现代机械加工中五轴数控技术的应用研究.docxVIP

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现代机械加工中五轴数控技术的应用研究

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摘要：在机械制造行业中，数控机床的应用范围更广、使用量较大，属于高新技术产品，主要发挥着完成精密以及超精密加工的功能。就现阶段的制造行业的发展情况来说，其对机械零部件的尺寸精度、几何形状复杂程度等有了更高的要求，因此，要求相关人员明确数控机床的加工精度建模。在这样的条件下，探究基于关键部件几何误差的数控机床加工精度建模有着较高的现实价值，需要相关人员重点关注。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对现代机械加工中五轴数控技术的应用研究提出了一些建议，仅供参考。

关键词：现代机械加工；五轴数控技术的应用；研究

引言

数控技术在机械加工方面扮演着关键性的角色作用，数控技术的广泛应用，有利于提高实际工作效率以及人们的生活水平。但目前我国数控技术的发展还处于初始发展阶段,尤其是五轴数控技术在国内更是处于萌芽状态，各种各样的高尖端技术成果不理想以及不同等级的数控技术人才严重匮乏。所以，要破此局，要从以下两个方面着手：一、需要国家相应的政策支持,加大在职业教育方面的投资力度，支持职业院校敞开校门，面向社会广泛开展培训，推动学历教育与培训相互融合、相互促进。坚持统筹资源，协同推进。二、国家要鼓励并扶持企业的创新和发展，要充分发挥企业主体作用，全面推行终身职业技能培训制度。

1、现代机械加工中五轴数控技术的概述

随着工件需求的不断提升，五轴以上数控机床已陆续被开发并投入使用，但其开发和工艺难度较大。因此，市面上的多轴数控机床多指四轴、五轴数控机床这两类。多轴数控机床运动链，即工件与刀具之间由4个以上运动轴互相联结并构成相对可动的系统。该配合件的多轴数控加工整体流程是：建立加工模型→建立数据转换关系式→确定加工工艺→优化加工刀路轨迹→优化切削参数→多轴数控加工→获得加工产品。其中，加工产品模型、装配体需要在满足凸台与凹槽配合的同时，保证车底与车体的四个螺钉连接孔的位置精度；考虑到使用传统的三轴数控加工方案需要多次装夹，降低了加工效率，也增大了装配累积误差，使得最终加工出来的产品在形位误差和几何精度上有很大的不确定性，但选用五轴加工中心的装夹方式，即以车底毛坯作为旋转载体，车体与车底由螺栓紧固连接，然后旋转第五轴转台，刀具可以依次加工另外四个侧面，就可以避免这类情况的产生。

五轴机的结构形式:

1.1立式加工中心（俗称“立加”）

XY两个轴都在工作台上，控制工件左右、前后运动。其中X轴是安装在Y轴上的，这个特征很重要：Y轴的线轨承重比X轴大，Y轴的电机功率也要比X轴的大。Z轴在刀具上，刀具被主轴电机驱动、绕自已的中心轴线高速旋转的同时，由Z轴伺服电机带着上下运动。

1.2龙门加工中心

龙门的名称来源于那两个立柱和一个横梁组成的一个类似的汉字“门”的结构。这种结构只有Y轴在工作台上，带着工件前后运动（在门下进进出出：）而X和Z都在刀具端，控制刀具左右，上下运动的。

1.3还有一种类似于镗床的卧式

所谓立式卧式，是指刀具主轴是垂直于地面的的还是平行于地面的加工中心，占比较小。那么五轴机的两个旋转轴怎么加到三个直线轴上呢？按国际惯例，绕X轴旋转为A轴，绕Y轴旋转为B轴，绕Z轴旋转为C轴，五轴机一般是XYZ加上ABC中的任意两个（当然有加三个的成六轴机床），那根据排列组合，是不是只有三种五轴机形式呢（反正XYZ都要的）：XYZAB，XYZAC,XYZBC?当然不是，还要考虑哪几个轴在工件端，哪几个轴在刀具端，哪个轴建立在哪个轴之上（作为底座的轴动时，其上的轴肯定跟着动，反之，建立在上面的轴动，下面的轴不受影响），这样一来，五轴机的款式有两千多种（准确来说2160种），但排除一些不合常理的设计，实用的有数十种之多。下面是一些常见的款式：第一大类：两个旋转轴都在工件端，称之为摇篮工作台，也称为懒汉型五轴机。为什么我说这两货是懒汉型五轴机呢，因为它们没有针对五轴联动加工做优化，直接在传统三轴机的基础上增加一个摇篮工作台（轻则一两百公斤，重则一吨多），会使原有的工作台的XY轴电机，线轨，丝杆负荷加倍。

2、五轴机在国内的现状

在当下中国大陆市场，五轴机的处境有点可怜：1）制造难度大，价格高；2）五轴机生产厂家少；3）从业（操机、编程、研发）人员少；4）应用面窄（大多数以铝合金加工为主，能加工刚件的五轴机少之又少）。

3、现代机械加工中五轴数控技术的应用研究

3.1五轴数控机床几何误差

在五轴数控机床的实际运行中，对其加工精度产生影响的主要因素包括热误差、几何误差、伺服系统误差等。在这些误差因素中，几何误差受到环境的影响相对较小，且更容易完成测量。同时，无论是何种误差因素，其最终的表现形式均可以使用几何误差分析运动建模的方式完成表述。基于这