数控多主轴高效机床

数控多主轴高效机床

1. 前言

1.1 数控机床的发展

数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置，经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术，应用数控加工可大大提高生产率、稳定价格质量，缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种复杂精密零件的自动化加工，易于在工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综合经济效益。

数控加工技术也是发展军事工业的重要战略。美国和西方各国在高档数控机床与加工技术方面，一直对我国进行封锁限制，因为许多先进武器设备的制造，如飞机、导弹、坦克等关键零件，都离不开高性能的数控机床加工。

我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五"(81一85年)的引进国外技术，“七五”(86一90年)的消化吸收和“八五”(91一95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过国家机床质量监督测试中心测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。

我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到

了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

根据2003年4月我国最高级别的机床展览会—第八届北京国际机床展览会以及许多资料表明，目前我国的国产数控系统主要为经济型(多采用单片机开发)，销量较大的为广州数控，南京华兴数控，成都广泰数控，北京帝特马数控，南京新方达数控，江苏仁和数控等;而我国的高档数控市场的95%仍被国外公司占据，如日本的法拉克，德国的西门子等。

1.2 多轴机床概述

所谓多轴数控机床是指在一台机床上至少具备第四轴，即三个直线坐标轴和一个旋转坐标轴。并且四个坐标轴可以在计算机数控(CNC)系统的控制下同时协调运动进行加工。五轴数控机床指的是该机床具有三个直线坐标轴和两个旋转坐标轴。并且可以同时控制，联动加工。与三轴联动数控机床相比较，利用多轴联动数控机床进行加工的主要优点是：

（1）可以在一次装夹的条件下完成多面加工，从而提高零件的加工精度和加工效率。（2）由于多轴机床的刀轴可以改变，刀具或工件的姿态角可以随时调整，所以可以加工更加复杂的零件。

（3）由于刀具或工件的位姿角度可调，所以可以避免刀具干涉、欠切和过切现象的发生。从而获得更高的切削速度和切削线宽，使切削效率和加工表面质量得以改善。

（4）多轴机床的应用，可以简化刀具形状，从而降低了刀具成本。同时还可以改善刀具的长径比，使刀具的刚性、切削速度、进给速度得以大大提高。

2. 多轴机床的类型

由于增加了旋转轴，所以与三轴数控机床相比较，多轴机床的刀具或工件的运动形式更为复杂，形式也有多种。

2.1 三轴立式加工中心附带数控转台的四轴联动机床

（a ） （b)

图1数控转台

（a ）数控转台安装在工作台上的情况 （b ）数控转台装夹工件的情况

如图1所示，这类机床是在三轴立式数控铣床或加工中心上，附加具有一个旋转轴的 数控转台来实现四轴联动加工，即所谓3+1形式的四轴联动机床。由于是基于立式铣床或加工中心作为主要加工形式，所以数控转台只能算作是机床的一个附件。这类机床的优点是：

1.价格相对便宜。由于数控转台是一个附件，所以用户可以根据需要选配。

2.装夹方式灵活。用户可以根据工件的形状选择不同的附件。既可以选择三爪卡盘装夹，也可以选配四爪卡盘或者花盘装夹。

3.拆卸方便。用户在利用三轴加工大工件时，可以把数控转台拆卸下来。当需要时可以很方便地把数控转台安装在工作台上进行四轴联动加工。

注意：

（1）这类机床的数控系统一定具有第四轴的驱动单元，同时具备控制四轴联动的功能。如果只有三个伺服系统，是不能做到四轴联动的。

（2）数控转台的尺寸规格会影响原有机床的加工范围。用户要根据被加工的工件尺寸合理选择数控转台的尺寸规格。

立式加工中心可选用沈阳机床厂的VMC850E 机床。该机床的特点是：结构紧凑，性价比高。其结构特点如图2所示。

图2 VMC850E 立式加工中心的机构示意图

2.2 三轴立式加工中心附带可倾斜式数控转台五轴联动机床

图3 安装可倾式数控转台的五轴联动机床

如图3所示，这类机床是在三轴立式数控铣床或加工中心上，附加具有二个旋转轴的可倾式（摇篮式）数控转台来实现五轴联动加工，即所谓3+2

形式的五轴联动机床。只要机床

的数控系统具有五个伺服单元，同时具备控制五轴联动的功能，用户只要安装上可倾式数控转台，即可进行五轴联动的数控加工。如图4所示是可倾式数控转台的型号之一。使用时一般是平放在立式数控铣床或立式加工中心的工作台面上。各个坐标轴的定义如图5所示。这类机床的优点和需要注意的方面与3+1形式的四轴联动机床相类似。

图4可倾式数控转台 图5可倾式数控转台坐标轴示意图 注意：

（1）机床的数控系统必须具有五轴联动的功能。

（2）当立式数控铣床或加工中心安装了可倾式数控转台以后，受转台自身高度的影

响，可用于加工的Z 轴行程就减小了。用户在使用时，除了要考虑被加工零件的高度以外，还要考虑刀具的长度。

（3）数控转台通常需要压缩空气给锁紧装置提供动力，所以要备有气源。

2.3四轴立式加工中心附带数控转台的五轴联动机床

这类立式数控铣床或加工中心的标准设计就是立铣头可以围绕Y 轴旋转，即机床具有B 轴。使用时附加具有一个旋转轴的数控转台，来实现五轴联动加工。这就是所谓4+1形式的五轴联动机床。

如图6 所示，XKR400是北京机电院生产的五轴联动加工中心。该机床具有可以摆动的B 轴和可以360°任意分度的C 轴。

图6 具有B轴和C轴的五轴联动机床

该机床是为满足叶轮加工的需要，应用世界先进技术和最新构思设计开发的五轴数控机床，机床配置X、Y、Z三个直线轴和B、C二个回转轴。机床主要用于中、小型叶轮的加工，三维复杂曲面的加工，以及凸轮、模具、箱体、阀体和盘类零件的加工。适 …… 此处隐藏：2874字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……