《数控加工技术应用》课件_第4章.pptx

项目四零件五轴数控加工;

任务一多面体零件的数控加工;

技能目标

(1)能利用制造工程师软件编制五轴定轴铣加工零件的加工程序;

(2)能正确对刀并设置刀具参数;

(3)能操作五轴数控机床进行零件加工;

(4)能进行机床日常维护和保养,并有环保意识和安全意识。;

二、工作任务

(一)多面体零件的三维图

多面体零件的三维图如图41所示。;

(二)任务具体要求

多面体零件单件生产,毛坯为200mm×200mm×50mm的长方体,材料为硬铝(也可不根据图上材料要求结合自己现有的材料进行加工)。加工该零件的具体任务要求为分析零件图,分析零件结构工艺特征,拟定零件机械加工工艺方案,编制工艺文件,编写数控加工中心加工程序,在五轴数控机床上完成零件加工。;

三、相关知识

(一)五轴数控机床简介

1.五轴机床的分类

五轴机床一般为在普通三轴机床的基础上附加了两个旋转轴。按照旋转轴的类型,五轴机床可以分为三类:双转台五轴、双摆头五轴和单摆头单转台五轴。旋转轴分为两种:使主轴方向旋转的旋转轴称为摆头,使装夹工件的工作台旋转

的旋转轴称为转台。

按照旋转轴的旋转平面分类,五轴机床可分为正交五轴和非正交五轴。两个旋转轴的旋转平面均为正交面(XY、YZ或XZ平面)的机床为正交五轴;两个旋转轴的旋转平面有

一个或两个不是正交面的机床为非正交五轴。;

2.五轴机床的三种典型结构

1)双转台五轴

双转台五轴的两个旋转轴均属转台类,B轴旋转平面为YZ平平面,C轴旋转平面为XY面。一般两个旋转轴结合为一个整体构成双转台结构(见图42),放置在工作台面上。

特点:加工过程中工作台旋转并摆动,可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制,适合加工体积小、重量轻的工件;主轴始终为竖直方向,刚性比较好,可以进行切削量较大的加工。;

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2)双摆头五轴

双摆头五轴的两个旋转轴均属摆头类,B轴旋转平面为ZX平面,C轴旋转平面为XY平面。两个旋转轴结合为一个整体构成双摆头结构(见图43)。

特点:加工过程中工作台不旋转或摆动,工件固定在工作台上,加工过程中静止不动。适合加工体积大、重量重的工件;但因主轴在加工过程中摆动,所以刚性较差,加工切削量

较小。;

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3)单摆头单转台五轴

单摆头单转台五轴的旋转轴B为摆头,旋转平面为ZX平面;旋转轴C为转台,旋转平面为XY平面。单摆头单转台结构见图44。

特点:加工过程中工作台只旋转不摆动,主轴只在一个旋转平面内摆动,加工特点介于双转台和双摆头之间。;

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(二)五轴加工的优点及应用

(1)三轴加工的缺点:

①刀具长度过长(见图45),刀具成本过高。

②刀具振动引发表粗糙度问题。

③工序增加,多次装夹。

④刀具易破损。

⑤刀具数量增加。

⑥易过切引起不合格工件。

⑦重复对刀产生累积公差。;

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(2)五轴加工的优点:

①可有效避免刀具干涉,加工一般三轴数控机床所不能加工的复杂曲面(见图46)。

②一次装夹完成可加工出连续、平滑的自由曲面(五轴机床运动如图47所示)。

③五轴加工时使刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态,避免了刀具(刀尖点)零线速度加工带来的切削效率极低、加工表面质量严重恶化等问题。

④提高表面质量对于直纹面零件,可采用侧铣方式一刀成型。

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⑤对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面,可用大直径面铣刀端面贴近表面进行加工。

⑥在某些加工场合,可采用较大尺寸的刀具避开干涉进行加工。

⑦可使用较短的切削刀具。

⑧符合工件一次装夹便可完成全部或大部分加工的机床发展方向,并且能获得更高的加工精度、质量和效率。;

(3)五轴加工主要应用的领域:航空、造船、医学、汽车工业、模具。

(4)应用五轴加工的典型零件:叶轮、涡轮、蜗杆、螺旋桨、鞋模、立体公、人体模型、汽车配件以及其他精密零件。;

(三)五轴数控加工难点

(1)编程复杂、难度大、对使用者的CAM软件应用水平要求高。

(2)熟悉机床结构及后处理,需要采用辅助的加工仿真优化软件。

(3)数控系统多采用Siemens840D和HeidenhainiTNC530等高档数控系统,需要全面掌握数控系统的各项功能。;

(4)五轴加工和高速加工紧密结合。

①高速电主轴在模具自由曲面和复杂轮廓的加工中,常常采用2~12mm较小直径的立铣刀,而在加工铜或石墨材料的电火花加工用的电极时,要求有很高的切削速度,因此,电主轴必须具有很高的转速。

②高速加工中心或铣床上多数还是采用伺服电机和滚珠丝杠来驱动直线