• 關(guān)鍵詞： 海德漢 iTNC 530 五軸加工
• 摘要：本文詳細(xì)介紹了海德漢iTNC530五軸加工功能在數(shù)控龍門鏜銑床上的應(yīng)用,針對五軸加工特點(diǎn)及擺角銑頭結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進(jìn)行了闡述。

1、概述

五軸加工是指在一臺(tái)機(jī)床上至少有五個(gè)坐標(biāo)軸(例如三個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸),而且可在數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。這樣的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工可以加工一般三軸數(shù)控機(jī)床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續(xù)、平滑的自由曲面。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)和汽輪機(jī)的葉片,艦艇用的螺旋推進(jìn)器,以及許許多多具有特殊曲面和復(fù)雜型腔、孔位的殼體和模具等,如用普通三軸數(shù)控機(jī)床加工,由于其刀具相對于工件的位姿角在加工過程中不能變,加工某些復(fù)雜自由曲面時(shí),就有可能產(chǎn)生干涉或欠加工(即加工不到)。而用五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床加工時(shí),則由于刀具的位姿角在加工過程中隨時(shí)可調(diào)整,就可以避免刀具工件的干涉并能一次裝夾完成全部加工。我廠自主研發(fā)的XK2130型數(shù)控龍門鏜銑床(圖1)配備可供用戶選擇的附件庫,附件庫中各種銑頭可根據(jù)加工需要自動(dòng)交換,其中的擺角銑頭(A、C軸)可與主機(jī)其它三個(gè)坐標(biāo)軸(X、Y、Z)聯(lián)動(dòng)參與插補(bǔ),實(shí)現(xiàn)五軸加工功能。該機(jī)采用海德漢公司全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)的iTNC530數(shù)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了高速加工,提高了加工精度、質(zhì)量和效率。

2．機(jī)床電氣控制系統(tǒng)組成

該機(jī)床有4個(gè)直線坐標(biāo),X坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái),其行程達(dá)9m；Y坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)滑座,行程4．75m；Z坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)滑枕,行程0．9m；W坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)橫梁,行程2．3m；X/Y/Z三個(gè)坐標(biāo)采用帶距離碼的HEIDENHAIN直線光柵尺(1Vpp正弦波)全閉環(huán)反饋方式,系統(tǒng)上可短程回參考點(diǎn)；W軸采用兩個(gè)電機(jī)雙驅(qū)同步控制,采用HEIDENHAIN絕對值編碼器反饋方式,接通電源就能立即建立絕對參考坐標(biāo)系,避免了每次系統(tǒng)上電需重回參考點(diǎn)的麻煩；擺角銑頭中A軸和C軸采用了西門子1FT6伺服電機(jī),A軸在±95o之間擺動(dòng),A軸采用HEIDENHAIN絕對值編碼器反饋方式,C軸在±200o之間轉(zhuǎn)動(dòng)；附件庫運(yùn)送銑頭的小車(u軸)采用PLC定位軸控制方式,配合控制程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)更換附件庫中的各種銑頭。機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)采用海德漢QAN系列伺服主軸電機(jī),各項(xiàng)進(jìn)給選用海德漢QSY系列伺服電機(jī)。針對該機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),電氣控制系統(tǒng)配置了iTNC530數(shù)控系統(tǒng)、海德漢UM系列數(shù)字變頻器驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

圖1 XK2130型數(shù)控龍門鏜銑床

?3．實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工

3．1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在大型數(shù)控龍門鏜銑床中采用擺角銑頭(圖2)是實(shí)現(xiàn)五軸加工的重要方式。在本機(jī)床中擺角銑頭安裝在滑枕端面上。擺角銑頭主要由聯(lián)接盤、聯(lián)接軸、支承體、銑頭體等部件組成。聯(lián)接盤與方滑枕聯(lián)接在一起,聯(lián)接軸通過花鍵與主機(jī)主軸聯(lián)接并傳遞動(dòng)力；支承體通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)±200°旋轉(zhuǎn)(C軸)；C軸位置檢測依靠電機(jī)內(nèi)置編碼器,由接近開關(guān)檢測C軸原點(diǎn)。銑頭體通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)±95°旋轉(zhuǎn)(A軸)。A軸位置檢測元件為HEIDENHAIN絕對值角度編碼器。因此擺角銑頭是具有兩個(gè)數(shù)控旋轉(zhuǎn)軸(A、C軸)、可與主機(jī)配合實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)的多功能附件.

圖2 擺角銑頭簡圖

?3．2系統(tǒng)要求

CNC控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)五軸加工的重要組成部分,它在很大程度上決定著機(jī)床加工的速度、精度和表面質(zhì)量。海德漢iTNC530數(shù)控系統(tǒng)是適合銑床、加工中心或需要優(yōu)化刀具軌跡控制之加工過程的通用性控制系統(tǒng),五軸加工功能豐富易用,它具有強(qiáng)大的坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)、平面定義功能；刀具中心點(diǎn)管理功能(TCPM)；支持多種五軸加工格式(刀具矢量或旋轉(zhuǎn)軸角度)；多種安全功能(實(shí)時(shí)碰撞監(jiān)控DCM、斷電安全退刀)；手輪干預(yù)程序運(yùn)行(五軸加工時(shí)通過手輪干預(yù)空間軸)；圓柱面加工功能；五軸加工刀具軸精確控制功能。針對五軸加工的復(fù)雜曲面,如果要實(shí)現(xiàn)高速、高精和高表面質(zhì)量加工,必須具備好的硬件基礎(chǔ)、良好的伺服性能及高速控制能力。在硬件上,iTNC530采用了全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)。其位置控制器、速度控制器和電流控制器全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。數(shù)字電機(jī)控制技術(shù)能獲得非常高的進(jìn)給速率。海德漢iTNC530是最優(yōu)秀的3-D輪廓加工數(shù)控系統(tǒng),3-D程序段處理時(shí)間只有0。5ms,通過優(yōu)化路徑控制、提前計(jì)算輪廓和控制加加速(Jerk)算法,減少輪廓偏差,在保證表面質(zhì)量情況下以最大進(jìn)給率加工,在最短的時(shí)間內(nèi)加工出完美的復(fù)雜輪廓曲面。

3．3五軸加工程序

?用五軸加工復(fù)雜的3-D輪廓,加工程序通常用機(jī)床外的CAD/CAM系統(tǒng)生成,然后再通過iTNC530自帶的以太網(wǎng)接口傳到數(shù)控系統(tǒng)中,同時(shí)iTNC530系統(tǒng)提供了點(diǎn)過濾工具,可以對CAD/CAM系統(tǒng)生成的NC程序進(jìn)行平滑優(yōu)化處理,使輪廓更平滑、運(yùn)行程序速度更快和加加速更平滑。下面是本機(jī)床加工如圖3所示工件的部分程序:

圖3 加工中的擺角銑頭

?4．結(jié)論

提高加工質(zhì)量和工效,充分滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的要求是制造技術(shù)發(fā)展永恒的主題。我廠研發(fā)的XK2130型數(shù)控龍門鏜銑五軸加工機(jī)床既滿足了加工某些具有特殊要求的復(fù)雜形面的大型工件,同時(shí)也提高了對這些形面的加工精度、質(zhì)量和工效。擺動(dòng)銑頭的應(yīng)用,為發(fā)展加工大型復(fù)雜空間曲面的五軸龍門式高速精密鏜銑床提供了技術(shù)支持。

來源： 國際金屬加工網(wǎng)