五轴数控加工中心可以在一次装夹中完成工件的全部机械加工工序，满足从粗加工到精加工的全部加工要求，即适用于单件小批量生产也适用于大批量生产，减少了加工时间和生产费用，提高了数控设备的生产能力和经济性。
用户对金属加工机床的技术要求越来越高，市场对机床生产厂家的压力也越来越大。机床生产企业必须在尽可能短的时间内为用户提供高质量的机床，以经济性的价格占领市场。为机床用户提供高质量、经济性的加工设备是机床生产企业在当前和未来的发展目标，只有通过增加生产能力和提高产品质量才能达到这一目的。因此，要求数控钻-铣机床和数控加工中心必须能在一次装夹中完成从粗加工到精加工直到抛光加工的全部加工工序。
图1 具有NC回转工作台的五坐标数控加工中心允许利用标准铣刀加工结构复杂的工件
Berthold Hermle股份公司生产的机械加工设备满足了从粗加工到精加工的全部加工要求。在研制生产的数控机床中，集成了五轴加工的工艺和技术，通过模块化的加工设计，使金属加工机床成为HSC数控高速主轴机床理想的更新换代成品。早在10年前，Hermle公司就研制开发成功了C600、C800和C1200系列的数控加工中心。这些数控加工中心可以在一次装夹中完成工件的全部机械加工工序，即完成五轴模拟加工。
创新的机床 高动态的驱动
五坐标高性能加工中心C 30U和C 40U是专门为五轴加工中心动态模拟、完成工件铣削加工而研制开发的新产品，是新一代C系列加工机床的代表。它们不仅可以用于单一工件的小批量生产加工，也适合于进行大批量工件的加工。为了适合于完成5轴加工任务，该机床采用了龙门式结构，使机床在占地面积较小的情况下有着最大的加工面积。机床的3个主要坐标轴X、Y和Z坐标轴的原点都以加工夹具为基准，使得相对运动的距离保持最小，机床允许的快速进给速度和切削速度可以达到60m/min。机床高达10m/s2的加速度保证了它能够以最快的速度运动到达指定位置。三个上置式的主坐标轴采用的是平面-燕尾式的运动导轨，机床的驱动系统和排屑系统安装在垂直的侧壁上。机床生产厂家称：采用这种配置形式后，机床有着很好的排屑性能，使加工不易受到切屑和污物的影响。机床的铣削主轴可以按照用户的要求在10000r/min～40000r/min的转速范围内选择自己最适合的铣削主轴。铣削主轴的驱动功率可以在32kW、扭矩为200 Nm（20％的ED）至26 kW、扭矩为17 Nm（40％的ED）之间选择。最常采用的转速在10000～18000r/min的铣削主轴，它具有最佳的保护性能，可在出现碰撞危险的时候自动在碰撞点前8mm处停止。其轴向最大运动行程利用限位销和电器限位开关进行保护。当可能出现碰撞时，限位开关自动切断控制系统的电源，从而使整个机床停止运动。C 30U和C 40U加工中心都配备了高动态性能的扭矩电动机，数控回转工作台（图1）的直径为630mm（C 30U）和800mm（C 40U），数控回转工作台的倾斜范围在30°～-115°之间，为金属切削加工提供了非常大的自由空间。回转工作台允许承受的负荷高达1400kg，可以在工作台上装夹大型和重型工件。在加工工件时，数控回转工作台可以倾斜到-15°，可以在不旋转铣削头的情况下加工工件的各个面。
铣削夹具的更换采用的是渐进（Pick-Up）方式，机床内部的夹具库可以安装32把常用夹具，如果加工过程中夹具更换的比较频繁，使用的夹具数量比较多时，可以方便快捷的补充配备附加夹具库，增加机床夹具库的容量。为此，Hermle公司专门生产制造了三种补充夹具库。在对标准夹具库进行扩充之后，机床可以使用的夹具数量可增加到43把、87把和157把（图2）。
图2 辅助夹具库可将夹具容量增加到157把
辅助时间少
高动态的五轴铣削加工中心可以减少加工时间和生产费用。
减少了非生产加工时间。
模块式的设计方案即适用于单件小批生产也适用于大批量生产。
工件整体加工经济性的一个重要标志是非切削加工的辅助时间少，与机械加工同时进行的工序操作多，从而减少了总的加工时间。按照合理的顺序进行的机床操作的时间、定位运动的时间和自动化运动的时间等大多数都进行了有效地优化，归并起来同时进行。模块式的机床自动化配置方案使得操作者在单件生产、大批量生产时都能很好地控制机床，大大的提高了机床的利用率。机床的各个模块部件，例如多工件装夹夹具、夹具更换装置、大型回转夹具库和自动化装置都进一步进行了标准化设计和标准化的配置。对于C 30U和C 40U加工中心来讲，结构紧凑的自动化上、下料机构HS 30可以在数控程序的控制下完成重量在50 kg以下工件的自动装夹操作（图3）。该系列的机床并不仅仅是利用夹具更换装置和回转自动化上下料装置完成全自动上料的，如果被加工工件还需要直接进入其他后续加工工位，或者需要进行六工位的加工，则可以利用机器人完成一次装夹多工位加工的任务。Hermle公司研制生产的机器人RS6可以安装在C 30U数控加工中心的左侧，经过机床左侧的防护门，机器人的手臂可以直接进入机床的加工空间（图4）。这种设计的优点在于：为机床操作者留下了右侧防护门大小的活动空间。可以配套使用的机器人还有Kuka KR16型，重约16kg。
图3 自动上下料机构HS 30缩短了工件装夹的时间。C 30U和C 40U数控加工中心都可配备这种自动化上料机构
图4 利用RS 6机器人上料的Hermle五轴铣削加工中心 C 30 U，可完成铣削和磨削加工
原载MM《现代制造》杂志(end)
|
