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第四軸

第四軸

作者:
D.rt
來源:
市場部
2021/02/08 14:32
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【摘要】:
一、簡介在機械制造業、金屬切削批量生產中,數控機床夾具的主要作用是保證加工精度,提高勞動生產率,擴大機床加工范圍,保證生產安全,降低對工人的技術要求和減輕工人勞動強度。因此,機械工裝夾具的設計制造在機械制造業中起到舉足輕重的地位。傳統的夾具大部分加工往往只用到X、Y、Z三個軸,如果在三軸加工中把第四軸也有效地利用起來,既充分發揮了設備的作用,也可以有效地縮短輔助時間和進一步提高加工的自動化程度。C

一、簡介

在機械制造業、金屬切削批量生產中,數控機床夾具的主要作用是保證加工精度,提高勞動生產率,擴大機床加工范圍,保證生產安全,降低對工人的技術要求和減輕工人勞動強度。因此,機械工裝夾具的設計制造在機械制造業中起到舉足輕重的地位。

傳統的夾具大部分加工往往只用到X、Y、Z 三個軸,如果在三軸加工中把第四軸也有效地利用起來,既充分發揮了設備的作用,也可以有效地縮短輔助時間和進一步提高加工的自動化程度。

CAD設計系統主要采用以交互式為主的半創成式設計方法,不能滿足現代制造系統靈活、快速及夾具自動化的要求,單一工序多面加工需頻繁更換夾具,工件多次裝夾,精度低,阻礙了柔性制造系統(FMS)的發展。隨著大量三維實體造型軟件的興起,如PRO/E、CATIA、UG、Solidworks等,推動夾具設計領域新革命。

加工中心的問世使機械加工業的發展邁進了一個新時代。對于有條件應用加工中心的使用者來說,所謂“加工難,精度低,勞動強度大”的話題已成過去,這是一個事實。

數控加工中心添加第四軸,可以使刀具加工的平面變得廣泛,并且可以減少工件的反復裝夾,提高工件的整體加工精度,利于簡化工藝,提高生產效率??s短生產時間,所以很多企業都需要用到四軸加工中心,三軸即XYZ三個直線移動坐標,第四軸一般一個旋轉軸,可以使刀具與工件之間產生角度偏移,即刀軸與工件表面法線成一個角度,擴大加工的范圍。

比如說一個物件在加工的時候通??梢郧昂笊舷伦笥乙苿?。這種移動方式已經可以滿足傳統的加工需求??墒?,在某些時候,工件僅僅這樣移動,會帶來不方便,比如當工件已經向下移動了,但此時想要加工工件的上表面,就不得不上移,這樣的移動無疑增加了移動路程。如果此時工件自身可以旋轉,就省去了向上移動的步驟。也就是說,所謂的第四軸,就是增加了工件可以自動旋轉的能力。比喻不是特別恰當,但至少從某個方面說明了第四軸具備這樣的一個功能。

 

二、實用性

從加工原理的角度看:多軸的加工中心夾具有對加工件進行復雜空間曲面的切削加工的功能,使絕大多數加工件在一次裝夾加工中就能獲得成型。而三軸加工中心只具有對工件的頂面進行切削加工的功能,若遇形狀較復雜的加工件要在加工中獲得成型,則要進行多次裝夾加工。

從加工精度的角度看:多軸的加工中心在一次裝夾的條件下完成整個加工過程,加工精度較容易滿足。換句話說,在同一要求的條件下它較容易保證加工件的精度要求。三軸加工中心在加工形狀較復雜的情況下,由于它要通過多次變換裝夾才能完成對被加工件的加工,如果沒有注意每次裝夾的合理性(如夾具的設計制造;加工基準的統一;加工件位置的準確測量,即俗稱“對刀”等),被加工件的精度要求大多數還是很難保證的。在承接外加工任務時,除了要在數控機床上進行正常的輪廓、孔的加工,有時還需要加工曲線、曲面類零件,而這些加工在普通的三坐標數控機床上是很難完成的,此時可以在數控機床上安裝第四軸,擴展機床功能,使成本投入大幅降低。在三軸數控加工中心工作臺上安裝數控分度頭作為第四軸,通過此種改造,不僅能把在數控機床上需要多道工序的加工集中在一次安裝中完成,增加了機床的自由度,擴展其功能,而且提高了加工精度、質量和效益。

第四軸對于原料的使用也是有著嚴格的要求的,一般都是由高級的材質以及通過高精密度的軸承制作而成。因此,它在定位上是能夠達到一個十分精準的要求的。并且也能很好的用于機械之間的間隙調整,因為第四軸品質的優良性,它有著很好的承重效果并且還可以進行淬火作業,有十分不錯的硬度能力。

第四軸可用精密度很好的軸承制成的,會有很強的定位技術水平,便于間隙調整。

第四軸可利用比較好的樹脂砂來進行鑄件,有著較大的承重,還可以進行淬火工作。

第四軸的硬度可以很高,性能更有保障。有著很長時間的使用壽命,噪音也是非常小的。第四軸不管是在定位還是重復定位上他的精度都是毋庸置疑的。

 

三、優點總結

在數控加工中心對績效進行加工的過程中,利用四軸加工技術與傳統的車床加工技術相比,具備很多的優點,主要體現在以下幾個方面,

首先是通過四軸加工技術可以完成機床加工不能完成的復雜面的加工,現階段隨著人民生活水平的提高,對加工件的復雜性要求也在逐漸的上升,所以必須通過四軸加工技術來完成一些較為復雜的曲面自動化加工過程。其次是由于四軸加工技術可以同時對加工件的幾個面進行加工,所以有效的節省了加工的時間,這樣不僅能夠提升加工的效率,還能夠保證工廠的效益得到有效的提高。

最后是由于四軸加工可以通過計算機編程的方式,所以可以更加準確的控制數控加工中心的實際運行過程,不僅可以有效的提高被加工件的加工準確性,還能夠保證被加工件出現較少的殘次品,從而提升工廠的利益,節省原材料。

除了四軸加工過程中,與普通機床加工相比,存在以上幾個優點外,四軸加工對于機械件的加工過程也存在以下幾個特點

1. 由于在四軸加工過程中,加入了旋轉軸,所以對于曲面的加工可以極大的提高加工的精度和效率;

2. 由于三軸加工普通車床在機械加工的過程中,不能夠對于裝夾過長的工件進行加工,所以通過四軸旋轉軸工作才可以完成對裝夾過長的工件進行加工;

3. 由于在機械加工的過程中,如果使用三軸加工,需要針對加工件的每一個不同的工藝面的要求進行重新的定位,而通過四軸加工可以有效的節省這些工序,保障可以一次性的完成加工件的加工過程,既節省了工作時間,又能夠極大的降低加工過程中的定位誤差,從而使加工件能夠更加滿足工藝性能要求;

4. 由于定位出現的誤差較少,因此對刀具的保護效果也相對提高,從而延長刀具的使用壽命。

目前隨著不同工廠對工藝品性能要求的水平不同,所以在加工過程中,需要對不同的工藝品性能要求進行不同方式的編程,例如對于相對較為簡單的工藝品性能要求可以使用手動編程,這樣可以有效的簡化所編寫的程序,并且可以更加簡單的處理程序。而對于工藝性能要求較高的工藝品,需要進行自動編程。自動編程的過程中對數控系統的應用,要有清晰的思路。無論是哪種編程,首先都需要對零件的模型進行有效的分析和計算,保證能夠在零件上得到相應的數據,并且合理的與四軸加工中的X 軸和A軸進行位置的標定,從而使刀具的刀軸方向始終和加工面的方向垂直或者平行。

由于四軸加工在實際應用過程中具備很多的優點,所以在數控加工中心未來的發展進程中,四軸加工甚至五軸加工將會成為發展的潮流趨勢,并且也能夠有效的提升工廠的效益,所以負責四軸加工控制的工作人員要不斷的提升編程的水平,并且能夠保證多軸數加工可以更加準確高效。從而有效的降低原材料的損壞率,提升工廠的效益。

四、分度盤和轉臺

一般情況下加工中心有X、Y、Z三個基本軸,其他旋轉、進給軸為第四軸,后者可以實現刀庫定位,回轉工作臺、分度頭的旋轉定位,更高級的系統還可以與基本軸進行插補運算,實現四軸、五軸聯動。一般多面體加工,如渦輪式空壓機殼體的四面孔、槽的加工可以由第四軸分度頭功能來完成,一次裝夾就可以完成多道工序,其加工精度、效率得以顯著的提高。

在通過分度盤和轉臺使用第四軸的情況下,分度盤和轉臺自身精度很大程度上影響使用第四軸加工的準確性。

說明: D:\個人資料\桌面\20171021095533_572.jpg

 

 

數控轉臺按照結構劃分:

第一種結構為渦輪渦桿結構,這種是常見的結構,大部分轉臺是采用此結構。這些轉臺也是傳統的結構,通過電機帶動齒輪,通過齒輪帶動轉臺旋轉,但這種結構剛性方面還可以,大部分的機床增加第四軸功能,都是采用此類轉臺。

第二種結構DD馬達結構,這種是采用電機直接驅動,其速度高,定位精度也可以實現非常高,但其缺點是剛性差,適合于輕切削加工,目前國內用在3C行業的就有采用DD馬達的。

第三種結構采用滾子凸輪結構,這種典型的是日本的三共轉臺。其特點是具備很好的精度和效率。同體積性能占重量比傳統的要輕。

第四種結構為諧波減速機結構,這種結構是近幾年伴隨3C手機外殼加工,而產生的一種轉臺,這種轉臺幾乎使用在此行業。

第五種結構采用PRG齒輪箱結構,該方式典型的轉臺為瑞士的雷曼。該轉臺采用堅固的輪齒+ 鋼制齒輪和蝸桿,邊緣涂層硬化且經磨削,在油池中運行+ 4 頭蝸桿無間隙存放+ 長時間無間隙預夾緊+ 長期高度精密,近乎無磨損。讓其轉臺可以廣泛應用在設備主機廠。

分度盤:

分度盤是將工件夾持在卡盤上或兩頂尖間,并使其旋轉、分度和定位的機床附件。按其傳動、分度形式可分為蝸桿副分度盤、度盤分度盤、孔盤分度盤、槽盤分度盤、端齒盤分度盤和其它分度盤(包括電感分度盤和光柵分度盤)。

數控分度盤廣泛適用于銑床、鉆床及加工中心。配合工作母機四軸操作介面,可作同動四軸加工。

優點:

1、減少同一工件的裝夾次數,提高工件精度;2、提高加工效率;3、價格較便宜。

缺點:

2、占用一定機床工作臺臺面;

3、加工范圍有限(取決于其分度精度)數控分度盤與數控轉臺的區別:

兩者各自的工作原理不同,數控轉臺可同機床聯動,最小增量為0.001°,如轉速、功率、扭距能達到車削的要求,可實現車削功能。而分度轉臺只能實現分度功能。

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