五軸聯動葉（yè）片加工中心發展現狀及其（qí）結構特點（diǎn）-加工中心網-數控（kòng）機床市場網

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五軸（zhóu）聯動（dòng）葉片加工中心發展現狀及其結構特點

2017-12-19 來源：韶關（guān）市技師學（xué）院作者：趙（zhào）偉宜　曾燕玲

摘　要（yào）：五軸聯動葉片加工中心（xīn）是（shì）加工汽輪機、航空航天發動機等專用的葉片的機床，在機械製造業具有不可替（tì）代的（de）核心地位（wèi）。現今葉片的形狀和結（jié）構更加複雜，為保證葉片的精度和質量，在葉片加工過程中（zhōng）必（bì）須達到高標準、高精度，葉片的加工設備和加（jiā）工方法也（yě）不容忽視。因此，隻有（yǒu）研究分析葉片（piàn）加工中心的基本結構（gòu）和特點，才能為加工高質量的葉片提（tí）供有（yǒu）效的參考依據（jù）。

關鍵詞：五軸聯動葉片（piàn）加（jiā）工中心發展現狀結構特點（diǎn）

引言

現如今加工製造業在國家的地位不言而喻，五軸聯動就是其中（zhōng）至關重要的一部（bù）分，在加工中心的發展中五軸（zhóu）聯動有著劃時代的意（yì）義。加工中心（xīn）可以分為兩類，一類是臥式加工中（zhōng）心（xīn），這類加工中心比較局限，即使（shǐ）是和（hé）回轉工作台共同工作的情況下，也隻能加工工件的（de）四周輪廓，無法加工工件其（qí）他部位；另一類是立式加工中心（xīn），這種加工中心也並不完美，隻有在加工工件頂麵時才有效率。而五軸聯動簡易高效，在加工工件時隻需裝夾（jiá）一次，就能對工件（jiàn）的五個麵全部加工，其效率和精度水平在加工中心非常之高，是加工中心發展的裏程碑。

1　、概述（shù）五軸聯動葉片加工中心

葉片式（shì）汽輪機、燃氣輪機、航天發動機等的核心部件，是輪船和飛機十（shí）分關鍵的部位，葉片的形狀非常複雜，葉（yè）根圓角結構是由數個圓弧共同組成，在空間（jiān）中呈（chéng）曲麵形狀，一些（xiē）特殊的葉片葉身中（zhōng）部還會（huì）有陰尼（ní）台的設（shè）計。在我國的葉片設計發展（zhǎn）史（shǐ）上，不同（tóng）時代葉片的加工設備和方法也在逐漸更新變革。早（zǎo）期國內采用的是三軸機床加工葉片，由於設備比較（jiào）簡陋，技術（shù）也不太成熟，大（dà）多數是加工製造一些形狀比較簡單的葉片（piàn），而且工序比較複雜，效率也不高（gāo）。通常是加工葉片（piàn）的其中一個麵，之後翻麵加工另一個麵，依次加工葉片的各個麵。三軸（zhóu）機床加工葉片的方法應用較早，在長時間的加工中也得到了（le）豐富的經驗，技術相對成熟（shú），因此目前國內仍有采用這種方法加工葉片的（de）。經多次改革更新，四軸機（jī）床開始應用，建立在三軸機床的基礎上，四軸機床延續了三軸機床的優點，也在相對低效率的手動翻麵（miàn）上有了改進，其配置（zhì）的 A 軸不用多次的手動翻麵，生產效率也隨之提高。最（zuì）終有了五軸聯動葉片加工中心的出現，加（jiā）工效（xiào）率也突飛猛進，這也正順應了葉片加（jiā）工的發（fā）展潮流，是葉片加工中心（xīn）的必然發展趨勢。現今社會是發展科（kē）技（jì）和加（jiā）工業的時（shí）代，國（guó）內國外（wài）都需（xū）要大量的葉片發展本國的機械（xiè）製造業，葉片的形狀逐漸（jiàn）複雜化，對葉片加工的設（shè）備要求也越來越高。目前我國的五軸聯動葉片加工應（yīng）用的時間較短，加工經驗不夠豐富，技術也不成熟，而以往的三軸（zhóu）聯（lián）動和四軸聯動已不再適（shì）用如今複雜的葉片加工，因此，本文在現有的五軸聯動加工設備和技術上，設計一（yī）種能加工複雜（zá）葉片的五軸聯動加工中心。

2、　五軸（zhóu）聯動葉片加工中心的發展現狀

五軸聯動（dòng）葉片加工中心並非加工所有機床零（líng）件，而是會選（xuǎn）擇性地加（jiā）工航空航天發動機和汽輪機等葉（yè）片，此外也會加工一些形狀窄長的空間結構複雜的曲麵零件機床。這些機床通常都由 X、Y、Z、A 和 B 軸組成，X、Y、Z 軸是三條直線軸，空間結構和立式加工（gōng）中心的布置比較（jiào）相似，不同的是 X 軸較長，Y、Z 軸較短，如果 X 軸較長的話就可以直接用於加工長葉片，B 軸（zhóu）是刀具擺動軸，A 軸是葉片回旋軸。目前我國的各種葉片加（jiā）工中心的生產廠基本（běn）被國外的五軸聯動葉片加工中心廠家壟斷，因為國內（nèi）的五軸聯動（dòng）葉片加工（gōng）中心還處於初級階段，起步較晚，技術也不太成（chéng）熟，而國外知名的生產五軸聯動葉片加工中心的廠家占據著我國機床加工市場。

3　、五軸聯動葉片加工中心機床（chuáng）的結構（gòu）特點（diǎn）

3.1　B 軸的回轉（zhuǎn）中心與刀具主軸的回轉中心成 45°

五軸聯動葉片加工中心對機床的規格（gé）非常嚴格，要求 B軸的回轉中心（xīn）與刀具主軸成（chéng） 45°，刀具主軸的刀尖還必須（xū）在軸的回轉中心上，機床（chuáng）的結構特（tè）點顯著明確，如圖 1 所

示為五（wǔ）軸聯動葉片的加工。直線軸 Y 通過刀具移動實現，直線軸 X 和 Z 則通過工件移動實現。這種結（jié）構不但（dàn）可消除 X、Z 軸的插補運動，有效提高工件（jiàn）的（de）表麵加工質量，還能（néng）阻止切削力產生的扭矩傳輸到 B 軸。

圖 1　五軸聯動葉片加工

3.2　B 軸的回轉中心與刀具主（zhǔ）軸的回轉中心成 90°

五軸聯動葉（yè）片加工中心要求 B 軸的回（huí）轉中心與（yǔ）刀具主軸的回轉中心成 90°，可通過兩個方法實現（xiàn），一是使 B 軸回（huí）轉中心與刀尖部位基本重合（hé），盡可能偏離刀具主軸（zhóu）中心，二是 B 軸回（huí）轉中心刀具主軸重合，然而這（zhè）兩種方法都（dōu）有各自（zì）的優點和局限性。方法一的優點比較明顯，刀尖（jiān）的位置離軸回轉中心非（fēi）常近或基本在軸回轉中心上，這使 B 軸在（zài）擺動時不會影響（xiǎng）刀尖位置的改變，需要插補的量（liàng）也很小。

如果 B 軸擺動的角度出現誤差，這種幾乎可以（yǐ）忽略的誤差也不會對刀尖的位置產生比較大的影（yǐng）響，X、Y 軸頻繁的插補運動會大大降低，提高了加工的精度（dù），對軸的要求也有所降低。不足的是 B 軸在擺動（dòng）時會產（chǎn）生偏心力矩，如果要在設計時平衡掉偏心力矩，這也（yě）加（jiā）大了機（jī）械設計的困難度。方法二中刀具主軸的（de）重心基本都在擺動中（zhōng）心上，在擺動時比較平衡，誤差較小，有利於機械設計的簡單化（huà），然而實際（jì）中 B 軸的擺動往往伴隨著 X、Z 軸的插補，擺動角度的誤差帶動著 X、Z 軸的插（chā）補誤差，在在擺（bǎi）動角度誤差較大時刀尖位置的（de）誤差也就不（bú）容忽視。要想機（jī）床加工比（bǐ）較（jiào）準確，對 B軸的擺動（dòng）要求就要非（fēi）常準確，不能有（yǒu）偏離的誤差現象，這也給設計製造帶來了困難。

3.3　多主軸葉片（piàn）加工（gōng）中心

在占地麵積有（yǒu）限的情況下可以選用多主軸（zhóu）葉片加工（gōng）中心，即（jí）加工時同時加（jiā）工多個葉片，可大（dà）大提高了（le）加工效率，也能節約加工成本（běn）。對規格較小的葉片（piàn）加工中心，可以采（cǎi）用雙刀具主軸結構（gòu），最（zuì）大的加工長度不會超過 262mm，刀具主軸轉速可以達到 30000r/min；有一次能同時加工兩個葉片的五軸（zhóu）聯動葉片加工中心 g-mill550twin，主軸帶有兩個刀具和 A 軸；還有能一次同時加工四個葉片的五軸聯動葉片加工中心，NX 係列帶有多個（gè）主軸，其生產效率非常（cháng）高。

3.4　其他結構

HSTM 係列五軸聯動葉片加工中心的 Y、Z 軸運動通過刀具實現，B 軸為“T”型結構，X 軸運動通過工件實現，采用 45°斜床身，具體結（jié）構如圖 2 所示。

圖 2　1V5X1800

3.5　並聯葉片加工中（zhōng）心

軸聯動葉片加工中心在葉片質（zhì）量較（jiào）輕時可依據刀具軸的運動方向和工件劃分。有（yǒu）的機床是刀具主軸實現 Y 軸運動，工件實現 X、Z 軸運動；有的機床 X、Y、Z 軸（zhóu）運動是靠刀具主軸通過立（lì）柱和滑板等實現；還有的是工件實現 Y軸運動，而刀具主軸實現 X、Z 軸運動。

4　、五軸聯動葉片加工中心的（de）應用

加工葉（yè）片的葉身型麵（miàn）時（shí）加工中的重中之重，葉（yè）身型麵在一定程度（dù）內可（kě）以彎曲，雖然不規則，卻有一定的規（guī）律可循（xún），在五軸聯動葉片加工中心葉身型麵的加工有（yǒu）一定的優勢。

螺旋加工方（fāng）法使在刀具順著 3 個坐標（biāo）方向連續進給時（shí），加工的軌跡是一（yī）條環（huán）著葉身的螺旋線，通常用這（zhè）種方法加（jiā）工（gōng）葉片（piàn）。由（yóu）於五（wǔ）軸聯動葉（yè）片加工中心的刀具主（zhǔ）軸的角度可以在一定範圍內轉動，而且主軸有高速回轉的功能，在（zài）加工時型麵的圓角刀可以完全垂直於曲麵，這時再用（yòng）適當的前傾角方式走刀，最（zuì）終加工出的型麵不會有切合死角的存在，而其他的設備無法完全達到這種加工效（xiào）果。雖然加工效（xiào）果比較完（wán）美，但對編程算法的要求也相當高（gāo），若是編程（chéng）算法的程度不夠，就無法達到（dào）預期效果，若有專業的 CAM 軟件編程算法，可（kě）這一解決問題。本文所述的機床可以（yǐ）配備葉片（piàn）編（biān）程專業軟件 Hypermill，此款軟件使用各（gè）種層次的葉片用戶，能有效縮（suō）短編程時間（jiān），還（hái）能提供優質的參考模板。

5、　結語

現代社會經濟水平和科（kē）學技術發展迅速，在製造（zào）業領域機床（chuáng）水平的高低能直接反映一個國家的工業發展水平，五軸聯動機（jī）床係統更是機械製造業的高新技術發展標誌。機械製造（zào）業在現代社會中有著舉足輕重的地位，汽輪機和航空航天發動機的需求也在逐漸擴大，五軸聯動葉片加工中心的地（dì）位（wèi）也越（yuè）加重要。要實現葉（yè）片行（háng）業對葉片（piàn）的大量需求，就要大力發展國內的五軸聯動葉片加工中心（xīn），設計並製造出優（yōu）良品質的五軸聯（lián）動葉片銑削設備，在（zài）降（jiàng）低成本的同（tóng）時能高效率生產加工出高質量的葉片，為我國的機械製（zhì）造業創造出更加廣闊的未來。

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