國(guó)外機(jī)床廠商應(yīng)用五軸的全方面工藝升級(jí)

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在當(dāng)今的金屬加工行業(yè)中，五軸加工已經(jīng)成為了最重要的技術(shù)之一，這并非因?yàn)槠錇樾屡d技術(shù)，而是因?yàn)樗�已�?jīng)成為了主流選擇。曾經(jīng)的復(fù)雜輪廓銑削設(shè)備如今成為了很多工廠非常具有價(jià)值的自動(dòng)化工具，其不僅能加工樣式復(fù)雜的產(chǎn)品，還能在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行多種角度的加工，減少所需的加工步驟。然而，在常規(guī)生產(chǎn)活動(dòng)中越來越多的使用五軸加工意味著更加需要對(duì)其他工藝部件的加工進(jìn)行工藝升級(jí)。

工件夾持裝置和系統(tǒng)的關(guān)系

針對(duì)不同零件，正確選擇工件夾持裝置，可能是充分發(fā)揮五軸加工自動(dòng)化生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。

對(duì)于五軸加工而言，工件夾持面臨的問題是要充分接觸零件。即便是為五軸加工項(xiàng)目定制的固定裝置也存在問題，裝置可能會(huì)影響刀具或主軸殼，因?yàn)檎麄�(gè)零件和固定裝置在工作區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)。但標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)鉗可以遮蓋零件側(cè)面，五軸加工用短臺(tái)鉗可以增大側(cè)面外露部分，沿著零件的下邊緣夾持。完全從下方進(jìn)行夾持既能保證夾持穩(wěn)固，又能在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)零件進(jìn)行完整或近似完整的加工。

而且，只夾持零件下面的方法幾乎可以隱藏工件夾持裝置——工件本身不會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生任何干擾。而整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有利用夾在精密旋鈕上的工件接收裝置實(shí)現(xiàn)可重復(fù)和快速更換的工件夾持的功能，只需要利用零件已有的孔或增加固定旋鈕所需的孔即可實(shí)現(xiàn)這種零件的下邊緣夾持。

在五軸機(jī)床的選擇上，客戶一般可能會(huì)要求帶有雙軸耳軸或B式軸頭的立式機(jī)床，或者是棒式進(jìn)給B式軸車銑削。這任意一種都可成為客戶的理想型機(jī)床，但這家做醫(yī)療器械起家的外國(guó)企業(yè)所應(yīng)用的五軸技術(shù)就有些特別了。

工藝升級(jí)的成功案例

Jay Campbell公司主要從事醫(yī)療器械行業(yè)，通過應(yīng)用的五軸技術(shù)結(jié)合了燕尾榫零件夾緊的第五軸多零件加工模塊技術(shù)，使得自家公司滿足來了更大量需求，應(yīng)用3+2五軸加工大大減少了加工復(fù)雜零件所需要的設(shè)置數(shù)量。

最開始的時(shí)候公司使用三軸立式加工中心，為了支持更高強(qiáng)度的工作，添置了帶有雙400 mm托盤和標(biāo)準(zhǔn)多零件加工模塊的Makino a51NX HMC，可以固定多個(gè)零件，以此來提高生產(chǎn)量，盡可能減少加工復(fù)雜零件期間“接觸”工件的次數(shù)。

具有160個(gè)工位自動(dòng)工具換刀器（ATC）和刀具以及零件探測(cè)能力的HMC，更快的速度和進(jìn)給方式實(shí)現(xiàn)（更高材料去除速度和更低循環(huán)次數(shù)），并且有能力在多零件加工模塊上同時(shí)固定多個(gè)零件，比VMC具有更大的初始投資。

此外，當(dāng)HMC在多零件加工模塊上加工零件時(shí)，一線操作人員可以將新工件固定在另一個(gè)設(shè)備上，因此將其預(yù)備好并準(zhǔn)備快速穿入，以最大化主軸正常運(yùn)行時(shí)間。

燕尾榫扣工件夾緊夾具的應(yīng)用

HMC可以采取更積極的切削，有可能將零件拉出標(biāo)準(zhǔn)虎鉗夾具，并且在加工期間固定。工件和夾具之間的燕尾榫扣連接則提供了更強(qiáng)大、更安全的接口，從而有助于防止這種情況的發(fā)生。

由此產(chǎn)生的生產(chǎn)線中HMC的加工工藝，適用于200個(gè)零件同樣尺寸的批量生產(chǎn)，也證明了比在多個(gè)VMC上運(yùn)行更有效。也就是說，機(jī)床主軸僅能夠接近被夾緊零件的三個(gè)側(cè)面，這意味著仍然需要額外的操作。雖然這種能力使得工廠更能夠在僅有的幾個(gè)設(shè)置中完成一個(gè)零件，但它并沒有達(dá)到想要的程度。

多零件加工模塊技術(shù)的引進(jìn)

隨著產(chǎn)量持續(xù)增加，該公司引進(jìn)了一種多零件加工模塊技術(shù)，其使用整體可編程旋轉(zhuǎn)分度器，在HMC第四軸工作臺(tái)頂部提供第五軸運(yùn)動(dòng)，使得該公司從五軸加工的3+2定位方式上受益。

而通過將該項(xiàng)技術(shù)添加到HMC上，不僅可以將多個(gè)工件固定在單個(gè)多零件加工模塊上，而且還使機(jī)床主軸能夠接近于夾具中一個(gè)零件的五個(gè)側(cè)面。因此，將零件加工到更接近完成的狀態(tài)，進(jìn)一步最小化設(shè)置，因?yàn)镠MC主軸可以接近兩個(gè)附加零件面，以及可能具有低至0.001 in（1 in=2.54 cm）真實(shí)位置公差的部件廢料。

系統(tǒng)軟件方面Campbell選用的是HyperMill CAD/CAM軟件，可以對(duì)HMC進(jìn)行最佳編程。HyperMill具有有效模擬功能，在機(jī)床本身執(zhí)行干式運(yùn)行之前，可以識(shí)別各種離線工件夾具和工裝元件之間的潛在干擾問題。

兩種工藝的結(jié)合方案

真正達(dá)到工廠加工要求是第五軸多零件加工模塊技術(shù)與燕尾榫扣工件夾緊夾具的結(jié)合。

設(shè)計(jì)利用了空心T型多零件加工模塊中的內(nèi)部空隙，使得多個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)分度器的伺服電機(jī)被容納其中。因此分度器面板從兩個(gè)多零件加工模塊固定表面上只延伸出幾英寸，這意味著與具有表面安裝分度器相比，它在HMC工作區(qū)內(nèi)占用的空間更少。

▲ 第五軸多零件加工模塊的任一側(cè)都具有兩個(gè)分度器和一個(gè)平坦區(qū)域，以接受標(biāo)準(zhǔn)夾具

燕尾榫扣工件夾緊口在第五軸多零件加工模塊中為機(jī)床主軸提供了更容易接近零件五個(gè)側(cè)面的機(jī)會(huì)，因?yàn)榛�本上沒有要避免的固定元件。該間隙加上道具定位垂直于機(jī)床Z軸，所以只需要最少的專用工具，就能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的切削速度和進(jìn)給及增加刀具使用壽命。

▲ 零件產(chǎn)品展示

五軸多零件加工模塊設(shè)計(jì)的無線模式

德國(guó)KME數(shù)控機(jī)床已經(jīng)修改對(duì)五軸多零件加工模塊的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線模式，消除了任何潛在電纜連接問題。這種模式通過多零件加工模塊中的電源電池提供分度器電源，通過等級(jí)評(píng)定后，這些電源電池可提供多達(dá)8 h的加工時(shí)間，而且具有路由器和接收器連接平臺(tái)的IP基于地址系統(tǒng)，使得多零件加工模塊和數(shù)控機(jī)床之間進(jìn)行無線通信。

國(guó)外企業(yè)的升級(jí)改造案例比比皆是，但因?yàn)閲?guó)內(nèi)外的行業(yè)環(huán)境的大不相同，沒法照搬全抄，不過國(guó)內(nèi)企業(yè)可以借鑒學(xué)習(xí)的地方有很多，應(yīng)積極與國(guó)外企業(yè)進(jìn)行技術(shù)上交流。各個(gè)行業(yè)的同仁們也應(yīng)該更多的是討論專業(yè)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，而不是相互制造焦慮。

（來源機(jī)械社區(qū)）

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新來小學(xué)生

支持樓主，

遠(yuǎn)祥

機(jī)床夾具還是很有發(fā)展空間的！