立体曲面轮廓的加工,根据曲面形状、刀具形状(球状、柱状、端齿)以及精度要求采用不同的铣削方法,需要用到四轴联动加工中心或五轴五联动加工中心,三轴加工中心很难完成。
首先,五轴加工中心可以加工一般三轴加工中心所不能加工或很难一次装夹完成加工的连续、平滑的复杂曲面。如航空发动机和汽轮机的叶片,船舶用的螺旋桨,以及许许多多具有特殊曲面和复杂型腔、孔位的壳体和模具等。
在复杂曲面加工过程当中,如果采用普通三轴加工中心,由于其刀具相对于工件的位姿角在加工过程中不能变,加工某些复杂曲面时,就有可能产生干涉或加工不到位的情况,而采用五轴机床加工时,则由于刀具的姿态在加工过程中随时可调整,就可以避免刀具工件的干涉并能一次装夹完成全部加工。
其次,五轴加工中心可以提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率。例如,三轴加工中心加工复杂曲面时,多采用球头铣刀,球头铣刀是以点接触成形,切削效率低,而且刀具姿态在加工过程中不能调,一般就很难保证用球头铣刀上的*佳切削点进行切削,而且有可能出现切削点落在球头刀上线速度等于零的旋转中心线上的情况,这时不仅切削效率极低,加工表面质量严重恶化,而且往往需要采用手动修补,因此也就可能丧失精度。
五轴加工中心编程方法:
螺旋桨是五轴五联动加工的典型零件之一。其叶片的形状及加工原理如图所示。在半径为Ri的圆柱面上与叶面的交线AB为螺旋线的一部分,螺旋角为фi,叶片的径向叶型线(轴向剖面)EF的倾角α为后倾角。螺旋线AB用极坐标加工方法并用折线段逼近。逼近线段mn是AB加工完后,刀具径向位移⊿X(改变Ri),再加工相邻的另一条叶型线,依次逐由C坐标旋转⊿θ与Z坐标位移⊿Z的合成。当一加工,即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大,所以常用端铣刀加工,以提高生产率和简化程序。因此,为保证铣刀端面始终与曲面贴合,铣刀除了作直角坐标X、Y、Z的运动外,还应作附加坐标A和坐标B形成θi和αi的摆角运动,以保证铣刀端面中心始终位于编程值位置上,所以需要五个轴同时联动加工。这种五轴加工中心的编程计算相当复杂,手工编程难以完成,需要进行计算机辅助编程。
五轴加工中心有x,y,z,a,c五个轴,xyz和ac轴形成五轴联动加工,擅长空间曲面加工,异型加工,镂空加工,打孔,斜孔,斜切等。而“五面体加工中心”则是类似于三轴加工中心,只是它可以同时做五个面,但是它无法做异型加工,打斜孔,切割斜面等。目前,五轴联动数控加工中心系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。