任务导入

自从美国麻省理工学院于20 世纪50 年代研制出世界第一台试验性数控机床以来, 数控机床的发展已经有60 多年的历史了。 这种设备解决了机械加工中的很多难题, 人们利用它可以制造出很多结构复杂的产品, 而人类生产需求的日益增长, 又进一步促进了数控机床技术的发展。

知识链接

数控机床根据数控机床系统同时控制联动轴的个数可以分为以下几种。

(1) 二轴半联动机床

二轴半联动机床可以同时控制两个轴, 它使用的数控程序特征是: 其中一段数控程序的X、Y、Z 三个数值不能同时出现。 至今有些数控编程系统软件(如Cimatron、Mastercam等) 里的刀轨类型仍有这个功能。 粗加工时, 由于机床不能执行螺旋下刀命令, 需要事先在毛坯上钻孔, 刀具再从这个进刀孔下刀进行分层铣削。 目前, 这种机床已经停产。

(2) 三轴联动机床

三轴联动机床可以同时控制三个轴, 这是目前普遍使用的数控机床。 这种机床使用的数控程序特征是: 在一段程序里可以同时出现X、Y、Z 三个数值。 粗加工时可以顺利地执行螺旋下刀指令, 而不必在毛坯上钻孔。

(3) 四轴联动机床

四轴联动机床可以同时控制四个轴, 它使用的数控程序特征是: 在一段数控程序里可以同时出现如X、Y、Z、A 这样的指令。 工作情况一般是: 工件在绕X 轴旋转(即沿A 旋转轴旋转) 的同时, 刀具可以沿着X、Y、Z 三个线性轴移动。 这种机床结构特点是: 在三轴联动机床的工作台上另外安装了一个旋转工作台(当然还可以是XYZB 型)。 图1.1.1 和图1.1.2 分别为四轴加工中心外观和旋转工作台。

图1.1.1　四轴加工中心外观

图1.1.2　旋转工作台

(4) 五轴联动机床

五轴联动机床可以同时控制五个轴, 它使用的数控程序特征是: 在一段数控程序里,除了可以同时出现X、Y、Z 三个数值外, 另外还可以出现A、B、C 三个中的两个旋转指令。

常见典型的结构是双转台型五轴联动数控铣床, 其结构特点是: 在三轴联动机床的工作台上, 另外安装了一个摇篮式双转旋转工作台。 有些就用摇篮式双转旋转工作台替代三轴机床工作台。 这种机床工作情况一般是: 工件在绕X 轴(即沿A 旋转轴旋转) 和Z 轴旋转(即沿C 旋转轴旋转) 的同时, 刀具可以沿着X、Y、Z 三个线性轴移动。

随着科学技术的发展, 五轴以上的虚轴机床也已经出现, 这种机床一般是通过连杆运动实现了主轴的多自由度运动。 图1.1.3 和图1.1.4 分别为五轴加工中心外观和五轴加工中心示意。(www.daowen.com)

图1.1.3　五轴加工中心外观

图1.1.4　五轴加工中心示意

五轴联动机床根据其结构特点, 可以分为以下类型:

1) 双转台型五轴机床, 如XYZAC 型机床;

2) 一转台和一摆臂型五轴机床, 如XYZBC 型机床;

3) 双摆臂型五轴机床, 如XYZAB 型机床。

其他类型的多轴数控机床还有:

1) 非正交结构五轴机床, 如DMG MORI 公司出的一种机床, 其B 轴中心线与XY 平面夹角为45°;

2) 在三轴机床工作台上附加旋转工作台成为五轴机床。 这种机床没有联动功能, 也称“3+2” 型机床。

五轴机床如果装有刀库就称为五轴加工中心, 可以轻松地加工出一些三轴机床无法加工或者很难加工出的零件, 如: 核潜艇上的整体叶轮、发动机涡轮叶片, 飞机发动机上需要一次性加工的复杂结构零件, 具有倒扣结构的模具类零件。

机床是否具有联动功能将直接影响机床的性能和价格, 其差异有时会很大, 企业应该根据所生产零件产品的特点和实际需要慎重选购。 一般来说, 如果产品的倒扣曲面和正常曲面之间的过渡要求很精确地连接, 则只有五轴联动机床才能达到满意的加工效果, 若选用非联动机床(如“3+2” 型机床) 效果就会差一些。 当然, 不管哪种类型的机床都需要企业定期进行精度调整和校正, 使其时时刻刻处于“健康” 状态。 只有这样才能真正精确加工出合格的产品, 发挥机床的效能。

任务实施

多轴数控机床的种类有哪些?

知识拓展

了解摇篮式与龙门式多轴数控机床的应用场合。