五轴联动铣削并联运动机床

主轴仅仅依靠细小的吊篮式支腿与机架联接的这种机床能用来加工钢件吗？整个机架只是具有焊接精度的机床能适用于工具和模具制造吗？结论是肯定的,这种机床是可以胜任的。这类机床进行的切削加工可用下面的文章来说明。

当第一次看到并联运动机构时差不多肯定会产生上面所提出的问题。感兴趣的人肯定还想知道,如此细线状的结构在实际生产中真的能足够牢固吗？而首先应该解释,并联运动机构究竟是个什么样的机构。在并联运动机床上所运动的部件(例如主轴)是利用一定数量的支承杆和万向铰链与机架进行联接。典型的六条腿机床有着六个提升油缸型式的支承杆,其长度是可变的。当选择合适类型的万向铰链,并利用支承杆把机架上的铰链和所要移动的部件上面的铰链联接起来,就能借助于支承杆长度的变化来操纵移动部件的六个自由度。任何一个支承杆的长度可以单独进行操纵,而不会出现卡住现象。

对于采用五个支承杆的机床,例如由驻地在Chemnitz市的Metrom公司开发的并联运动机床,可以操纵五个自由度。在适当配置万向铰链的情况下,使不再操纵的自由度同绕着主轴轴线的回转自由度重叠。在这种情况下,意味着减少到五个支承杆,然而不会限制用来实现五轴运动所必要的自由度。但是,采用五个支承杆可以获得比常规六条腿并联运动机床更大的摆动运动(是指主轴部件 译注)。偏转角可以大于90度。如果工件固定在回转工作台上,工件在一次装夹下可以进行五面加工。

尽管机床采用五个支承杆,而通过合适的铰链连接,仍能使主轴质量的所有加速度只是在支承杆上产生轴向力。对于Metrom公司的并联运动机床,作为滚珠丝杠的支承杆在轴向具有很高的刚性。

以较大的材料切除量加工钢件

Chemnitz的机床专家们在P1000型的机床上采用了直径为63mm的滚珠丝杠传动装置。支承杆的配置是最佳的,由此使得主轴在较大的工作范围内,无论在立式位置还是在水平位置,与机架的联系都具有较高的刚性。Metrom公司按照同样的原则设计机架。机架的支承杆主要是承受拉力负荷和压力负荷。由此来满足重要的条件,例如以便能够调整较高的加加速度极限值(500m/s3)。回转直接驱动装置通过较高的调节放大能使加速度大于10m/s2。由于所移动的质量较轻,所以能量消耗和输出功率是很低的。

此外,这种机床的主轴可具有88Nm和130Nm(S1/S6)的转矩(S1表示该电主轴在100%运转时间的负载,S6表示在40%运转时间的负载。S6>S1,这是由于接通时间短,所以允许电主轴短时超载 译注)和27kW的功率。机床的性能并不限于这些极限值,因此,采用P1000型并联运动机床可以以较大的材料切除量加工钢件和其它硬材料。同时所谓的加速度和加加速度以及调节放大,允许实现高动态五轴联动轨迹运动。所以利用同一台机床也可以用来高效地加工轻型材料的工件。

并联运动机构刚性如何？

Chemnitz市的Metrom公司的并联运动机构,多年来已应用于直接铣削由型砂粘结成的铸造模。这种材料在加工时允许采用较高的切削速度,所以并联运动机构正适合于这类的加工。

根据多年的使用情况,有关磨损能有哪些看法？在进行砂型铣削时,尖棱的微粒以较高的速度被抛掷到整个加工区。使用结果表明,即使砂粒飞扬,设备也没有受到损坏,Metrom公司这样认为。因为在任何主轴位置,砂粒流的方向是垂直于主轴的轴线的。支承杆本身可以以简单的方式采用波纹套管来防护砂粒,对于并联运动机床,这种结构的机床不存在需要进行防护的导轨。滚珠丝杠传动装置两端由万向铰链进行支承,按此方式,出于结构原理上的原因,在横向不会出现造成滚珠丝杠传动装置严重磨损的弯曲负载。

防止碰撞

为防止发生碰撞,主轴是不允许进入工作区的某些位置的。这种碰撞的发生可能是万向铰链的折角太大,出现主轴同机架部件相撞,或出现支承杆相互发生碰撞。对这种情况,Metrom公司采用控制系统来处理,通过控制系统就可以及时识别任何的碰撞危险。但是,控制系统不能防止主轴和工件间的碰撞。即使是出现了部件的损坏,在这里仍然能够显示出这种机床结构的优越性。因为模块化的机床结构使得修理费用相对减少。并且在更换掉受损的部件和重新进行校正之后,不会影响到精度,哪怕是整个机架由于发生碰撞而变形。

加工工件比机床还大？

Metrom公司的并联运动机床的机械结构是由五个包括万向铰链在内的支承杆、一个主轴部件和一个刚性的机架所构成。机架可以以较大的公差来制造,而不会影响到机床的精度。

在把支承杆装入到可以很容易进行校正的机架中之后,便开始校准作业程序。通过这个程序确定运动参数,并把这些参数输入到NC控制系统中。利用这些信息控制系统把在普通坐标系中预先定的每一个主轴位置换算成所有进给驱动装置的位置。通过这种机床结构模式,为对大型工件进行补充加工开辟了一个崭新的途径。一种受到赞同的想法是可移动的模块化铣削中心。对于这样的机床,工件是不进行传送的。在工件所要加工的范围内简单地构建一个机架,把支承杆连同万向铰链挂装在机架上。在很大程度上是自动化校准的作业程序结束之后,就可以开始进行加工。之后机床部件就可方便地被拆除,今后可以重新进行使用。这种机床有利于有成效并以较低的费用加工大型零件。

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