珊星数控系统知识讲座_一_第一讲五轴联动数控系统介绍

与其他加工系统相比, 五轴加工系统仅需要经过 一次装夹, 即可完成复杂形状零件的加工。由于无需 多次装夹, 不仅缩短了加工周期, 而且避免了因多次装 夹而造成的人工或机械误差, 大大提高了加 工质量。 例如, 加工一个具有很多不同角度及不同孔径的孔系,
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制造技术与机床 2004 年第 3 期
虽然人们早已认识到五轴数控技术的优越性和重 要性, 但到目前为止, 五轴数控技术的应 用仍然以航 空、航天及其相关工业的用户居多。五轴数控技术为 何久久未能得以广泛普及? 究其原因, 主要是因为五 轴数控加工由于干涉刀具在加工空间的位姿控制、其 数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得 多。目前, 五轴数控技术还普遍存在以下问题。
2 五轴联动数控机床系统的优越性及推广的 难点
现在, 大家普遍认为, 五轴联动数控机床系统是解 决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转 子、大型柴油机曲轴等加工的最佳手段。所以, 当人们
五轴联动数控机床系统之所以受到如此/ 青睐0, 自然有它独到之处。毫不夸张地说, 五轴系统的某些 优越性甚至是无可替代的。
( 1) 个刀库必须固定在工作台上; ( 2) 这个刀库有 两排刀位, 换刀采用非随机形式; ( 3) 换刀只能靠坐标 定位来完成; ( 4) 两个主轴同时抓两把刀( 两个主轴之 间的距离为 500 mm) 。其结构示意如图 1 所示。
( 2) 刀库正常运转必须解决的问题 ¹ 因为刀库 固定在工作台上, 导致换刀指令发出时刀库的位置不 固定, 要保证能准确的还刀和抓刀必须知道各个刀位 的机床坐标值; º 必须正确进行刀库表的刷新。
( 4) 购置机床需大量投资 五轴机床和三轴机床 之间的价格悬殊很大。三轴机床附加一个旋转轴基本 上就是普通三轴机床的价格, 这种机床可以实现多轴 机床的功能。而五轴机床的价格比三轴机床的价格高 出 50% 以上, 有的特色机种的价格甚至要高几十倍。 除了机床本身的投资之外, 还必须对 CAD/ CAM 系统
( 1) 五轴数控编程抽象、操作困难 五轴数控编程 是每一个数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床 只有直线坐标轴, 而五轴数控机床结构形式多样。同
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一段 NC 代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样 的加工效果, 但对于五轴数控机床, 同样的 NC 代码却 不能适用于所有类型的五轴机床。五轴数控编程除了 直线运动外, 还要协调旋转运动的相关计算, 如旋转角 度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等, 处理的信息量很大, 数控编程极其抽象。
数控专栏
珊星数控系统知识讲座( 一) Seminar on CNC System from Shanxing
第一讲 五轴联动数控系统介绍
Lesson Ñ Introduction to CNC System for 5- axis Controlled Simultaneously
1 五轴联动数控机床系统的战略价值
对于多坐标数控加工, 一般的 CNC 系统目前还没 有刀具半径补偿功能, 编程员在进行零件加工编程时 必须考虑刀具半径的影响。对于同一零件, 采用相同 类型的刀具加工, 当刀具半径不同时, 必须编制不同的 加工程序。
( 3) 刀具轨迹验证困难 用多轴数控机床进行一 些复杂零件的数控加工时, 数控加工程序在加工过程 中是否发生过切, 所选择的刀具、走刀路径、进退刀方 式是否合理, 刀具与约束控制面( 非加工面) 是否发生 干涉与碰撞等, 编程人员事先往往很难预料。现在一 些优秀的 CAD/ CAM 系统提供了仿真验证, 用于检查 刀具轨迹的相关问题。
五轴数控加工的操作和编程技能密切相关, 如果 用户为机床增添了特殊功能, 则编程和操作会更复杂。 只有反复实践, 编程及操作人员才能掌握必备的知识 和技能。缺乏经验丰富的编程、操作人员, 是五轴数控 技术普及的一大阻力。
( 2) 刀具补偿困难 为了简化零件的数控加工编 程, 使数 控 程序 与刀 具 形状 和 刀具 尺 寸 尽量 无 关。 CNC 系统一般 都有刀具长度 和刀具半径补偿 功能。 前者可使刀具垂直于走刀平面( 比如 X Y 平面, 由 G17 指定) 偏移一个刀具长度修正值; 后者可使刀具中心轨 迹在走刀平面内偏移零件轮廓一个刀具半径修正值, 两者均是对 2 坐标数控加工情况下的刀具补偿。
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数控专栏
/ FANUC 数控系统应用0有奖征文选登( 第二期)
FANUC 0i 系统在特殊刀库上的应用
Application of FANUC 0i System on Special Tool Storage
何红欣
( 陕西省汉中市汉川机床有限责任公司)
我公司最近推出一种特殊的新型刀库, 这个刀库 特殊性主要表现在以下几个方面:
另外, 五轴系统加工还可用来加工形状极其复杂 的、通常只能通过浇铸方法加工的形体, 如图 2 所示的 叶轮。与铸造相比, 五轴加工能实现快速交货, 而且可 保证表面特别是内腔表面的精度质量。
总之, 五轴联动数控机床系统能极大地提高加工 效率和生产能力、显著地提高产品加工质量、缩短加工 周期、大大地降低加工成本、可加工形状极其复杂的零 件、可实现极其复杂的零件的快速成形和小批量生产, 特别是打样可快速交货且精度高。
在五轴系统加工中, 由于刀头可进入工件内部, 刀 具方向朝向工件表面, 因此可使用短刀具加工。这样 不仅可在不增加刀具负荷的条件下, 提高切削速度, 从 而可提高刀具寿命、减少刀具损坏。而且还可减少在 用三轴加工深型芯和型腔过程中, 经常出现的刀具颤 振, 从而可得到质量更高的加工表面, 减少甚至避免极 其耗时的手工打磨工序。
1 换刀过程的分析
( 1) 换刀过程的流程时 序图( 图 2) 图中: ¹ T 0 表示还主轴上的刀; º 换刀动作说明 当主轴有刀需 换另一把刀时, 首先主轴应下降, 通过卡盘外侧的外圆 中心( 例如 A 点) 继续下降到换刀位, 再移动到卡盘中 ( 例如 B 点) ; 然后主轴松刀, 待完全松开后, Z 轴再抬 起完成还刀; 再移动工作台, 找到新刀, 主轴下降到换 刀位刀具夹紧( 例如 D 点) , 然后移动到卡盘外侧的外 圆中心( 例如 C 点) , Z 轴再抬起完成换刀; » 当主轴 无刀时直接执行抓刀; 当 T 0 时, 执行还刀动作。
一般而言, 刀具长度补偿对于 2 坐标和 3 坐标联 动数控加工是有效的, 但对于刀具摆动的四、五坐标联 动数控加工, 刀具长度补偿则无效。在进行刀位计算 时可以不考虑刀具长度, 但在后置处理计算过程中则 必须考虑刀具长度。然而, 后置处理的算法及后置处 理程序的编写不易掌握, 并且, 对于不同类型运动关系 的数控机床, 后置处理算法是不同的。
在设计、研制、加工复杂曲面遇到无法解决的难题时, 往往转向求助五轴数控系统。由于五轴联动数控机床 系统价格十分昂贵, 加之 NC 程序编制较难, 使五轴系 统难以/ 平民0化应用。但近年来, 随着计算机辅助设 计( CAD) 、计算机辅助制造( CAM) 系统取得了突破性 发展, 包括珊星公司在内的中国多家数控企业, 先后推 出了五轴联动数控机床系统, 打破了外国的技术封锁, 占领了这一战略性产业的至高点, 大大降低了其应用 成本, 从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代! 五轴联动系统实施产业化, 不仅对我国机床行业调整 产业结构, 促进产品升级、替代进口、扩大出口起到积 极的推动作用, 而且将带动相关产业的技术进步, 为所 服务的行业提供高技术的先进设备, 促进我国重大装 备的国产化。现阶段 主要品种有: 五轴立式、五轴卧 式、五轴龙门式加工中心, 五轴数控铣床、五轴龙门镗 铣床、五轴落地铣镗床等。
以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造 业注入了强劲的动力, 同时也对它提出更强要求, 更加 突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推 动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作 用。作为国民经济增长和技术升级的原动力, 以五轴 联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新 兴产业的发展而共同进步。中国不仅要做世界制造大 国, 更要做世界制造强国! 预计在不久的将来, 随着五 轴联动数控机床系统的普及推广, 必将为中国成为世 界最强国奠定坚实的基础。
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软件和后置处理器进行升级, 使之适应五轴加工的要 求; 必须对校验程序进行升级, 使之能够对整个机床进 行仿真处理。
随着 CAD/ CAM 系统的飞速发展, 高性能五轴联 动数控系统的不断推出, 我国数控机床正朝着高速度、
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高精度、复合化的方向蓬勃发展。 ( 编辑 符祚钢)
( 收稿日期: 2003- 12- 22) 文章编号: 4328 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
装备制造业是一国工业之基石, 它为新技术、新产 品的开发和现代工业生产提供重要的手段, 是不可或 缺的战略性产业。即使是迈进/ 信息化社会0的发达工 业化国家, 也无不高度重视。近年来, 随着我国国民经 济迅速发展和国防建设的需要, 对高档的数控机床提 出了急迫的大量需求。
机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床 制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统, 从某种 意义上说, 反映了一个国家的工业发展水平状况。由 于其特殊的地位, 特别是对于航空、航天、军事工业的 重要影响, 以及技术上的复杂性, 长期以来, 以美国为 首的西方工业发达国家, 一直把五轴联动数控机床系 统作为重要的战略物资, 实行出口许可证制度。特别 是冷战时期, 对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁 禁运。如上世纪末针对前苏联的著名的/ 东芝事件0就 足以看出五轴联动数控机床的重要性及其战略价值。 从 1999 年开始, 在重要的国际、国内机床展览会上, 国 产五轴数控机床产品纷纷亮相, 这些五轴数控均已达 到国际先进水平, 体现出我国机床工业为国防尖端工 业发展提供装备的实力又有突破性提高。随着五轴市 场逐渐打开, 中国机床利用自己研制的高、精、尖产品 参与国际竞争, 打破了国际技术垄断。