x 轴和 Y 轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度。

在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。

五轴机床发展的趋势

首先是采用直线电机驱动技术。经过十几年的发展，直线电机技术已经非常成熟。直线电机刚开发出来易受干扰和产热量大的问题已经得到解决，而直线电机的定位技术，既在高速移动中快速停止，也有部分机床厂家采用阻尼技术给予解决。

直线电机的优点是直线驱动、无传动链、无磨损、无反向间隙，所以能达到最佳的定位精度。直线电机具有较高的动态性，加速度可超过2g。采用直线电机驱动还具有可靠性高、免维护等特点。

其次是采用双驱动技术。对于较宽工作台或龙门架型式，假如采用中间驱动，实际无法保证驱动力在中心，轻易造成倾斜，使得动态性能较差。使用双驱动，双光栅尺，一个驱动模块，就能使动态性能非常完美。一个驱动指令，双驱同时工作，光栅尺来检测两点是否平衡，假如不平衡则通过不同指令使其达到平衡。当然，五轴联动机床技术的发展还远远不止这些，许多技术在德马吉的机床产品中都将会体现出来。

五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志

由于使用五轴联动机床，使得工件的装夹变得容易。加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外，由于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。

当前，国产五轴联动数控机床在品种上，已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应大小不同尺寸的复杂零件加工，还有五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ-5HMC40卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品，已获得国内市场的认同。

国产五轴联动数控机床 篇2

(一) 重型数控龙门铣床的现状分析

1. 重型数控龙门铣床的数控技术已淘汰

重型数控龙门铣床是20世纪90年代从意大利引进的, 由于科学技术的迅速发展, 数控系统技术已经落后和老化, 主要表现在重型数控龙门铣床的数控系统主要控制X、Y、Z轴直线联动来实现加工模具, 而对加工目前汽车覆盖件模具的复杂空间曲面时, 就显得这种铣床力不从心, 加工模具的空间曲面形状和精度均达不到产品的设计要求。第二, 铣床加工模具时, 还需要多次装夹, 辅助时间较长, 生产效率低。第三, 数控系统的软件版本功能较低, 没有RTCP等功能, 满足不了现代汽车制造对模具加工的需求。而数控系统的硬件如CPC、电路板、接口等已老化, 内存也小。综合分析数控龙门铣床的数控系统技术落后和老化。

2. 重型数控龙门铣床出现劣化现象

重型数控龙门铣床从1994年开始使用至今, 几乎每天24小时都在使用, 铣床的开动率高达92.8%。同时, 铣床的服役时间已有17年, 已超过重型数控龙门铣床的有效使用年限7年, 铣床的机械部分、电控部分等已出现劣化现象, 如床身导轨磨损加大, 铣床出现爬行现象, 降低了铣床运动精度。各传动齿轮磨损较大, 运动时出现响声等, 铣床的故障率也逐步升高。

3. 数控铣床的发展方向

数控技术的发展带动了机械加工技术的飞速发展, 使传统的制造工艺发生了显著的变化。五轴联动数控铣床是集机械、电气、液压、数控技术为一体的高科技、高精密的专门用于加工复杂曲面的铣床, 特别适用于国防、军工、航空航天、发电设备、能源交通、模具制造等行业的关键精密零件的加工, 数控铣床在现代工业生产中发挥着极其重要的作用。

在加工汽车覆盖件模具复杂空间曲面时, 采用五轴联动数控铣床能更好的保证模具的加工质量, 能让模具的装夹变得容易, 避免了多次装夹, 使模具加工变得更加容易, 也使模具修改变得容易, 能实现汽车模具加工的高精度、高效率、低成本的目的。

(二) 制订重型数控龙门铣床改造方案

经过分析重型数控龙门铣床的现状, 针对造成加工现代汽车模具精度不高, 生产效率低等主要问题, 成立专项小组, 对重型数控龙门铣床进行全面的检测, 掌握铣床原有性能指标, 如原铣床的主运动参数, 进给系统状态, 动态切削性能等。遵循设备管理原则使修理、改造与更新相结合, 充分吸收意大利重型数控龙门铣床的设计思想和系统结构, 运用新技术、新工艺、新产品, 对重型数控龙门铣床进行五轴联动数控化改造, 以提升旧重型数控龙门铣床的功能、精度和可靠性, 满足现代汽车模具加工的要求。

重型数控龙门铣床五轴联动数控化改造总的要求为:技术上追求先进性, 质量上强调可靠性, 投入上坚持经济性。经研究论证铣床改造主要有以下几方面:

1. 保留重型数控龙门铣床的基础件, 如床身、立柱、横梁、工作台等大型铸件 (或焊接件) , 并恢复原有的功能和精度。

2. 更换不能满足现代模具加工要求的三轴联动数控系统, 选配适合现代模具复杂空间曲面加工的五轴联动数控系统。

3. 根据重型数控龙门铣床的结构, 配置一个数控双摆角铣头, 重新设计主轴传动系统。以实现重型数控龙门铣床五轴联动, 完成复杂空间曲面的模具加工, 扩充铣床的功能和档次。

4. 在铣床的进给系统中, 将步进电机和步进驱动更换为伺服电机和伺服驱动;将丝杆更换为滚珠丝杆, 以提高铣床精度和效率。

5. 重新设计铣床电控线路、增加电控柜的空调装置等和更换老化的电气元件等。

6. 铣床的辅助部分如液压、气动、润滑、冷却系统基本保持不变, 只进行维护保养。

(三) 重型数控龙门铣床改造方案实施

1. 采用先进的技术和新产品, 实现五轴联动

(1) 选配适合现代汽车模具加工的数控系统

根据重型数控龙门铣床加工现代汽车模具的工艺要求, 重新选配当前比较先进的意大利FIDIA C10五轴联动数控系统, 更换旧的三轴联动数控系统。FIDIA C10数控系统功能强大、性能可靠、操作方便, 同时, 还具有直线, 圆弧, 螺旋线和抛物线插补、动态RTCP补偿, 旋转轴同步编程、线性误差和反向误差的补偿、螺距误差补偿、刀具长度校正、2D刀具半径补偿、镜像加工等功能。可实现图形模拟、图形编程、作业顺序编程、CAD文件的显示、故障自诊断等功能, 该系统还适用于高功率、高速度的数字交流伺服驱动, 能使数控龙门铣床具有高精度、高效率加工复杂曲面模具的功能。

(2) 运用现代设计方法, 优化双摆角铣头的结构

现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在所涉及的领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的总称。在运用现代设计方法进行工程项目设计时, 一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。

所谓五轴联动数控铣床是指在一台铣床上有五个坐标轴 (X、Y、Z三个直线坐标和两个旋转坐标) , 而且可在计算机数控系统控制下同时协调运动进行复杂空间曲面的加工。

要实现重型数控龙门铣床五轴联动数控化改造, 关键问题之一是要在重型数控龙门铣床增加两个旋转运动, 而重型数控龙门铣床改造时的工作台不变, 同时, 铣床主要用于加工汽车覆盖件模具, 因此, 采用主轴头旋转方式立式结构, 将A、C旋转轴设在主轴上, 铣头绕Z轴旋转为C轴, 铣头绕X轴旋转为A轴。进给机构采用蜗杆/蜗轮副传动结构, 选用SIEMENS伺服电机。并且通过现代设计方法, 以有限元分析为基础, 结合重型数控龙门铣床的结构和性能, 对AC旋转轴结构进行优化, 并重新设计主轴传动系统, 最终形成AC双摆角铣头如图1所示, A轴正反旋转各为210度, C轴正反旋转各为400度, 完成X、Y、Z三轴直线运动和A、C轴旋转运动的五轴联动, 使铣刀始终垂直于模具曲面, 实现复杂空间曲面的模具加工。

(3) 采用先进的液压平衡法, 以平衡主轴箱系统的重量重型数控龙门铣床五轴联动数控化改造, 增加了一个数控AC轴双摆角铣头功能, 重新设计了主轴传动系统。

当铣床主轴 (Z向) 运动时, 为了平衡主轴箱系统的重量, 采用目前技术水平最先进的大型储能筒式液压平衡机构, 使主轴箱进给运动时平稳性和伺服随动性得到大幅提高。

2. 采用新技术、新工艺延长机床的使用寿命

(1) 运用新产品, 改善进给系统, 提高机床的定位精度

重型数控龙门铣床的进给系统用于接受数控系统发出的脉冲指令, 放大和转换后驱动铣床运动执行件, 以实现预期的运动。因此进给系统的性能在一定程度上决定了铣床的性能, 直接影响到加工模具的精度。为了保证铣床的加工精度, 将该铣床X轴、Y轴、Z轴的直线进给运动的丝杆, 更换为高速性能好、摩擦力矩小、传动效率高、接触刚度高、变形小的、高精度的滚珠丝杆副, 并采取消隙、螺距误差补偿等措施, 使进给系统具有响应速度快、稳定性好、传动精度高、构件刚度性强、低摩擦的功能。同时, 对铣床X轴、Y轴、Z轴方向的伺服驱动装置均采用转子惯量小、动态响应好, 质量小、转速高、输出功率大的交流伺服电机和驱动, 从而满足重型数控龙门铣床五轴联动的定位精度要求。

(2) 采用修磨技术和工艺, 提高机床的运动精度

对重型数控龙门铣床的机械传动部件如主轴、床身导轨、工作台采用修磨技术和工艺进行修复。同时, 床身导轨采用耐磨贴塑处理, 降低导轨间的摩擦力, 消除导轨可能产生的爬行现象, 提高了铣床的运动精度, 延长铣床的使用寿命。

3. 重新设计铣床电控系统

对重型数控龙门铣床电控系统进行重新规划布线, 用新的数控系统和强电装置代替旧的系统等;更换老化的电气元件和电缆及附件等, 恢复铣床电控系统的各项功能, 确保铣床正常运转、操作灵敏可靠, 延长铣床的电控使用寿命。同时, 根据电控系统产生的热负荷等数据进行热量计算, 增加电控柜空调装置, 解决温控问题。

(四) 重型数控龙门铣床改造效果

重型数控龙门铣床五轴联动数控化改造后的检验, 是参照欧美国家设备对高档汽车模具加工精度的要求。对铣床进行几何精度 (工作台面运动的平行度检测、铣头横向移动对工作台面的平行度检测、铣头垂直升降移动对工作台在X、Y方向上的垂直度检测、铣头主轴旋转中心对工作台的垂直度检测、铣头主轴端径向跳动和端面跳动精度检测等项目的检测) 、定位精度、重复定位精度、NAS试件和“S”试件加工检测, 汽车前门外板模具实物加工检测。经检验铣床各项指标数据表明, 所改造的重型数控龙门铣床主要参数、功能、精度、可靠性, 基本达到同类五轴联动数控铣床的出厂标准。

重型数控龙门铣床五轴联动数控化改造后的效果主要表现为以下四个方面:

第一, 使旧重型数控龙门铣床获得新生, 实现铣床数控五轴联动, 解决当前汽车制造对模具复杂空间曲面的加工要求高精度、高效率的问题, 大大提高了生产技术装备水平, 提高了市场竞争力, 获得了巨大的经济效益。在2010年生产中产生的直接经济效益约为500万元, 实现新增利税约125万元。

第二, 按目前同等五轴联动重型数控龙门铣床的价格比较, 可节约设备采购费700多万元。

第三, 运用科学新技术对重型数控龙门铣床进行五轴联动数控化改造, 具有投资少、见效快的特点, 实现节能省材, 促进环保, 为企业机床技术改造更新提供了一种借鉴。

第四, 在充分吸收意大利重型数控龙门铣床的设计思想和系统结构的基础上的进行期改造, 掌握重型数控龙门铣床五轴联动的结构, 把握数控龙门铣床五轴联动的发展趋势, 积累数控机床改造维护经验, 打造了一支旧机床数控改造的团队, 提高工程技术人员和专业教师的专业能力, 也为机电设备管理与维修专业教学提供了案例。

(五) 结束语

重型数控龙门铣床五轴联动数控化改造的技术难点主要表现为:

1. 五轴联动的数控系统控制

重型数控龙门铣床是机电一体化的典型产品, 铣床中的X、Y、Z轴直线和A、C轴旋转的进给运动均为独立的传动机构, 各运动轴线都有各自的进给伺服系统 (交流伺服驱动电机和伺服驱动等) , 均通过铣床的数控系统统一控制下, 完成数控龙门铣床五轴联动的运动。因此, 数控系统性能优劣决定数控铣床的加工效率、成形精度和运行的稳定性、实现重型数控龙门铣床五轴联动加工的控制。

2. AC双摆角铣头优化, 实现五轴联动

运用现代设计方法, 以有限元分析为基础, 结合重型数控龙门铣床的结构和性能, 对AC双摆角铣头进行优化, 重新设计主轴传动系统, 以实现重型数控龙门铣床五轴联动的加工。

摘要：通过对重型数控龙门铣床的现状分析, 提出五轴联动数控化改造方案, 运用新技术、新工艺、新产品对其实施改造, 提升旧铣床的性能、精度和可靠性, 解决当前汽车制造对模具复杂空间曲面加工高精度和高效率的问题, 满足现代汽车模具加工的要求, 创造更大的经济效益和社会效益。

关键词：铣床,数控技术,五轴联动,模具加工

参考文献

[1]向刚亚, 胡勇, 佟丽明, 李雄伟.电主轴系统在五轴数控铣床改造中的分析与应用[J].装备维修技术, 2010 (1) :45-50.

[2]张贤宝.数控技术在X2012A龙门铣床改造中的运用分析[J].现代商贸工业, 2009, (18) :302-303.

[3]张振泼, 覃学东.五轴联动机床的结构性能分析与设计探讨[J].装配制造技术, 2009.2 (10) :5-8.

[4]闫明, 林剑峰, 郑鹏, 孙淑霞, 佟玲.直驱式A/C双摆铣头C轴结构单元有限元分析[J].设计与研究, 2010, (4) :13-19.

五轴联动机床为“中国制造”添力 篇3

2007年，6位来自上海交通大学的博士在一起做出了一个决定：把他们长期研究的五轴数控机床技术产业化。于是，上海拓璞数控科技有限公司（以下简称“拓璞数控”）成立。从创办初期，拓璞数控坚持依靠自主创新，立志在中国高端制造“无人区”中开创一片天。2012年6月，上海市领导前往拓璞数控调研。同年9月，上海市科委拨款，在公司筹建“上海特种数控转杯及工艺工程技术研究中心，并启动重大科技攻关项目。

政府的大力支持，助力拓璞数控梦想的起飞。短短几年间，拓璞数控打造了精密机械传动技术、开放式高档数控系统、先进制造工艺技术等3个技术平台，开发了近10项国内领先的高端装备核心技术。其中，作为核心产品之一的五轴联动数控机床，其研发成功填补了国内该领域的技术空白。所谓五轴联动机床，大约可以理解成一部工业机器人。“五轴”描述了它的灵活性——拥有大量“关节”，可以从五个维度对材料进行加工;“联动”则表明它的协调性——五维度加工可以同时进行，误差不超过发丝的直径。

五轴联动机床是典型的“三高”机械装备——科技含量高、精密度高、成本高，对一个国家的高端制造业有着举足轻重的影响力，是发动机叶轮、叶片、船用螺旋桨、汽轮机转子等加工的唯一手段。以发动机叶轮为例，它是汽车排量后缀“T”的核心部件，其作用是以高速旋转，往发动机气缸上喷气增压让发动机产生更大动力。对叶轮来说其质量越轻，转速越快，作用越明显，但精密的加工工艺一直是中国企业为之苦恼的技术难点，导致叶轮一直依赖进口。如今，拓璞数控自主研发的国内第一台叶轮五轴专用加工机床成功运用正在逐步改变这一现状。通过现场演示，我们可以看到只要按下五轴联动机床的按钮，它就能按程序自动将金属锭雕成五片锐利“花瓣”，俗称“叶轮花”，整个过程流畅自然，我们相信叶轮实现国产化不是梦想。据悉，拓璞数控目前已经推出五轴的第三代产品，加工（包括粗加工和精加工）常规叶轮时间只有3分钟。

技术创新是科技型企业发展的基石，对拓璞数控来说也不例外。凭借五轴联动数控的技术支持，拓璞数控又研发出了一套全新高端装备——全自动钻铆装备。据了解，铆接是飞机、火箭制造过程中零件最多的工艺。我国很多飞机蒙皮连接处的铆钉，一直是靠人工铆接。如果拓璞数控自主创新的钻铆设备能够成功运用，其效率将是手工铆接的5倍，而设备价格却仅为进口设备的1/5。

目前，拓璞数控凭借自己的科技创新技术已经参与了运载火箭、大型飞机智能装备的制造，这对于一家民营企业来说是非常难得的。而其自主研发的核心技术，让一些连国企都拿不到的大订单纷至沓来，截至目前订单额已经数以亿计。但这不足以满足一个有着“中国制造”梦想的企业。对于以技术专家为核心的拓璞团队来说，他们未来十年的目标是以“自主的核心技术、优质的产品质量”为竞争力，以持续研发航空航天、轨道交通、船舶汽车等中国现代制造产业需要的先进重大装备为己任，力争成为引领轻合金先进制造装备行业发展的国际一流企业。

国产五轴联动数控机床 篇4

五轴机床具有高效率、高精度的特点, 工件一次装夹就可完成除装夹面外的多个表面的加工。如配置五轴联动的高档数控系统, 还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工, 是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等复杂曲面加工的唯一手段[1]。国际上普遍把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志, 西方工业发达国家都将五轴联动机床列为国家战略物资严格管理, 限制出口到发展中国家。在这种形式下, 对五轴联动数控技术的研究显得愈发重要。

本文将讨论五轴联动数控机床的几种结构形式及其特点, 并利用现有的三轴雕刻机, 提出一种五轴联动实验平台的设计方案, 从而搭建一个用于五轴联动数控系统研发的实验平台。

1 五轴联动机床的结构形式[2]

五轴联动机床一般由3个直线轴和2个旋转轴组成, 即由X, Y, Z3个直线轴和绕这3个直线轴旋转的3个旋转轴A, B, C中的两个组成。根据两个旋转轴的位置, 五轴联动机床分为刀具双摆动, 刀具加工作台旋转和工作台双旋转3种结构形式。下面将分别讨论这3种结构形式的特点。

刀具双摆动的五轴联动机床由刀具执行两个回转运动。由于工作台不参与回转运动, 工作台可按较大规格配置, 所以这种形式的五轴联动机床承载能力大, 加工范围大, 可用来加工较大规格的零件。而且由于两个回转运动复合在主轴头上, 整体结构空间小, 刀具运动较为灵活, 但这也导致传动与结合环节较多, 所以机构刚性较差。

刀具加工作台旋转的五轴联动机床由刀具执行一个回转运动, 工作台执行另一个回转运动。由于工作台参与了一个回转运动, 所以这种结构形式的五轴联动机床的承载能力比刀具双摆动的五轴联动机床要低, 加工范围也较小, 主要用来加工中等规格的零件。但由于两个回转运动没有复合在一起, 所以这种结构形式的五轴联动机床在3种结构形式中, 结构最简单, 刚性最好, 但灵活性比刀具双摆动形式差。

工作台双旋转结构的五轴联动机床由工作台执行两个回转运动, 故承载能力在3种结构形式里最低, 加工范围最小, 灵活性也最差, 刚性则介于前两种结构形式之间, 只适用于加工小规格的零件。

2 五轴联动实验平台设计方案的确定

图1为三轴龙门雕刻机。两根立柱的材料为45钢, 其余部件的材料为铝合金。立柱高度为800mm, 3个直线轴都由步进电机通过滚珠丝杠直接驱动, 行程为300mm×400mm×20mm, 工作台面尺寸为300mm×400mm。根据五轴联动机床的结构特征, 只要把雕刻机3个直线轴的驱动方式由步进电机驱动改为伺服电机驱动, 并加上两个旋转轴, 就可以完成五轴联动实验平台的搭建。文章编号1674-6708 (2010) 25-0222-02

如果采用刀具加工作台旋转或工作台双旋转这两种结构形式来搭建实验平台, 则需要增加一个一轴或两轴的数控回转工作台, 导致整个结构所占空间、质量偏大。由于雕刻机的工作空间和承载能力有限, 所以不适合使用这两种结构形式, 最终确定以整体结构空间和质量最小的刀具双摆动这种结构形式来搭建实验平台。这种结构形式也是最灵活, 最能体现五轴联动机床优点的一种结构形式, 即在将雕刻机3个直线轴的驱动方式改为伺服电机驱动的基础上, 设计一个简易五轴头, 将两个旋转轴A轴和C轴置于五轴头上, 从而完成五轴联动实验平台的搭建, 如图2所示。

3 五轴头的设计

五轴头的机械结构如图3所示:

1-C轴;2, 6, 12, 13, 18-轴承盖;3-圆螺母;4, 16-角接触球轴承;5-深沟球轴承;7-A轴伺服电机;8-A轴电机安装板;9, 11-同步带轮;10, 17-A轴;14-主轴安装块;15-主轴;19-叉臂;20-安装座

五轴头的C轴和A轴采用45钢制造, 以保证五轴头的刚性, 同时为减轻重量, 其余的零件材料采用铝合金。五轴头的传动过程为:C轴伺服电机安装在轴承盖2上, 不经过传动机构直接驱动C轴旋转, A轴伺服电机7安装在叉臂19内, 通过同步带传动来驱动A轴, 带动主轴15摆动。整个五轴头通过安装座20安装在雕刻机上。五轴头的运动参数确定为:

1) A轴摆动角度为±90°, C轴回转角度为±180°;

2) A轴摆动速度为0~10 (r/min) , C轴回转速度为0~20 (r/min) 。

C轴的轴承配置为上支承使用两个背对背安装的角接触球轴承7204C, 以承受双向的轴向载荷, 下支承使用一个深沟球轴承6306, 以承受径向载荷;A轴的轴承配置为左右支承使用一对相对安装的角接触球轴承7200AC, 以承受轴向载荷和径向载荷。为便于装配, 各个轴承外圈与座孔的配合设计为间隙配合, 座孔公差为H7;轴承内圈与轴的配合则为过渡配合, 轴公差为h7。

X轴、Y轴、C轴的伺服电机采用安川SGMAH-04AAA41伺服电机, 功率为400W;Z轴伺服电机采用安川SGMAH-04AAA2C伺服电机, 带制造动器, 功率为400W。这四个轴都由伺服电机不通过传动机构直接驱动。A轴伺服电机采用安川SGMAH-01AAA41伺服电机, 功率为100W, 经过同步带传动驱动A轴回转。同步带选用节距为5.080mm的XL型T型同步带。小带轮齿数为12, 大带轮齿数为36, 传动比为3:1。

主轴电机采用伺服直流电机, 刀具通过专用夹头直接安装在主轴电机输出轴上。主轴电机转速为0~8 000r/min, 通过专用的PWM调速模块调节。

4 结论

本文的设计, 结构简单, 易于实现, 且造价较低, 通过设置合理的切削用量就可以进行简单的切削实验, 为五轴联动数控系统的研发提供了一个实验平台。

参考文献

[1]杜玉湘, 陆启建.五轴联动数控机床的结构和应用.机械制造与研究, 2008.

国产五轴联动数控机床 篇5

一、机床用途

HTM63150iy是以市场需求为方向, 以模块化设计为理念, 以实现零件单机完工为目标, 融合国内外同类机床的先进技术, 自主研发制造的具有Y轴、B轴功能的高转速、高精度、高刚性的复合车铣加工中心。该机床加工工艺范围广, 采用的刀具种类和规格较多, 可以加工盘类、轴类零件的外圆、内孔、端面、切槽、螺纹以及锥面、圆弧曲面等。该机床显著特点是铣削加工叶片螺旋面、加工偏心零件、铣削斜面等, 特别适用于军工、航天、航空等加工制造行业的复杂零件的加工。产品装配后, 通过切削试验证明, 机床无论其进给刚性、快移速度, 还是机床的定位精度、重复定位精度及工件的加工精度等均达到设计指标, 完全满足高端领域对关键零件高精度的要求。

二、技术性能及主要参数

HTM63150iy卧式车铣复合加工中心可以实现X、Y、Z、B、C轴五联动功能;整机采用模块式的设计方式, 配有前、后主轴及下刀架, 极大地提高了工作效率;B轴作为复合加工中心的核心部件, 通过科技攻关, 研发制造了具有独立知识产权的高速B轴刀架;此外首次将国产五轴数控系统应用在九轴五联动车铣复合机床上。该机床的各项技术参数均已达到国内领先水平, 主要参数见表1。

三、机床结构特点

1. 机床整体布局

该机床采用60°斜角的整体床身, 同时采用插补Y轴的结构形式, 不仅满足了机床结构紧凑的要求, 同时与垂直Y轴的结构形式相比较, 在一定程度上也提高了机床的刚性。在设计过程中, 运用有限元分析软件对机床进行优化, 使该机床的强度和抗震性都达到最优。

2. B轴结构形式

B轴功能是五轴产品所必须具备的功能, 该功能是机床加工能力得到提高的关键。目前根据B轴的安装形式可以分为:滑枕式水平安装、滑枕式垂直安装、滑板式水平安装、滑板式垂直安装。该机床采用的是滑板式水平安装, 同时采用双支撑的安装方式, 保证了B轴具有很高的刚性, 通过分析计算, 双支撑结构比单支撑悬臂的结构在刚性上至少提高了15%, 从而保证了车铣时机床的加工精度。此外影响B轴加工精度的另一因素是由B轴转位过程中的机械传动所引起的误差, 我们采用了具有消隙机构的齿轮传动链驱动结构, 在该结构中, 我们用了两个消隙齿轮, 解决了直接由电机通过减速器带动齿轮而产生的传动间隙。此外采用三齿盘锁紧机构、阻尼刹车等结构实现了B轴刀架角度定位及任意位置锁紧的功能。

B轴摆动范围为±120°, 摆动速度可达30r/min, 刀具主轴最高转速为12000r/min, 刀具主轴连续转矩可达200N·m。该刀架具有转位速度快、重复定位精度高、许用转矩大等特点, 可满足不同用户的加工要求。

3. C轴传动形式

该机床配有前后主轴。第一主轴采取主伺服传动的机械形式, 实现主轴大转矩输出;第二主轴为电主轴结构, 具有起动快、转速高、振动小等特点。单独的C轴传动机构, 由伺服电机通过减速器和一对降速齿轮与主轴连接实现低速、稳定运动。在使用C轴分度功能时, 通过油缸驱动传动齿轮, 使C轴传动与主轴连接;通过控制系统, 可实现C轴传动机构在主轴状态下与主轴的脱开, 这样既可以实现大的主轴输出转矩, 也能实现C轴分度的高精度。此外, 在主轴前端装有刹车盘装置, 对刹车盘施加一个低压阻尼压力, 可实现C轴的稳定插补运动, 施加一个高压, 可完成主轴的定位锁紧。

四、数控系统

具有五轴功能的复合机床, 以往在数控系统的选择上一向是依靠进口, 这次通过与大森公司联合攻关, 申报了国家科技支撑计划——“重大型多轴联动复合加工中心系列产品开发”课题, 开发了该机床的五轴数控系统, 实现了该机床九轴五联动的功能。对于高端机床产品使用国产数控系统不仅对未来国产数控系统的开发与应用产生深远的影响, 且更具有国家战略意义。该系统具有以下特点。

(1) 压缩空间。整个数控系统使用标准部件组装并把体积压缩到最小。

(2) 节约能源。变换器可以提供一个主轴驱动和多个伺服驱动, 同时具有双再生反馈回路。

(3) 减少连接配线。仅需一根通讯电缆就可以连接J100M和驱动单元。

(4) 高精度伺服控制。由于进给采用形状补偿的前馈控制, 伺服系统滞后被消除, 改善了对监控命令的跟踪。圆弧路径的误差可通过圆弧轮廓修正。因此, 伺服驱动几乎没有形状误差。

(5) DNC运行。当连续加工大容量程序时, CAD/CAM编制的程序可直接输出到NC运行。

(6) SGMG型交流伺服电机。输出从0.5-4.4kW可选, 最大转速可达3000r/min。从0-1500r/min, 加速时间小于18ms, 并采用高分辨率的编码器。

五、结语