五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械加工中心加工梭板零件
機(jī)械加工中心已成為現(xiàn)代制造業(yè)的“主力軍”，它以其加工精度高、效率高、精度穩(wěn)定等特點(diǎn)，在工廠、研究所及學(xué)校等部門(mén)得到了越來(lái)越廣泛的普及，而五軸聯(lián)動(dòng)加工中心可以滿足形狀更復(fù)雜、工序更多的產(chǎn)品的加工。五軸聯(lián)動(dòng)即為加工中心三根主運(yùn)動(dòng)軸（X、Y、Z）和兩根旋轉(zhuǎn)軸（一般為A、C或B、C）一起運(yùn)動(dòng)的一種加工形式，通常用來(lái)加工葉輪、機(jī)翼、模具等帶有復(fù)雜曲面的零件。因其裝夾一次便可加工出零件絕大部分甚至全部工序，所以避免了三軸、四軸加工中心在多次裝夾中產(chǎn)生的定位誤差，因此加工出來(lái)的零件精度更高，所用輔助時(shí)間更少。
一、三維軟件在加工中的應(yīng)用
五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)械加工中心僅憑人腦已經(jīng)難以想象它動(dòng)作時(shí)的實(shí)際情況了，而且不可能通過(guò)手工編程實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面零件的聯(lián)動(dòng)編程，即使機(jī)床能通過(guò)手編程序聯(lián)動(dòng)起來(lái)，加工出來(lái)的零件尺寸也不可能十分精確。因此必須借助于CAD/CAM軟件，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)以及在加工時(shí)讓刀具找到準(zhǔn)確的點(diǎn)位。目前，有UG、CATIA、Cimatron、Powermill等三維軟件在三維建模及加工中有巨大優(yōu)勢(shì)。
筆者習(xí)慣用Cimatron軟件進(jìn)行建模及加工，它是一個(gè)將CAD、CAM集成一體的軟件，將模型轉(zhuǎn)到加工環(huán)境中不會(huì)有數(shù)據(jù)的丟失，可以滿足加工時(shí)所需的各項(xiàng)功能，具有2.5軸到5軸的加工能力，可滿足高速銑削的所有加工策略。Cimatron軟件具有人性化、智能化的特點(diǎn)，可以提高編程效率而且非常安全，能提供數(shù)控仿真環(huán)境，并可做干涉、碰撞及過(guò)切檢查。
二、機(jī)械加工中心加工零件的一般過(guò)程
機(jī)械加工中心加工零件時(shí)，首先應(yīng)編制零件的加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、起停、進(jìn)給的方向、速度和位移量，以及其它如刀具選擇更換、工件的夾緊松開(kāi)、冷卻潤(rùn)滑的開(kāi)關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行動(dòng)作，從而加工出符合要求的零件。
三、難點(diǎn)問(wèn)題舉例及解決辦法
梭板零件為我廠圓織機(jī)上的重要配件，圓織機(jī)主要用來(lái)生產(chǎn)編織袋，而梭板起著穿線、引線的作用。傳統(tǒng)工藝中，梭板的生產(chǎn)工序如下：
1）鑄造出整體外形；
2）打磨機(jī)打磨外形，使之較光整，并留出余量；
3）銑床上以中心對(duì)稱銑兩側(cè)面、銑圓弧面（上下表面）上澆冒口；
4）鉗工去毛刺，銳邊倒鈍；
5）銑床上裝夾兩次加工出的四凸臺(tái)復(fù)合斜面；
6）精銑梭頭；
7）鉗工鉆板上各直孔及深斜孔；
8）四個(gè)凸臺(tái)清根、去毛刺；
9）檢驗(yàn)。
引進(jìn)五軸加工中心后，對(duì)梭體加工工藝進(jìn)行了改進(jìn)，新工序如下：
1）鑄造出整體外形，上表面留出1mm余量；
2）銑床上以中心對(duì)稱銑兩側(cè)面、銑圓弧面（上下表面）上澆冒口；
3）五軸聯(lián)動(dòng)加工中心通過(guò)一次裝夾，加工出復(fù)合斜面并鉆斜深孔及攻螺紋，精銑上表面余量；
4）四個(gè)凸臺(tái)清根、去毛刺；
5）檢驗(yàn)。
與老工序相比，新工序具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）新工藝中鑄造出整體外形，上表面留有1mm余量，余量通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)加工中心去除，這樣既可減少老工序二中鉗工打磨的工作量，而且上表面的精確度和光潔度也會(huì)提高。
（2）一次裝夾便可精銑上表面及四個(gè)復(fù)合斜面余量，還可完成鉆斜孔、直孔及攻螺紋，減少了二次裝夾的輔助時(shí)間，避免了二次裝夾產(chǎn)生的定位誤差。
（3）新工序集中，加工效率和精度都大大提高，且尺寸穩(wěn)定。
新工序三中，五軸聯(lián)動(dòng)加工中心實(shí)際加工時(shí)會(huì)遇到以下難點(diǎn)：
（1）不易裝夾定位。梭板的長(zhǎng)×寬×高=472×126×111mm，本身尺寸較大，且梭身成圓弧形，只有5mm厚，材料為整體鑄鋁，夾緊力和切削力稍大一些就容易變形。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了專用夾具，夾具做成圓弧形，半徑與梭板半徑相同，使之形成包容面與被包容面的關(guān)系。夾具兩側(cè)各有兩個(gè)墊塊，四個(gè)墊塊通過(guò)螺釘將梭板兩側(cè)面（工序二中兩側(cè)面已精銑）固定。此時(shí)梭板的裝夾定位完成。
（2）加工時(shí)易產(chǎn)生干涉、碰撞。切除上表面及凸臺(tái)復(fù)合斜面余量時(shí)，需用軟件編程實(shí)現(xiàn)機(jī)床的五軸聯(lián)動(dòng)。此時(shí)應(yīng)考慮干涉的問(wèn)題：主軸與工作臺(tái)的干涉、刀柄與夾具的干涉、刀具與工件的碰撞等。筆者用Cimatron編程時(shí)，將工作臺(tái)和夾具的模型都做進(jìn)了編程環(huán)境中，這樣在自動(dòng)生成程序時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算干涉和碰撞的可能性，并將有可能出現(xiàn)干涉、碰撞的程序段標(biāo)示出來(lái)，再進(jìn)行修改，最后進(jìn)行了機(jī)床仿真，發(fā)現(xiàn)無(wú)干涉、碰撞后，才生成后置程序，確保實(shí)際加工時(shí)的安全性。
（3）加工斜深孔時(shí)不易找準(zhǔn)角度且容易斷刀。如圖3所示，8個(gè)孔均與復(fù)合斜面垂直。鉆中心孔時(shí)，先將C軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再將A軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，使之達(dá)到斜孔的要求。8個(gè)孔中，4個(gè)小孔為M4的螺紋孔，另4個(gè)孔為Ø6的通孔，凸臺(tái)厚度達(dá)30mm,屬于深孔加工。鉆孔時(shí)，轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度較低，且要斷屑和排屑，切削液澆灌充分，這樣才能保證刀具鉆孔時(shí)的強(qiáng)度，不會(huì)發(fā)生斷裂，也不易引偏、打擺。
五軸機(jī)械加工中心在攻克加工難關(guān)、改進(jìn)工藝方法、開(kāi)發(fā)新品中起到不可替代的關(guān)鍵作用，使加工效率和精度都大大提高，本文中梭板就是一個(gè)典型的例子。實(shí)際加工中，確實(shí)會(huì)遇到諸多困難、問(wèn)題，但隨著技術(shù)的成熟、經(jīng)驗(yàn)的積累，這些問(wèn)題都會(huì)迎刃而解，五軸機(jī)械加工中心的優(yōu)勢(shì)也會(huì)越發(fā)地明顯。
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