高動(dòng)態(tài)五軸加工中心

五軸數(shù)控加工中心可以在一次裝夾中完成工件的全部機(jī)械加工工序，滿足從粗加工到精加工的全部加工要求，即適用于單件小批量生產(chǎn)也適用于大批量生產(chǎn)，減少了加工時(shí)間和生產(chǎn)費(fèi)用，提高了數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性。







用戶對(duì)金屬加工機(jī)床的技術(shù)要求越來(lái)越高，市場(chǎng)對(duì)機(jī)床生產(chǎn)廠家的壓力也越來(lái)越大。機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)為用戶提供高質(zhì)量的機(jī)床，以經(jīng)濟(jì)性的價(jià)格占領(lǐng)市場(chǎng)。為機(jī)床用戶提供高質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性的加工設(shè)備是機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前和未來(lái)的發(fā)展目標(biāo)，只有通過(guò)增加生產(chǎn)能力和提高產(chǎn)品質(zhì)量才能達(dá)到這一目的。因此，要求數(shù)控鉆-銑機(jī)床和數(shù)控加工中心必須能在一次裝夾中完成從粗加工到精加工直到拋光加工的全部加工工序。

圖1 具有NC回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的五坐標(biāo)數(shù)控加工中心允許利用標(biāo)準(zhǔn)銑刀加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件

Berthold Hermle股份公司生產(chǎn)的機(jī)械加工設(shè)備滿足了從粗加工到精加工的全部加工要求。在研制生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床中，集成了五軸加工的工藝和技術(shù)，通過(guò)模塊化的加工設(shè)計(jì)，使金屬加工機(jī)床成為HSC數(shù)控高速主軸機(jī)床理想的更新?lián)Q代成品。早在10年前，Hermle公司就研制開(kāi)發(fā)成功了C600、C800和C1200系列的數(shù)控加工中心。這些數(shù)控加工中心可以在一次裝夾中完成工件的全部機(jī)械加工工序，即完成五軸模擬加工。







創(chuàng)新的機(jī)床 高動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)







五坐標(biāo)高性能加工中心C 30U和C 40U是專門(mén)為五軸加工中心動(dòng)態(tài)模擬、完成工件銑削加工而研制開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，是新一代C系列加工機(jī)床的代表。它們不僅可以用于單一工件的小批量生產(chǎn)加工，也適合于進(jìn)行大批量工件的加工。為了適合于完成5軸加工任務(wù)，該機(jī)床采用了龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，使機(jī)床在占地面積較小的情況下有著最大的加工面積。機(jī)床的3個(gè)主要坐標(biāo)軸X、Y和Z坐標(biāo)軸的原點(diǎn)都以加工夾具為基準(zhǔn)，使得相對(duì)運(yùn)動(dòng)的距離保持最小，機(jī)床允許的快速進(jìn)給速度和切削速度可以達(dá)到60m/min。機(jī)床高達(dá)10m/s2的加速度保證了它能夠以最快的速度運(yùn)動(dòng)到達(dá)指定位置。三個(gè)上置式的主坐標(biāo)軸采用的是平面-燕尾式的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和排屑系統(tǒng)安裝在垂直的側(cè)壁上。機(jī)床生產(chǎn)廠家稱：采用這種配置形式后，機(jī)床有著很好的排屑性能，使加工不易受到切屑和污物的影響。機(jī)床的銑削主軸可以按照用戶的要求在10000r/min～40000r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選擇自己最適合的銑削主軸。銑削主軸的驅(qū)動(dòng)功率可以在32kW、扭矩為200 Nm（20％的ED）至26 kW、扭矩為17 Nm（40％的ED）之間選擇。最常采用的轉(zhuǎn)速在10000～18000r/min的銑削主軸，它具有最佳的保護(hù)性能，可在出現(xiàn)碰撞危險(xiǎn)的時(shí)候自動(dòng)在碰撞點(diǎn)前8mm處停止。其軸向最大運(yùn)動(dòng)行程利用限位銷(xiāo)和電器限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)可能出現(xiàn)碰撞時(shí)，限位開(kāi)關(guān)自動(dòng)切斷控制系統(tǒng)的電源，從而使整個(gè)機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)。C 30U和C 40U加工中心都配備了高動(dòng)態(tài)性能的扭矩電動(dòng)機(jī)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（圖1）的直徑為630mm（C 30U）和800mm（C 40U），數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的傾斜范圍在30°～-115°之間，為金屬切削加工提供了非常大的自由空間。回轉(zhuǎn)工作臺(tái)允許承受的負(fù)荷高達(dá)1400kg，可以在工作臺(tái)上裝夾大型和重型工件。在加工工件時(shí)，數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以傾斜到-15°，可以在不旋轉(zhuǎn)銑削頭的情況下加工工件的各個(gè)面。







銑削夾具的更換采用的是漸進(jìn)（Pick-Up）方式，機(jī)床內(nèi)部的夾具庫(kù)可以安裝32把常用夾具，如果加工過(guò)程中夾具更換的比較頻繁，使用的夾具數(shù)量比較多時(shí)，可以方便快捷的補(bǔ)充配備附加夾具庫(kù)，增加機(jī)床夾具庫(kù)的容量。為此，Hermle公司專門(mén)生產(chǎn)制造了三種補(bǔ)充夾具庫(kù)。在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)夾具庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充之后，機(jī)床可以使用的夾具數(shù)量可增加到43把、87把和157把（圖2）。

圖2 輔助夾具庫(kù)可將夾具容量增加到157把

輔助時(shí)間少







高動(dòng)態(tài)的五軸銑削加工中心可以減少加工時(shí)間和生產(chǎn)費(fèi)用。



減少了非生產(chǎn)加工時(shí)間。



模塊式的設(shè)計(jì)方案即適用于單件小批生產(chǎn)也適用于大批量生產(chǎn)。







工件整體加工經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)重要標(biāo)志是非切削加工的輔助時(shí)間少，與機(jī)械加工同時(shí)進(jìn)行的工序操作多，從而減少了總的加工時(shí)間。按照合理的順序進(jìn)行的機(jī)床操作的時(shí)間、定位運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等大多數(shù)都進(jìn)行了有效地優(yōu)化，歸并起來(lái)同時(shí)進(jìn)行。模塊式的機(jī)床自動(dòng)化配置方案使得操作者在單件生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)時(shí)都能很好地控制機(jī)床，大大的提高了機(jī)床的利用率。機(jī)床的各個(gè)模塊部件，例如多工件裝夾夾具、夾具更換裝置、大型回轉(zhuǎn)夾具庫(kù)和自動(dòng)化裝置都進(jìn)一步進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的配置。對(duì)于C 30U和C 40U加工中心來(lái)講，結(jié)構(gòu)緊湊的自動(dòng)化上、下料機(jī)構(gòu)HS 30可以在數(shù)控程序的控制下完成重量在50 kg以下工件的自動(dòng)裝夾操作（圖3）。該系列的機(jī)床并不僅僅是利用夾具更換裝置和回轉(zhuǎn)自動(dòng)化上下料裝置完成全自動(dòng)上料的，如果被加工工件還需要直接進(jìn)入其他后續(xù)加工工位，或者需要進(jìn)行六工位的加工，則可以利用機(jī)器人完成一次裝夾多工位加工的任務(wù)。Hermle公司研制生產(chǎn)的機(jī)器人RS6可以安裝在C 30U數(shù)控加工中心的左側(cè)，經(jīng)過(guò)機(jī)床左側(cè)的防護(hù)門(mén)，機(jī)器人的手臂可以直接進(jìn)入機(jī)床的加工空間（圖4）。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：為機(jī)床操作者留下了右側(cè)防護(hù)門(mén)大小的活動(dòng)空間�？梢耘涮资褂玫臋C(jī)器人還有Kuka KR16型，重約16kg。

圖3 自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)HS 30縮短了工件裝夾的時(shí)間。C 30U和C 40U數(shù)控加工中心都可配備這種自動(dòng)化上料機(jī)構(gòu)

圖4 利用RS 6機(jī)器人上料的Hermle五軸銑削加工中心 C 30 U，可完成銑削和磨削加工