• 關鍵詞： 海德漢 iTNC 530 五軸加工
• 摘要：本文詳細介紹了海德漢iTNC530五軸加工功能在數控龍門鏜銑床上的應用,針對五軸加工特點及擺角銑頭結構和應用進行了闡述。

1、概述

五軸加工是指在一臺機床上至少有五個坐標軸(例如三個直線坐標軸和兩個旋轉坐標軸),而且可在數控(CNC)系統的控制下同時協調運動進行加工。這樣的五軸聯動數控加工可以加工一般三軸數控機床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續、平滑的自由曲面。如航空發動機和汽輪機的葉片,艦艇用的螺旋推進器,以及許許多多具有特殊曲面和復雜型腔、孔位的殼體和模具等,如用普通三軸數控機床加工,由于其刀具相對于工件的位姿角在加工過程中不能變,加工某些復雜自由曲面時,就有可能產生干涉或欠加工(即加工不到)。而用五軸聯動的機床加工時,則由于刀具的位姿角在加工過程中隨時可調整,就可以避免刀具工件的干涉并能一次裝夾完成全部加工。我廠自主研發的XK2130型數控龍門鏜銑床(圖1)配備可供用戶選擇的附件庫,附件庫中各種銑頭可根據加工需要自動交換,其中的擺角銑頭(A、C軸)可與主機其它三個坐標軸(X、Y、Z)聯動參與插補,實現五軸加工功能。該機采用海德漢公司全數字化驅動技術的iTNC530數控系統,實現了高速加工,提高了加工精度、質量和效率。

2．機床電氣控制系統組成

該機床有4個直線坐標,X坐標驅動工作臺,其行程達9m；Y坐標驅動滑座,行程4．75m；Z坐標驅動滑枕,行程0．9m；W坐標驅動橫梁,行程2．3m；X/Y/Z三個坐標采用帶距離碼的HEIDENHAIN直線光柵尺(1Vpp正弦波)全閉環反饋方式,系統上可短程回參考點；W軸采用兩個電機雙驅同步控制,采用HEIDENHAIN絕對值編碼器反饋方式,接通電源就能立即建立絕對參考坐標系,避免了每次系統上電需重回參考點的麻煩；擺角銑頭中A軸和C軸采用了西門子1FT6伺服電機,A軸在±95o之間擺動,A軸采用HEIDENHAIN絕對值編碼器反饋方式,C軸在±200o之間轉動；附件庫運送銑頭的小車(u軸)采用PLC定位軸控制方式,配合控制程序實現自動更換附件庫中的各種銑頭。機床主軸驅動采用海德漢QAN系列伺服主軸電機,各項進給選用海德漢QSY系列伺服電機。針對該機床的結構特點,電氣控制系統配置了iTNC530數控系統、海德漢UM系列數字變頻器驅動控制系統。

圖1 XK2130型數控龍門鏜銑床

?3．實現五軸聯動加工

3．1結構特點

在大型數控龍門鏜銑床中采用擺角銑頭(圖2)是實現五軸加工的重要方式。在本機床中擺角銑頭安裝在滑枕端面上。擺角銑頭主要由聯接盤、聯接軸、支承體、銑頭體等部件組成。聯接盤與方滑枕聯接在一起,聯接軸通過花鍵與主機主軸聯接并傳遞動力；支承體通過電機驅動可實現±200°旋轉(C軸)；C軸位置檢測依靠電機內置編碼器,由接近開關檢測C軸原點。銑頭體通過電機驅動可實現±95°旋轉(A軸)。A軸位置檢測元件為HEIDENHAIN絕對值角度編碼器。因此擺角銑頭是具有兩個數控旋轉軸(A、C軸)、可與主機配合實現五軸聯動的多功能附件.

圖2 擺角銑頭簡圖

?3．2系統要求

CNC控制系統是實現五軸加工的重要組成部分,它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質量。海德漢iTNC530數控系統是適合銑床、加工中心或需要優化刀具軌跡控制之加工過程的通用性控制系統,五軸加工功能豐富易用,它具有強大的坐標系旋轉、平面定義功能；刀具中心點管理功能(TCPM)；支持多種五軸加工格式(刀具矢量或旋轉軸角度)；多種安全功能(實時碰撞監控DCM、斷電安全退刀)；手輪干預程序運行(五軸加工時通過手輪干預空間軸)；圓柱面加工功能；五軸加工刀具軸精確控制功能。針對五軸加工的復雜曲面,如果要實現高速、高精和高表面質量加工,必須具備好的硬件基礎、良好的伺服性能及高速控制能力。在硬件上,iTNC530采用了全數字化驅動技術。其位置控制器、速度控制器和電流控制器全部實現數字控制。數字電機控制技術能獲得非常高的進給速率。海德漢iTNC530是最優秀的3-D輪廓加工數控系統,3-D程序段處理時間只有0。5ms,通過優化路徑控制、提前計算輪廓和控制加加速(Jerk)算法,減少輪廓偏差,在保證表面質量情況下以最大進給率加工,在最短的時間內加工出完美的復雜輪廓曲面。

3．3五軸加工程序

?用五軸加工復雜的3-D輪廓,加工程序通常用機床外的CAD/CAM系統生成,然后再通過iTNC530自帶的以太網接口傳到數控系統中,同時iTNC530系統提供了點過濾工具,可以對CAD/CAM系統生成的NC程序進行平滑優化處理,使輪廓更平滑、運行程序速度更快和加加速更平滑。下面是本機床加工如圖3所示工件的部分程序:

圖3 加工中的擺角銑頭

?4．結論

提高加工質量和工效,充分滿足產品生產的要求是制造技術發展永恒的主題。我廠研發的XK2130型數控龍門鏜銑五軸加工機床既滿足了加工某些具有特殊要求的復雜形面的大型工件,同時也提高了對這些形面的加工精度、質量和工效。擺動銑頭的應用,為發展加工大型復雜空間曲面的五軸龍門式高速精密鏜銑床提供了技術支持。

來源： 國際金屬加工網