国外机床厂商应用五轴的全方面工艺升级

jiajoin

在当今的金属加工行业中，五轴加工已经成为了最重要的技术之一，这并非因为其为新兴技术，而是因为它已经成为了主流选择。曾经的复杂轮廓铣削设备如今成为了很多工厂非常具有价值的自动化工具，其不仅能加工样式复杂的产品，还能在一个周期内对产品进行多种角度的加工，减少所需的加工步骤。然而，在常规生产活动中越来越多的使用五轴加工意味着更加需要对其他工艺部件的加工进行工艺升级。

工件夹持装置和系统的关系

针对不同零件，正确选择工件夹持装置，可能是充分发挥五轴加工自动化生产能力的关键。

对于五轴加工而言，工件夹持面临的问题是要充分接触零件。即便是为五轴加工项目定制的固定装置也存在问题，装置可能会影响刀具或主轴壳，因为整个零件和固定装置在工作区域内旋转。但标准台钳可以遮盖零件侧面，五轴加工用短台钳可以增大侧面外露部分，沿着零件的下边缘夹持。完全从下方进行夹持既能保证夹持稳固，又能在一个周期内对零件进行完整或近似完整的加工。

而且，只夹持零件下面的方法几乎可以隐藏工件夹持装置——工件本身不会对装置产生任何干扰。而整个系统应具有利用夹在精密旋钮上的工件接收装置实现可重复和快速更换的工件夹持的功能，只需要利用零件已有的孔或增加固定旋钮所需的孔即可实现这种零件的下边缘夹持。

在五轴机床的选择上，客户一般可能会要求带有双轴耳轴或B式轴头的立式机床，或者是棒式进给B式轴车铣削。这任意一种都可成为客户的理想型机床，但这家做医疗器械起家的外国企业所应用的五轴技术就有些特别了。

工艺升级的成功案例

Jay Campbell公司主要从事医疗器械行业，通过应用的五轴技术结合了燕尾榫零件夹紧的第五轴多零件加工模块技术，使得自家公司满足来了更大量需求，应用3+2五轴加工大大减少了加工复杂零件所需要的设置数量。

最开始的时候公司使用三轴立式加工中心，为了支持更高强度的工作，添置了带有双400 mm托盘和标准多零件加工模块的Makino a51NX HMC，可以固定多个零件，以此来提高生产量，尽可能减少加工复杂零件期间“接触”工件的次数。

具有160个工位自动工具换刀器（ATC）和刀具以及零件探测能力的HMC，更快的速度和进给方式实现（更高材料去除速度和更低循环次数），并且有能力在多零件加工模块上同时固定多个零件，比VMC具有更大的初始投资。

此外，当HMC在多零件加工模块上加工零件时，一线操作人员可以将新工件固定在另一个设备上，因此将其预备好并准备快速穿入，以最大化主轴正常运行时间。

燕尾榫扣工件夹紧夹具的应用

HMC可以采取更积极的切削，有可能将零件拉出标准虎钳夹具，并且在加工期间固定。工件和夹具之间的燕尾榫扣连接则提供了更强大、更安全的接口，从而有助于防止这种情况的发生。

由此产生的生产线中HMC的加工工艺，适用于200个零件同样尺寸的批量生产，也证明了比在多个VMC上运行更有效。也就是说，机床主轴仅能够接近被夹紧零件的三个侧面，这意味着仍然需要额外的操作。虽然这种能力使得工厂更能够在仅有的几个设置中完成一个零件，但它并没有达到想要的程度。

多零件加工模块技术的引进

随着产量持续增加，该公司引进了一种多零件加工模块技术，其使用整体可编程旋转分度器，在HMC第四轴工作台顶部提供第五轴运动，使得该公司从五轴加工的3+2定位方式上受益。

而通过将该项技术添加到HMC上，不仅可以将多个工件固定在单个多零件加工模块上，而且还使机床主轴能够接近于夹具中一个零件的五个侧面。因此，将零件加工到更接近完成的状态，进一步最小化设置，因为HMC主轴可以接近两个附加零件面，以及可能具有低至0.001 in（1 in=2.54 cm）真实位置公差的部件废料。

系统软件方面Campbell选用的是hyperMILL CAD/CAM软件，可以对HMC进行最佳编程。HyperMill具有有效模拟功能，在机床本身执行干式运行之前，可以识别各种离线工件夹具和工装元件之间的潜在干扰问题。

两种工艺的结合方案

真正达到工厂加工要求是第五轴多零件加工模块技术与燕尾榫扣工件夹紧夹具的结合。

设计利用了空心T型多零件加工模块中的内部空隙，使得多个独立驱动分度器的伺服电机被容纳其中。因此分度器面板从两个多零件加工模块固定表面上只延伸出几英寸，这意味着与具有表面安装分度器相比，它在HMC工作区内占用的空间更少。

▲ 第五轴多零件加工模块的任一侧都具有两个分度器和一个平坦区域，以接受标准夹具

燕尾榫扣工件夹紧口在第五轴多零件加工模块中为机床主轴提供了更容易接近零件五个侧面的机会，因为基本上没有要避免的固定元件。该间隙加上道具定位垂直于机床Z轴，所以只需要最少的专用工具，就能够实现改进的切削速度和进给及增加刀具使用寿命。

▲ 零件产品展示

五轴多零件加工模块设计的无线模式

德国KME数控机床已经修改对五轴多零件加工模块的设计，转变为无线模式，消除了任何潜在电缆连接问题。这种模式通过多零件加工模块中的电源电池提供分度器电源，通过等级评定后，这些电源电池可提供多达8 h的加工时间，而且具有路由器和接收器连接平台的IP基于地址系统，使得多零件加工模块和数控机床之间进行无线通信。

国外企业的升级改造案例比比皆是，但因为国内外的行业环境的大不相同，没法照搬全抄，不过国内企业可以借鉴学习的地方有很多，应积极与国外企业进行技术上交流。各个行业的同仁们也应该更多的是讨论专业技术和发展趋势，而不是相互制造焦虑。

（来源夹具侠）

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