总成本降低73%!创新五轴加工方案是如何做到?

澳门永利,【电工电气网】讯

澳门永利 1

随着消费类产品更新换代速度的加快,模具技术也在不断的发展,对模具的生产效率和制造品质提出了越来越高的要求,因此电火花加工模具的低生产效率和品质不稳定等缺点逐渐暴露出来。

澳门永利 2

近年来,随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要,机床制造业面临制造装备发展的良机,需求大幅度增长,五轴加工中心作为机床制造业的重要基础装备,其发展也一直备受关注。

机床诞生至今,工装夹具始终是困扰机械加工的一个瓶颈。传统专用工装夹具生产准备时间长,后期维护工作量大、费用高、不能改变用途,成为机械零件创新升级、工业产品更新换代的阻碍。

为实现模具型腔及其相关部位的高速加工,机床需要具备以下特点:

近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了越来越广泛的应用。在实际应用中,每当人们碰见异形复杂零件高效、高质量加工难题时,五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。越来越多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工。但是,你真的足够了解五轴加工吗?小编跟您聊一聊五轴联动数控加工中心的前世今生!国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位,特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响,以及技术上的复杂性,西方工业发达国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度,对我国实行禁运。因而,研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。

而目前,由于被传统加工工艺所束缚,工艺可塑性低,加工时间长,表面品质低,刀具损耗大,单个产品的加工成本高,众多五轴加工中心在加工过程中,机床无法均最大化释放效能,展现其优势与价值。

上世纪,企业靠引进国外技术来解决夹具问题,如今通过科研人员的创新,我国自主研发的万能机床夹具可以做到“无所不夹”。航空工业科研任务重,生产周期短,万能机床夹具运用在军工企业中,对提高机床效率,保证加工质量,降低生产成本,保障产品交付都能起到事半功倍的作用。

1.由于模具正在向大型化方向发展,几吨到几十吨的模具非常普遍,因此要求机床工作台面能承受大重量,这就要求设备必须具有大承重和高刚性的特性,还必须有足够大的台面尺寸和工作行程与之相适应。另外,模具材料的强度和硬度都很高,加上常常采用伸长量较大的小直径端铣刀加工模具型腔,因此加工过程容易发生颤振。为了确保零件的加工精度和表面质量,用于模具制造的高速机床必须有很高的动、静刚度,以提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力。

五轴联动数控加工中心:符合数控机床发展的新方向

比如以下常见问题:

从依赖进口到自主研发

2.高转速和大功率高速加工是发展方向,高速铣削在模具加工中已显示了极大地优越性。为了适应模具型腔曲面的加工,刀具的半径应小于型腔曲面最小圆周半径,以免加工过程中刀具与工件发生“干涉”。由于刀具直径小,因此要求主轴转速非常高,国外高速加工机床主轴转速已达到4万~10万r/min,快速进给速度可达3万~6万min。型腔和模具零件其他部件粗、精加工常常在工件一次装夹中完成,故主轴功率要大,中等尺寸模具铣床和加工中心的主轴功率常为10~40kW,有的甚至更高。

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。

开粗策略:零部件产品一般开粗量大,但传统开粗采用切深小,高进给率的方式,粗加工时间长;

上世纪60年代,我国先后引进槽系和孔系组合夹具,以解决工装夹具生产准备周期长的问题。槽系组合夹具精度低、刚性差,不能适应现代制造的需要;孔系组合夹具虽然精度高、刚性强,却又不能灵活调整。使用组合夹具的企业需要同时配备槽系、孔系两套器材,不仅分散投资,使用起来也不方便。

3.能多轴联动及良好的深孔腔综合切削能力模具型腔多为复杂的空间六曲面及沟槽所构成,且许多模具具有深孔腔。为了达到对3D曲面的高精度、高速度和高稳定性加工,机床需要多轴联动,且具有良好的深孔腔综合切削能力。可以采用五轴联动加工中心,除了三个坐标的直线运动外,还有两个旋转坐标的进给运动。铣头或工作台可以多轴联动进行连续回转进给,从而适用于加工具有复杂型腔曲面的模具零件。

五轴联动数控加工中心:发展和推广的难点及阻力何在

表面粗糙度:零件外形精加工,传统方式采用球刀,步距小,刀具悬深大,加工时间长,表面品质差,刀具成本高;

到了本世纪初,基于槽系、孔系组合夹具各自的优缺点,我国自行研发出既能灵活调整,又有刚性定位的蓝系组合夹具。但槽系、孔系、蓝系组合夹具又存在一个共同的缺陷,它们是由三大系统,八大系列、百来个品种、千来个规格的组合夹具元件组成,需要有长期组装经验的老技师才能使用。

可以说,复合加工是模具加工的发展方向之一。虽然加工中心已能将许多机加工工序复合在一台机床上实现,但这仍不能完全适应模具加工,将机械加工与电、化学、超声波等不同原理加工方法进行复合,兼备两种以上工艺特点的复合加工在今后的模具制造中将有广阔的前景。

显然,人们早已认识到五轴数控技术的优越性和重要性。但到目前为止,五轴数控技术的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门,并且仍然存在尚未解决的难题。五轴数控技术为何久久未能得以广泛普及?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。

夹具:对夹具重视和投入不够,导致装夹速度和夹持刚性无法满足加工要求;

当今,许多企业采用先进的五轴加工中心,来减少专用夹具的使用数量。专用夹具生产周期长,制造费用高,响应工艺速度慢,工装保存费用高的问题得到质的改变。但五轴加工中心只能减少专用夹具的使用数量,而不能排除专用夹具。

五轴联动数控加工中心:编程抽象、操作困难

机床:无法发挥五轴机床的高动态性能和高刚性主轴的优势…

直到现在,大部分制造业还在沿用传统的专用夹具解决工件的夹持问题,工装夹具成为机械加工的瓶颈。

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。

澳门永利 3

“无所不夹”的万能机床夹具

五轴联动数控加工中心:刀具半径补偿困难

北京蓝新特科技股份公司在机械制造基础工艺研究中有多年经验,自主研发一款“无所不夹”的万能机床夹具。它颠覆传统,打破工装瓶颈,将加工中必不可少的专用夹具生产准备时间,从几个月压缩到几分钟,是机床工具的一次革命。

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。

蓝新特万能机床夹具能几分钟搞定异形件,无论方形、圆形、异形的,长的、短的、扁平的,高的、矮的、扭曲的。各种空间角度的零部件,都能瞬间响应工艺,无所不夹。异型加工,可以实现当天开工当日结束。

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或CAD系统文件。

蓝新特万能机床夹具的工作原理:

五轴联动数控加工中心:购置机床需大量投资

1、用刚性定位件满足工件的点、线、面、孔、弧、圆定位要求;

以前五轴机床和三轴机床之间的价格悬殊很大。现在,三轴机床附加一个旋转轴基本上就是普通三轴机床的价格,这种机床可以实现多轴机床的功能。同时,五轴机床的价格也仅仅比三轴机床的价格高出30%——50%。

2、用快速调整组件满足工件的三维尺寸的任意长度要求;

除了机床本身的投资之外,还必须对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行升级,使之适应五轴加工的要求;必须对校验程序进行升级,使之能够对整个机床进行仿真处理。

3、用集成平台满足工件的任意空间角度加工要求;

五轴联动数控加工中心:国内五轴数控技术发展状况

4、用手、液、气动元件将工件用挤、夹、压方式快速夹持。

五轴联动数控机床,是电力、船舶、航空航天、高精密仪器等民用工业和军事工业等部门迫切需要的关键加工设备。西方发达国家长期对我国实行禁运。

蓝新特万能机床夹具直线调整精度为0.01mm,重复定位精度为0.005mm,
角度精度为“秒”级调整,夹具元件与基础板采用两销一面定位结构组合而成,机械强度可以和专用夹具媲美。

从1999年开始,在CIMT、CCMT等国际、国内机床展览会上,首先是国内的五轴数控机床产品纷纷亮相,国内五轴数控机床的市场逐渐打开,随后国际机床巨头纷至沓来,五轴数控机床的品种和数量逐年上升:CIMT99、CCMT2000分别推出3台国产五轴联动机床;CIMT2001国际机床展览会上,北京第一机床厂和桂林机床股份有限公司分别展出了主轴转速10000r/min的五轴高速龙门加工中心,北京市机电院的主轴转速15000r/min的五轴高速立式加工中心;清华大学与昆明机床股份有限公司联合研制的XNZ63,采用标准Stewart平台结构,可实现六自由度联动;大连机床厂自行研制的串并联机床DCB—510,其数控系统由清华大学开发,该机床通过并联机构实现X、Y、Z轴直线运动,由串联机构实现A、C轴旋转运动,从而实现五轴联动,其直线快速进给速度可达80m/min。这些机床均已达到国际先进水平,体现出我国机床工业为国防尖端工业发展提供装备的实力又有突破性提高。中国机床工业的发展,利用自己研制的高、精、尖产品参与国际竞争,打破了国际技术垄断,国际机床巨头们不愿失去中国这个大有潜力可挖的市场,于是蜂拥而来,把他们的产品“送上门来”:国外展团共展出五轴加工中心8台、五轴车铣加工中心1台、五轴数控刀具磨床5台。

用蓝新特万能机床夹具改造的数控机床,既能当三轴加工中心使用,也能当五轴加工中心和自动线专机使用,特别适合科研院校的单件制造,军工企业小批量、多品种生产,同时也能满足大批量生产需求。

我国数控技术及其设备在各工业部门中的应用整体水平仍然偏低,与工业发达国家相比差距很大。为了实现发展目标,各部门迫切需要进一步大力发展数控加工技术,亟须配置大量的各类工艺设备,尤其是数控机床设备。对于数控机床设备的主要技术要求是多轴、高速、刚性好、功率大;对坐标数的需求,以三至五轴联动为主。对于关键零件形状复杂的行业,如航空、电力、船舶、模具制造业等,其生产部门对多轴机床要求比例较大,新增五轴数控机床大约占数控机床总数的70%——80%。

蓝新特万能机床夹具,第一、彻底改变了专用夹具制造周期长,工艺反应慢,维护费用高,产品转型不能再利用的落后状况;第二、改变组合夹具的功能不足,一次性购置成本高,占地面积大,必需用专业技术人员操作的缺陷;第三、弥补了五轴加工中心价格昂贵,解决工装夹具矛盾不彻底,使用成本高和高端机床操作技师相对比较少的不足。

五轴联动数控加工中心的使用,让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,由于五轴联动数控加工中心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。采用五轴联动数控加工中心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。五轴数控加工技术研究于国于私都有重要意义,势在必行。

目前,蓝新特万能夹具机床也相继问世,万能夹具机床采用六轴三联动,和五轴加工中心相比,缺一项不常使用的曲面加工能力,多一项有刚性需求的异形夹持功能,但和多一个第六轴,购置成本减少100万。

相关文章