5軸加工--當你需要時應用

    隨著自動化工具，例如，自動編程和刀具軌跡自動生成的軟件不斷出現(xiàn)，5軸加工技術和普通機床加工的界線，不僅僅是模糊而是完全消失了。“5軸加工技術不再是只用于加工葉片等形狀特別復雜的高精度零件。”Tooling & Assembly系統(tǒng)公司(位于加利福尼亞州的Simi Valley)老板Mike Giboney說。
    Giboney先生的8人加工車間，是一個21世紀現(xiàn)代化加工車間的成功典范。“我們不是僅能加工零件，”他說，“幾乎所有的金屬加工車間都只能簡單地加工零件。我們則不同，我們已經(jīng)能集成零件加工、部件裝配乃至整機的裝配與調試于一體。取得成功的關鍵是創(chuàng)造性地使用機床、工具，提供用戶在別處得不到的技術服務。”
    Tooling & Assembly系統(tǒng)公司于1996年建成。Giboney先生原來是一個機加工人，他當時就認為，一個新型的現(xiàn)代化車間，應該是一個能夠進行零件加工、組件裝配與整機裝配、調試，能及時交付產品的生產單元。“我當時就想著建造一個能夠處理用戶不同需要的新型的現(xiàn)代化車間。”Giboney先生回憶說。
    最近他的車間積極探索了5軸加工技術，并驗證了他最初想法的正確，而且將這一認識幾乎貫穿到他的整個生意中。“5軸加工中使用到的零件加工技能和知識都是工人必須掌握的。”Giboney先生說。“工人的加工技術非常熟練。但他們的技能和知識還主要集中用于對技術難題的解決、加工過程的優(yōu)化和設法使效率進一步提高等方面。我們盡量讓機床自動地加工零件。”
    都會認為這樣作效率很低，生產成本高。而Giboney先生對5軸加工技術的認識則完全不同。
他認為，減少零件的裝夾和周轉次數(shù)是最好的解決方案，它遠比只考慮零件的幾何形狀重要得多。
偶爾五軸加工
    傳統(tǒng)上，車間總是從工件的角度探討5軸加工技術的使用。一種雙重結構經(jīng)常存在于這些車間。從零件角度出發(fā)，他們只考慮普通機床和5軸加工機床之間，在最影響用戶下決心的報價、每小時加工費用和其它的幾乎所有與費用有關的因素方面存在著的差別。
    其中的一部分，是5軸加工機床的額外費用。而且這些額外的費用會隨著5軸加工技術的繼續(xù)使用變得越來越低。
    在Giboney先生的車間，5軸加工和3軸加工之間，沒有嚴格的等級區(qū)別。“我們這里已經(jīng)不著眼于考慮分出什么是5軸零件或3軸零件，”Giboney先生說，“我們只是設法分析如何以尺寸公差為基礎，表面光潔度的要求為必要條件，想出最好的辦法去定位與裝夾好零件進行加工，保證在規(guī)定的時間內，按質按量地交付產品。許多零件都可以在我們的3軸加工中心上加工或進行5軸加工。”
    Tooling & Assembly系統(tǒng)公司可以加工大型零件，因為他們最近從哈斯(Haas)自動化公司(位于加利福尼亞州的oxnard)購買了一臺哈斯VF2型5軸加工機床。“對于VF2機床，我們已具有兩年的加工經(jīng)驗。”Giboney先生說，“我們的機加工人能令人驚愕地直接對一根棒料毛坯進行3軸銑削加工。早在今年年初，一個航空航天用戶尋找一個公司為他們加工一個形狀很復雜的零件。在我們知道了公司的要價后，知道來了好生意。我們對一批這樣的零件進行了5軸加工。然而并沒有為此專門購買一臺5軸加工機床。”
    他們的解決方案是使用一個具有高速加工能力和安裝有一個可雙軸擺動工作臺的哈斯VF4型機床進行加工。這一新結構機床可以使車間通過合理的資金投入，就能夠根據(jù)加工零件的不同，高柔性地進行3軸、4軸和5軸加工的任意選擇。對于重為800磅的工作臺的更換需用花費4個小時。但它一經(jīng)使用，就能在CNC系統(tǒng)控制下進行加工。當然，控制系統(tǒng)(包括CRT)是可以方便地在進行3軸或4軸加工時，與工作臺的連接切斷。
    “通常，我們會把工作臺放在加工中心上，加工任何待加工零件，只有當Z軸運動行程受到影響時才取下。因為機床最初設計時并沒有考慮這一工作臺的安裝。否則將會減少Z軸行程。”Giboney先生說。
恰當?shù)陌嵋?
    對于最優(yōu)的加工方法，尤其是高精度零件加工，減少或取消零件的搬移是主要目的。而機床及其夾具，經(jīng)常限制了這個能力。
    “在我們車間，決定是否安裝可雙軸擺動工作臺的標準是，當需要多次裝夾才能加工完多個側面或多表面零件的時侯。”Giboney先生說，“我們是根據(jù)零件幾何形狀的復雜程度，看通過使用5軸加工，能取消或減少零件的搬移次數(shù)和裝夾次數(shù)的多少，來決定是否使用5軸加工。而不是只表面地看一下零件的幾何形狀。”Giboney先生說，“當你不得不搬動零件到另一臺機床上加工時，就已經(jīng)存在因重復裝夾而產生的潛在誤差。一絲纖維線頭，一小片污垢或切屑碎片都能引起零件定位誤差而影響加工精度。我們的想法是通過一次裝夾中，進行5軸加工，盡可能地從根本上去除因多次裝夾定位產生的累積誤差。”
    減少夾具的數(shù)量和復雜程度，需要進行一個重要的工作是，考慮是否選擇在一個安裝有可雙軸擺動工作臺機床上加工。研究的結果是，許多在其它車間被認為是不需要使用5軸加工的零件，在這里都在所謂的5軸機床上進行加工。按照Giboney先生的介紹，“為了擴大生產，他們現(xiàn)在已能夠使用多臺高效率機床進行加工，除了原有的機床，又購買了兩臺新的立式機床。”
    在具有了5軸加工能力的機床后不久，車間很快贏得了生產如圖1所示的鋁制航天航空零件的加工合同。
    “這個零件需要11道不同工序的加工。”Giboney先生說，“使用我們設計的夾具，能夠在一次裝夾中進行9道工序的加工。這一技術上的改進，極大地提高了生產效率，降低了生產成本。使原來的6個月加工8個零件的生產周期，減少到3個月內加工完8個零件。”
自動編程
    Giboney先生，一個機加工人出身的擁有8個雇員的業(yè)主和經(jīng)理。他的辦公室就在車間的生產現(xiàn)場，他能看到和知道加工中的出現(xiàn)的一切情況。“我一直為我自已的CNC機床編零件加工程序。”Giboney先生說，“我的機床加工經(jīng)歷從使用手控銑床，例如橋堡(Bridgeports)銑床，然后轉換到CNC編程，轉變過程相當容易。因為目前一切自動化工具和方法，均已集中在成熟的CAD/CAM軟件的編程中了。”
    在能進行5軸和3軸加工的兩臺哈斯機床上，Giboney先生使用了由Mastercam/CNC 軟件公司開發(fā)的能自動生成刀具軌跡的Mastercam軟件。
    “使用這個主要用于高速加工過程和能嚴密嵌入到CNC系統(tǒng)中的高端軟件，能在我們購買的VF4機床上進行高速加工。” 他說，“我一般能在接到任務后的1個小時內，編好零件的加工程序。當然，多年的機加工經(jīng)驗幫助了我。 例如，一般人認為，編一個使用0.125英寸立銑刀加工一個3英寸深糟的程序，是相當困難的。但實際上，在安裝有可雙軸擺動的機床上，使用Mastercam軟件的代碼進行自動編程是件非常容易的事情。”    
     對于航天航空零件的加工，既使在安裝有可雙軸擺動工作臺的機床上，也需要進行兩次裝夾加工。它們在經(jīng)過粗加工和半精加工后，需要按排一道消除加工應力的熱處理工序。然后再進行精加工。對于精加工，需在零件表面留有0.020英寸的精加工余量。“這個精加工余量的剩留，在Mastercam軟件中，只使用一個簡單的命令即可完成。”Giboney先生說。“這是一個基本的刀具的偏置(量)命令。”
高端加工車間
    Tooling & Assembly系統(tǒng)公司繼續(xù)通過提供超越傳統(tǒng)零件加工、集設計和制造于一體的服務來開拓市場。“順應金屬加工行業(yè)的變化，要求機加工車間具備更好的柔性。”Giboney先生說，“談到柔性，首先是個觀念問題，其次才能獲得高效率的生產。”