五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)問題的討論

黃勇剛

摘 要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)于復(fù)雜曲面的精密加工問題有了進(jìn)一步要求。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)是數(shù)控技術(shù)中應(yīng)用范圍最廣但又難度最大的技術(shù)，利用其技術(shù)可滿足特殊且復(fù)雜形狀材料的加工工藝要求，加工精度極高。本文探討五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)的應(yīng)用，并且討論分析在應(yīng)用過程中存在的有關(guān)問題，有助于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)；加工；復(fù)雜；高精度；電加工技術(shù)

前言

傳統(tǒng)加工技術(shù)對(duì)于復(fù)雜加工材料以及高要求材料的加工存在困難，為了解決這一問題，根據(jù)電解與機(jī)械相復(fù)合的加工原理，研究了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)在各個(gè)方面的應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)在應(yīng)用過程中得到了最大化發(fā)揮，使其成為了現(xiàn)代化電加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。近幾年來，伴隨著計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （CAD）在各個(gè)領(lǐng)域取得的突破性發(fā)展，許多數(shù)控電加工企業(yè)紛紛推出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)系統(tǒng)，沖破了國(guó)外的技術(shù)封鎖，在很大程度上促進(jìn)了國(guó)家技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。但是這一技術(shù)存在著很大的難度，需要對(duì)其進(jìn)行不斷的研究，學(xué)習(xí)國(guó)外對(duì)這一技術(shù)應(yīng)用的豐富經(jīng)驗(yàn)，使其能夠最大化地在企業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮作用，為機(jī)械制造業(yè)貢獻(xiàn)力量。

1 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)的應(yīng)用

1.1 電火花低速走絲線切割

在國(guó)內(nèi)的航空航天、模具以及軍事工業(yè)等領(lǐng)域，需要加工三維復(fù)雜直紋面精密零件，而且對(duì)其切割加工具有高精密、高效率及微細(xì)的特殊要求，這是傳統(tǒng)數(shù)控電加工技術(shù)的難題。由國(guó)外引進(jìn)的FA20PS Advance四軸聯(lián)動(dòng)精密數(shù)控低速走鏈線切割加工機(jī)床，并且伺服控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)B軸（定位精度±5），兩者相互結(jié)合進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花低速走絲線切割加工機(jī)床，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維復(fù)雜直紋面精密零件的精密切割加工工藝。這一設(shè)備的各個(gè)技術(shù)指標(biāo)都是非常具有優(yōu)勢(shì)的，其主要利用五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花低速走絲線切割加工機(jī)床，來進(jìn)行對(duì)螺旋槳注塑模型腔精密加工，在一定程度上，滿足了生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)，產(chǎn)品也得到了一致認(rèn)可，使得模具加工水平一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

1.2 數(shù)控電火花成形加工

針對(duì)復(fù)雜零部件的成形加工過程，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形加工機(jī)床在加工航空航天等領(lǐng)域的精密復(fù)雜零部件有著很大的優(yōu)勢(shì)，例如航空航天方面的渦輪機(jī)匣、帶冠整體渦輪盤等零部件的精密成形加工。對(duì)于特殊材料的加工，包括鋁合金、耐熱合金、低膨脹臺(tái)金及鈦合金等，都有著很好的加工效果。其中，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形加工機(jī)床的主要性能技術(shù)指標(biāo)有：尺寸精度在0.002mm左右；最大電極重量為50kg；最佳表面粗糙度Ra=0.2μm；最大工件尺寸為1100×700×250mm；X、Y、Z工作行程為550×350×450mm。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工系統(tǒng)是采用上下位機(jī)的體系結(jié)構(gòu)，如圖1。

1.3 電解-機(jī)械復(fù)合加工

利用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解-機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)，可有效解決復(fù)雜零件的加工成型要求。在這一過程中，切割、磨削、鏜銑削、拋光以及復(fù)合鉆削等方面，都能實(shí)現(xiàn)精密加工的良好效果。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解-機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在，首先，它可以有效加工高難度加工材料；其次，可以通過簡(jiǎn)單形狀的復(fù)合電極處理加工零件的復(fù)雜面；再次，相比于傳統(tǒng)的機(jī)械磨削而言，加工過程更高效率、更高精度；最后，在加工過程中，可以有效保證材料的低損耗。傳統(tǒng)的機(jī)械加工理念發(fā)生了很大的改變，有效消除了傳統(tǒng)的變形情況，降低了生產(chǎn)能耗，節(jié)約了材料資源。具體應(yīng)用在有水電站的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片，就是采用五軸聯(lián)動(dòng)CNC技術(shù)，是當(dāng)今發(fā)電設(shè)備制造業(yè)的核心技術(shù)之一。如圖2、3為三峽水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片，是目前世界上最大的混流式葉片。

1.4 刀具半徑及長(zhǎng)度補(bǔ)償

刀具補(bǔ)償數(shù)控系統(tǒng)重要的功能之一，包括有刀具半徑補(bǔ)償與長(zhǎng)度補(bǔ)償，就目前技術(shù)來說，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)系統(tǒng)基本都具有刀具補(bǔ)償功能。不過這在國(guó)外才能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)可以將三維空間向量快捷地轉(zhuǎn)換為實(shí)際機(jī)械軸角度的計(jì)算系統(tǒng)，能夠在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換間實(shí)現(xiàn)五軸刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償。

2 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)的有關(guān)問題

2.1 成本高，難以平民化應(yīng)用

由于其處理效果的高精確度以及高效率性，對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)的相關(guān)設(shè)備要求也比較高，價(jià)格也比較昂貴，這對(duì)于許多小企業(yè)來說是比較難承擔(dān)的。而且，很多關(guān)鍵零部件在國(guó)內(nèi)還不能制造，一方面是由于精度達(dá)不到要求，另一方面也是由于穩(wěn)定性不好，因此需要依靠國(guó)外進(jìn)口，這在一定程度上使得生產(chǎn)受到很大的限制，也提高了生產(chǎn)成本。

2.2 技術(shù)難度高，操作技術(shù)要求高

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工系統(tǒng)具有質(zhì)量好、加工精度高的特點(diǎn)，在技術(shù)操作方面有著很高的要求，特別是在加工軍事工業(yè)方面以及航空航天方面的材料時(shí)，更是需要高技術(shù)操作人員進(jìn)行作業(yè)，從而保證材料加工能夠精確達(dá)到要求。目前在國(guó)內(nèi)，對(duì)于這一技術(shù)的操作人才的培訓(xùn)也是比較少的，在學(xué)習(xí)技術(shù)的同時(shí)，還需要認(rèn)真學(xué)習(xí)國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)理念，才能保證五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)的順利進(jìn)行。

2.3 部分國(guó)外先進(jìn)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)

在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)中，有很多技術(shù)方面是國(guó)內(nèi)技術(shù)水平所不能達(dá)到的，比如國(guó)外已經(jīng)在設(shè)備中自帶了刀具半徑補(bǔ)償，但在國(guó)內(nèi)的技術(shù)上，只能是依靠技術(shù)上的結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)完整的刀具半徑補(bǔ)償，這在很大程度上說明了國(guó)內(nèi)水平還離國(guó)外水平有很大的距離。國(guó)外對(duì)于這一技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到大范圍的幅度，而在國(guó)內(nèi)，這一技術(shù)雖然在很多領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，但很多關(guān)鍵技術(shù)還處于研究階段，對(duì)于真正的應(yīng)用還有很大的距離，某些企業(yè)雖然已經(jīng)在試驗(yàn)階段，但對(duì)于這一技術(shù)的嫻熟操作還是欠缺人才，這無疑啟示我們?cè)谖磥磉€需要更加努力。

3 結(jié)束語

總而言之，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，比如航空航天、精密零件加工等等。這一新技術(shù)的出現(xiàn)，使得加工技術(shù)得到了高度發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)加工技術(shù)而言，其精密度更高，效率也更高。但是也存在著成本高、應(yīng)用范圍有限等問題，國(guó)外對(duì)于這一技術(shù)的發(fā)展有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，這也是我們學(xué)習(xí)的方向之一。因此，要對(duì)其進(jìn)行不斷完善，使其能夠在未來的發(fā)展過程中處于領(lǐng)先水平。

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