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五轴加工机床的难点
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五轴加工机床的难点

五轴加工的方法和机床,早在20世纪60年代,国外航空工业为了加工一些具有连续平滑而复杂的自由曲面大件时,就已开始采用了,但一直没能在更多的行业中获得广泛应用,只是近10年来才有了较快的发展。究其原因,主要是五轴加工存在着很多难点,譬如:

编程复杂、难度大。因为五轴加工不同于三轴,它除了三个直线运动外,还有两个旋转运动参与,其所形成的合成运动的空间轨迹非常复杂和抽象,一般难以想象和理解。如为了加工出所需的空间自由曲面,往往需通过多次坐标变换和复杂的空间几何运算,同时还要考虑各轴运动的协调性,避免干涉、冲撞,以及插补运动要适时适量等,以保证所要求的加工精度和表面质量,编程难度就更大了;

对数控及伺服控制系统要求高。由于五轴加工需要有五轴同时协调运动,这就要求数控系统首先必须具有至少五轴联动控制的功能;另外由于合成运动中有旋转运动的加入,这不仅增加了插补运算的工作量,而且由于旋转运动的微小误差有可能被放大从而大大影响加工的精度,因此要求数控系统要有较高的运算速度(即更短的单个程序段的处理时间)和精度。所有这些都意味着数控系统必须增加RISC芯片的处理器来进行处理(即采用多个高位数的CPU结构)。另外如前所说,五轴加工机床的机械配置有刀具旋转方式,工件旋转方式和两者的混合式,数控系统也必须能满足不同配置的要求。最後,为了能实现高速、高精的五轴加工,数控系统还要具有前瞻(Look Ahead)功能和较大的缓冲存储能力,以便在程序执行之前对运动数据进行提前运算、处理并进行多段缓冲存储,从而保证刀具高速运行时误差仍然较小。所有这些要求,无疑都将增加数控系统结构的复杂性和开发的难度;

五轴机床的机械结构设计和制造也比三轴机床更复杂和困难。因为机床要增加两个旋转轴坐标,就必须采用能倾斜和转动的工作台或能转动和摆动的主轴头部件。对增加的这两个部件,既要求其结构紧凑,又要具有足够大的力矩和运动的灵敏性及精度,这显然就比设计和制造普通三轴加工机床难多了;

作为上述三项因素综合影响的结果,五轴加工机床的价格比较昂贵。例如,早年一台五轴机床的价格约为一台相同规格的三轴机床的2~3倍,现在差距虽然缩小了,但还是比三轴机床高出50%左右,因而在某种程度上也影响了企业对五轴机床的投资。


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