國外機(jī)床廠商應(yīng)用五軸的全方面工藝升級

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在當(dāng)今的金屬加工行業(yè)中，五軸加工已經(jīng)成為了最重要的技術(shù)之一，這并非因?yàn)槠錇樾屡d技術(shù)，而是因?yàn)樗呀?jīng)成為了主流選擇。曾經(jīng)的復(fù)雜輪廓銑削設(shè)備如今成為了很多工廠非常具有價(jià)值的自動化工具，其不僅能加工樣式復(fù)雜的產(chǎn)品，還能在一個周期內(nèi)對產(chǎn)品進(jìn)行多種角度的加工，減少所需的加工步驟。然而，在常規(guī)生產(chǎn)活動中越來越多的使用五軸加工意味著更加需要對其他工藝部件的加工進(jìn)行工藝升級。

工件夾持裝置和系統(tǒng)的關(guān)系

針對不同零件，正確選擇工件夾持裝置，可能是充分發(fā)揮五軸加工自動化生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。

對于五軸加工而言，工件夾持面臨的問題是要充分接觸零件。即便是為五軸加工項(xiàng)目定制的固定裝置也存在問題，裝置可能會影響刀具或主軸殼，因?yàn)檎麄€零件和固定裝置在工作區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)。但標(biāo)準(zhǔn)臺鉗可以遮蓋零件側(cè)面，五軸加工用短臺鉗可以增大側(cè)面外露部分，沿著零件的下邊緣夾持。完全從下方進(jìn)行夾持既能保證夾持穩(wěn)固，又能在一個周期內(nèi)對零件進(jìn)行完整或近似完整的加工。

而且，只夾持零件下面的方法幾乎可以隱藏工件夾持裝置——工件本身不會對裝置產(chǎn)生任何干擾。而整個系統(tǒng)應(yīng)具有利用夾在精密旋鈕上的工件接收裝置實(shí)現(xiàn)可重復(fù)和快速更換的工件夾持的功能，只需要利用零件已有的孔或增加固定旋鈕所需的孔即可實(shí)現(xiàn)這種零件的下邊緣夾持。

在五軸機(jī)床的選擇上，客戶一般可能會要求帶有雙軸耳軸或B式軸頭的立式機(jī)床，或者是棒式進(jìn)給B式軸車銑削。這任意一種都可成為客戶的理想型機(jī)床，但這家做醫(yī)療器械起家的外國企業(yè)所應(yīng)用的五軸技術(shù)就有些特別了。

工藝升級的成功案例

Jay Campbell公司主要從事醫(yī)療器械行業(yè)，通過應(yīng)用的五軸技術(shù)結(jié)合了燕尾榫零件夾緊的第五軸多零件加工模塊技術(shù)，使得自家公司滿足來了更大量需求，應(yīng)用3+2五軸加工大大減少了加工復(fù)雜零件所需要的設(shè)置數(shù)量。

最開始的時(shí)候公司使用三軸立式加工中心，為了支持更高強(qiáng)度的工作，添置了帶有雙400 mm托盤和標(biāo)準(zhǔn)多零件加工模塊的Makino a51NX HMC，可以固定多個零件，以此來提高生產(chǎn)量，盡可能減少加工復(fù)雜零件期間“接觸”工件的次數(shù)。

具有160個工位自動工具換刀器（ATC）和刀具以及零件探測能力的HMC，更快的速度和進(jìn)給方式實(shí)現(xiàn)（更高材料去除速度和更低循環(huán)次數(shù)），并且有能力在多零件加工模塊上同時(shí)固定多個零件，比VMC具有更大的初始投資。

此外，當(dāng)HMC在多零件加工模塊上加工零件時(shí)，一線操作人員可以將新工件固定在另一個設(shè)備上，因此將其預(yù)備好并準(zhǔn)備快速穿入，以最大化主軸正常運(yùn)行時(shí)間。

燕尾榫扣工件夾緊夾具的應(yīng)用

HMC可以采取更積極的切削，有可能將零件拉出標(biāo)準(zhǔn)虎鉗夾具，并且在加工期間固定。工件和夾具之間的燕尾榫扣連接則提供了更強(qiáng)大、更安全的接口，從而有助于防止這種情況的發(fā)生。

由此產(chǎn)生的生產(chǎn)線中HMC的加工工藝，適用于200個零件同樣尺寸的批量生產(chǎn)，也證明了比在多個VMC上運(yùn)行更有效。也就是說，機(jī)床主軸僅能夠接近被夾緊零件的三個側(cè)面，這意味著仍然需要額外的操作。雖然這種能力使得工廠更能夠在僅有的幾個設(shè)置中完成一個零件，但它并沒有達(dá)到想要的程度。

多零件加工模塊技術(shù)的引進(jìn)

隨著產(chǎn)量持續(xù)增加，該公司引進(jìn)了一種多零件加工模塊技術(shù)，其使用整體可編程旋轉(zhuǎn)分度器，在HMC第四軸工作臺頂部提供第五軸運(yùn)動，使得該公司從五軸加工的3+2定位方式上受益。

而通過將該項(xiàng)技術(shù)添加到HMC上，不僅可以將多個工件固定在單個多零件加工模塊上，而且還使機(jī)床主軸能夠接近于夾具中一個零件的五個側(cè)面。因此，將零件加工到更接近完成的狀態(tài)，進(jìn)一步最小化設(shè)置，因?yàn)镠MC主軸可以接近兩個附加零件面，以及可能具有低至0.001 in（1 in=2.54 cm）真實(shí)位置公差的部件廢料。

系統(tǒng)軟件方面Campbell選用的是HyperMill CAD/CAM軟件，可以對HMC進(jìn)行最佳編程。HyperMill具有有效模擬功能，在機(jī)床本身執(zhí)行干式運(yùn)行之前，可以識別各種離線工件夾具和工裝元件之間的潛在干擾問題。

兩種工藝的結(jié)合方案

真正達(dá)到工廠加工要求是第五軸多零件加工模塊技術(shù)與燕尾榫扣工件夾緊夾具的結(jié)合。

設(shè)計(jì)利用了空心T型多零件加工模塊中的內(nèi)部空隙，使得多個獨(dú)立驅(qū)動分度器的伺服電機(jī)被容納其中。因此分度器面板從兩個多零件加工模塊固定表面上只延伸出幾英寸，這意味著與具有表面安裝分度器相比，它在HMC工作區(qū)內(nèi)占用的空間更少。

▲ 第五軸多零件加工模塊的任一側(cè)都具有兩個分度器和一個平坦區(qū)域，以接受標(biāo)準(zhǔn)夾具

燕尾榫扣工件夾緊口在第五軸多零件加工模塊中為機(jī)床主軸提供了更容易接近零件五個側(cè)面的機(jī)會，因?yàn)榛旧蠜]有要避免的固定元件。該間隙加上道具定位垂直于機(jī)床Z軸，所以只需要最少的專用工具，就能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)的切削速度和進(jìn)給及增加刀具使用壽命。

▲ 零件產(chǎn)品展示

五軸多零件加工模塊設(shè)計(jì)的無線模式

德國KME數(shù)控機(jī)床已經(jīng)修改對五軸多零件加工模塊的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線模式，消除了任何潛在電纜連接問題。這種模式通過多零件加工模塊中的電源電池提供分度器電源，通過等級評定后，這些電源電池可提供多達(dá)8 h的加工時(shí)間，而且具有路由器和接收器連接平臺的IP基于地址系統(tǒng)，使得多零件加工模塊和數(shù)控機(jī)床之間進(jìn)行無線通信。

國外企業(yè)的升級改造案例比比皆是，但因?yàn)閲鴥?nèi)外的行業(yè)環(huán)境的大不相同，沒法照搬全抄，不過國內(nèi)企業(yè)可以借鑒學(xué)習(xí)的地方有很多，應(yīng)積極與國外企業(yè)進(jìn)行技術(shù)上交流。各個行業(yè)的同仁們也應(yīng)該更多的是討論專業(yè)技術(shù)和發(fā)展趨勢，而不是相互制造焦慮。

（來源機(jī)械社區(qū)）

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遠(yuǎn)祥

機(jī)床夾具還是很有發(fā)展空間的！