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比三轴贵N倍的五轴机床,价值到底在哪里?
日期
|
2021/11/24

自中国进入工业化社会以来,机床对于国家工业制造的发展发挥了举足轻重的作用。三轴数控机床应用技术的突破,更是给享有世界工厂之称的中国制造插上了高速发展的翅膀。现如今,无论是现代化的工厂车间,还是随处可见的路边加工门店,三轴数控机床的身影无处不在,它们是制造业发展过程中不可或缺的推动器。

 

三轴机床

(三轴机床)

 

随着航空航天、模具制造、新能源汽车等行业的高速发展,加工工件的形状、结构、角度越来越多样化,同时精度要求越来越高。对于这种高精尖的加工需求,三轴机床已经无法满足,这时五轴机床应运而生,目前已经在各种领域得到了越来越多的应用。

 

环球五轴机床应用现场

 (环球五轴机床客户应用现场)

 

随着五轴机床在各领域的应用越来越广泛,关于五轴加工的讨论也多了起来。比如:为什么越来越多的厂家和终端用户选择五轴机床?为什么加工复杂工件,都会想到五轴加床?都说五轴好,它和三轴机床到底有什么区别,它的核心价值是如何体现出来的呢?

 

今天环球机械小编就来简单介绍一下:五轴加工到底有哪些优势,为什么越来越多的用户选择五轴机床?

三轴加工机床的特点

3轴加工由直线进给轴X、Y、Z进行加工。加工特点:切削刀具方向在沿着整个切削路径运动过程中保持不变。刀尖的切削状态不可能实时做到完美。

 

 三轴机床的局限性

三轴加工的局限性

 

如果需要加工下图这样的工件,这个工件需要加工3、4、5个面,则三轴加工中心需要夹紧3、4、5次,而如果使用五轴加工中心可以同时加工5个面,不仅可以节省装夹时间,还提高产品加工精度。如果用五轴加工,五个面可以同时加工,而且五轴加工还可以加工复杂的曲面。

 复杂工件

五轴机床的特点

五轴加工中心是在三轴基础上增加了A/B/C其中两个旋转轴,其特点在于增加的两个旋转轴与直线轴的联动关系和结构上。五轴联动使得加工效率更高。

 

五轴示意图

(环球五轴机床五轴移动示意图)

 

三轴、五轴如何加工斜面?

在利用三轴加工过程中,一般都会选取“斜面”加工形式,这样球刀、零件的表面只存在一个接触点,无法保证加工效率,并且两条刀路间有“残高”情况出现,在后续工作中抛光有很大的工作量要做。

 三轴五轴加工对比

(三轴、五轴斜面加工对比示意图)

 

五轴侧面加工的优势

在同个区域内,使用五轴加工,在定位后,待加工表面和刀轴保持垂直状态,利用平面广刀的切削方法,刀具和工件处于呈面接触中,不但得到了很高的加工效率,也延长了刀具使用寿命,并且刀路间不会有“残高”情况,可得到较高的加工表面质量;再者,通过更换刀具,利用机床自身精度,还可完成部分精镗、磨削、抛光等工序,在后续工作中只需要简单的进行抛光便可以了。所以一些特定行业所需的特殊产品,就需要用五轴加工机床来完成了。

侧面加工对比

比如,针对航空航天领域内应用的叶轮、叶片和整体叶盘等零件,我们如果要完整加工一个不规则平面,就必须将工作台以不同方向旋转多次,目前的三轴设备由于干涉原因无法满足工艺要求。

 

五轴加工的高效率体现在哪几个方面? 

五轴加工技术在模具制造加工中能够快速的提高加工效率,一般体现在以下几点:

(1)一次装夹零件,能够完成大部分的加工;

(2)局部区域有着较高的加工精度,并且加工时间短;

(3)随着难加工部位的减少,电极数量随之得到减少,模具生产周期得到缩短。

 

五轴加工的特性

1、一次装夹5面加工

五轴加工中心最大的特点就是一次性装夹可以加工五个面,也就是日常所说的加工角度避让。如果是联动机床,C轴能够无限制旋转,A轴大约能做到130度旋转。这些设备特性使得加工时不会发生干涉。

 五面加工

 

这样带来的好处在于一次装夹既可以完成加工,即避免了多次装夹所带来的重复定位误差。同时一次装夹也节约了大量的时间,提高了工作效率。能够减少从产品到发货的时间,减少库存货量。

 

五轴加工技术在一次装夹零件过程中,通过更换刃具和改变刀具或工件的摆角,能够同时进行多项工作。在刀具和工件接触中,在刀具高速旋转中来进行切削,从而达到预期的切削效果。

 

2、表面加工质量大幅提高

1) 能使用长度比较短的刀具,提升加工稳定性。

2) 减少放电的工艺,整个表面更均匀。

3) 使用球刀的侧刃加工,提升工件表面质量。

 

五轴加工刀具与被加工工件表面接触角不同,所遵循的切削原理也不同,最后所得到的切削质量自然也不一样。在平面光刀与侧刃切削中,工件和刀具是一种面接触形式,与点接触对比来讲,其加工质量和效率更好,有效地减轻了零件表面抛光工序的工作量。

减少加工工序

 

3、缩短生产过程链,简化生产管理

五轴机床具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力,不仅可以解决零件加工的精度、周期问题,还可以使五轴加工过程的缩短和设备数量的减少,工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。

 

五轴加工的不可替代性

有的零件只能使用五轴加工,如:叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽车机轮子、大型柴油机曲轴等等加工,五轴加工是唯一实现的方法。

 

加工叶轮

(环球五轴叶轮加工)

 

从上面的分析中可见,将五轴加工技术运用到复杂工件的生产过程中,既能够提高工件加工精度,也能减轻工件抛光的工作量,缩短生产模具的周期,但从多方面上来讲,加工机床与编程工作对有关工作人员提出了新的要求,要求他们具备对五轴加工技术的全面了解,并能够熟练操作相应的系统、软件。

 

五轴加工车间

环球五轴机床客户应用现场

 

总结

当下,制造业同质化竞争越来越激烈,拥有独特的核心技术和高精尖的机床设备,在保证质量的前提下实现更高的生产效率,制造出竞争对手所不能的高附加值产品,才能在市场中脱颖而出。

 

五轴机床,不仅是高精尖加工需求、复杂3D曲面工件加工的利器,也是加工效率的保障,更是中国制造业走向高端产业的发展趋势。相信在不久的将来,它就像现在的三轴机床一样,会有更多的厂家和用户将陆续引进和应用五轴加工机床。