何為復(fù)材五軸雕刻機？

五軸，是指 X/Y/Z，加旋轉(zhuǎn)軸A/C或B/C。X/Y/Z三軸加工簡單，而五軸聯(lián)動加工可加工復(fù)雜曲面或其他立體模型。五軸通過數(shù)控系統(tǒng)控制操作應(yīng)用在龍門加工中心上就形成了五軸聯(lián)動龍門加工中心。

那么這種五軸聯(lián)動加工中心是如何加工的呢？

一般是配備了整體式雙擺頭（也叫五軸頭）加上數(shù)控系統(tǒng)控制在龍門加工中心上完成并實現(xiàn)五軸加工。具體的以如何加工復(fù)合材料工件為例給大家描述一下。

1. 將復(fù)合材料工件的數(shù)模導(dǎo)出來

2. 分析數(shù)模。

3. 選擇合適的刀具。

4. 根據(jù)刀具設(shè)置刀路。

5. 編好程序后在電腦上模擬加工刀路，看是否產(chǎn)生干涉。

6. 檢查好后，開始將工件固定的工作臺上，進行動作加工工件。

7. 加工完工件，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計，比如用時，加工過程遇到的問題，加工完的工件檢測誤差等，

8. 反復(fù)試驗，直到加工效果達(dá)到最好。注意事項，每次加工時請留有余量。

最后，龍門五軸雕刻機主要加工非金屬材料，而碳纖維復(fù)合材料是近幾年逐漸開發(fā)的，可實現(xiàn)全封閉加集塵的功能。

復(fù)材的五軸加工是怎樣的？

復(fù)材就是復(fù)合材料的簡稱，現(xiàn)在一般說復(fù)材更多是指碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料最初應(yīng)用的領(lǐng)域只局限于航天航空等領(lǐng)域，隨著碳纖維技術(shù)的發(fā)展，它的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用的產(chǎn)品也不斷增加。如工業(yè)機械臂，汽車配件，醫(yī)療配件，軍工企業(yè)的電磁屏蔽雷達(dá)罩等。

上面我們了解到碳纖維復(fù)材的應(yīng)用逐漸增加，那么這種復(fù)材制品的加工也一定很重要，也是碳纖維復(fù)材發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)，如果產(chǎn)品的加工不成功，那么前期的研究成果的意義就會縮水?？梢苑判牡氖牵瑥?fù)材制品的加工正在被一些設(shè)備廠家進行研究，挖掘，總結(jié)經(jīng)驗。

通過五軸機床加工步驟來初步了解一下，復(fù)材制品的加工是怎么樣的呢？

1. 首先我們要了解，復(fù)材制品的導(dǎo)電性能，一般來說碳纖維復(fù)材都經(jīng)過了表面活化、沉積、鍍金屬等，其導(dǎo)電性能大大減弱，可以放心加工，但是加工的同時要避免加工屑的收集，及時收集。

2. 將復(fù)材制品的數(shù)模做出來后，根據(jù)數(shù)模在五軸機床電腦軟件上進行編程，模擬加工，看是否有干涉。

3. 如果模擬順利，可進行刀路的編寫及刀具的選擇及參數(shù)的設(shè)置，及工件夾具的制作也非常重要，使加工效果更好！

4. 加工完成后，需要通過一些工件進行檢測加工效果，總結(jié)積累經(jīng)驗。

5. 對任何一種材料制品的加工都需要了解其材料的特殊屬性，避免加工中的失誤。

以上就是一個簡單的加工步驟，其實只要實際加工經(jīng)驗多了，很多加工原理是相通的。

復(fù)合材料五軸加工中心！

復(fù)合材料是由兩種及兩種以上獨立組分材料經(jīng)復(fù)合工藝制得的一種多組分材料。有增強體和基體。在復(fù)合材料中各組分保持原有性質(zhì)，但彼此能取長補短，使其綜合性能更加完善。

先進復(fù)合材料具有質(zhì)量輕，強度高，剛性大，耐疲勞和熱膨脹系數(shù)少的特點。

復(fù)合材料分類;

按照基體分：樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料

按照增強體分：顆粒增強復(fù)合材料、夾層增強復(fù)合材料、纖維增強復(fù)合材料

碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域：

1. 風(fēng)力發(fā)電。預(yù)計2020年我國需求超過2.5臺大容量風(fēng)機，合計需要材料30000噸.

2. 碳纖維汽車。汽車傳動軸，發(fā)動機罩，上下懸架臂.

3. 石油開采。抽油桿，張力腿平臺，管材等.

4. 體育休閑。羽毛球拍，網(wǎng)球拍，釣魚竿，高爾夫球桿.

5. 建筑補強。

結(jié)構(gòu)性碳纖維復(fù)合材料國家工程試驗室成立。

以上都離不開一種特殊加工設(shè)備——復(fù)合材料五軸加工中心！

五軸加工和復(fù)合加工的基本特點

隨著航空航天飛行器、汽車和軌道車輛等向高速、節(jié)能和安全性方向發(fā)展，其結(jié)構(gòu)趨向整體化、薄壁化和輕量化，其形狀遵循動力學(xué)的要求日漸流線異型化和精密化，從而使不少關(guān)鍵零件呈現(xiàn)出復(fù)雜多面體和高次曲面的形態(tài)，應(yīng)用三個直線軸的數(shù)控機床難于獲得理想的加工精度和表面質(zhì)量。促使對五軸加工技術(shù)需求的增長，近年又進而推進復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)對復(fù)雜零件的高效、精密加工。

1. 五軸加工的內(nèi)涵

五軸加工是五面加工技術(shù)和五軸聯(lián)動加工技術(shù)的概括簡稱。

五面加工技術(shù)用于復(fù)雜多面體零件在一次安裝條件下，通過增設(shè)的機床回轉(zhuǎn)軸可以方便地完成除安裝基面外所有平面和的銑、鉆、鏜等加工；不僅如此，而且在加工斜面時，通過刀具或工件的回轉(zhuǎn)，可以使刀具更好地接近加工表面縮短刀具伸出長度，有利于提高切削能力和刀具壽命；此外還能解決依靠直線軸運動無法解決的內(nèi)凹表面的加工。

五面加工另一個特點是回轉(zhuǎn)軸只作分度定位，并不參與切削軌跡插補運動。例如圖1所示V形發(fā)動機缸體，應(yīng)用有A/B軸雙擺工作臺的臥式加工中心，A軸擺動可完成V形斜面和缸孔的加工，再用B軸轉(zhuǎn)位就能完成曲軸軸承孔及其止推面等加工。

圖1 V形發(fā)動機缸體

五軸聯(lián)動加工技術(shù)是指一個復(fù)雜形狀的表面需要用5個獨立軸共同進行數(shù)控插補運動才能獲得光順平滑形面的加工技術(shù)。雖然從理論上講任何復(fù)雜表面都可用X、Y、Z三軸坐標(biāo)來表述，但實際加工刀具并不是一個點，而是有一定尺寸的實體，數(shù)控微信公號cncdar為了避免對空間扭曲面加工時出現(xiàn)刀具與加工面間的干涉以及保證曲面各點的切削條件的一致性，需要調(diào)整刀具軸線與曲面法矢間在兩維方向上的夾角。五軸聯(lián)動與三軸聯(lián)動相比能加工誤差與表面粗糙度減少至1/3～1/6。圖 2所示為StarragHerket公司精加工時葉片型面的數(shù)據(jù)，在相同切削工時10min條件下，三軸聯(lián)動加工的表面粗糙Ra1.8μm，而五軸聯(lián)動得出的表面粗糙度僅為Ra0.3μm。

圖2 五軸聯(lián)動與三軸聯(lián)動加工葉片工時及Ra對比

五軸聯(lián)動加工的軸數(shù)是指加工同一表面時所需獨立運動的軸的數(shù)量，而非指該數(shù)控?fù)碛械目煽刂戚S的數(shù)量。例如龍門銑床為保證橫梁升降的平行性，需要左右兩根驅(qū)軸W1，W2同步運動，數(shù)控微信公號cncdar也就是以W1為主動軸，而使W2軸與之保持同步。因此，它們只能作為1根獨立運動軸。另外如果復(fù)雜雕塑表面具有回轉(zhuǎn)體特征的話，不需要Y軸運動，可以在數(shù)控車床或車削中心上實現(xiàn)，其最多聯(lián)動軸數(shù)大多為四個獨立軸。

2．復(fù)合加工的內(nèi)涵

復(fù)合加工是指一種能把多種加工方法和工序融合與集結(jié)的加工技術(shù)，可用以提升加工品質(zhì)、精度和效率。目前作為中文名稱出現(xiàn)的復(fù)合加工具有兩種不同的加工原理，即：

（1）多種加工方法融合或協(xié)同方式的復(fù)合加工（Compsition Machining）。

（2）多種加工方法和工序集合方式的復(fù)合加工（Integrated Machining）。

融合式復(fù)合加工其特點為把兩種或多種加工方法融合或協(xié)同作用在一起以提高加工效率和加工精度，主要用于精整加工，起始末于上世紀(jì)70年代對晶片和光學(xué)玻璃等超硬件材料的超精加工的要求。例如機械化學(xué)拋光（CMP）加工技術(shù)是由拋光劑中軟磨料與工件表面相對摩擦運動，使微觀接觸點產(chǎn)生高溫引起固相反應(yīng)生成物，它隨后被機械摩擦作用去除，其去除量可精細(xì)至亞納米量級。

另外還有一種協(xié)同的復(fù)合加工，雖然也是在一種主要加工方法基礎(chǔ)上加入第二種加工方法，但它只用于改善主要加工方法的切削條件。例如電解在線修整磨削（ELID）、超聲車削和超聲銑削，前者通過電解在線連續(xù)修整砂輪，獲得較高生產(chǎn)率的鏡面磨削效果。后者通過超聲振動的作用改善切屑形成條件，雖然超聲本身并不直接起材料切除作用，但可提高切削硬脆材料的刀具壽命，故更確切的名稱稱之為超聲輔助車削（銑削）（Ultrasonic aided Turning/ Milling）。

集合式復(fù)合加工其特點為把兩種或多加工方法集成在一臺數(shù)控機床上，擴大了機床的加工功能，使需車、銑、磨等多工序加工的復(fù)雜零件可以在一臺機床上順序?qū)嵤┩瓿?。其目的在于完成一個零件的所有工序加工，故國外也有稱之為完整加工（Complete Machining 或End to End Machining）。

集合式復(fù)合加工機床（以下簡稱復(fù)合機床）出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代中后期，其主要優(yōu)點可歸納為：（1）進一步提高工序集中度，減少多工序零件加工的上下料時間；（2）可避免或減少工件在不同機床間進行工序轉(zhuǎn)換而增加的工序間輸送和等待時間，從而大幅度縮短零件加工周期和減少在制品的儲存量，有力地支持零件庫存的準(zhǔn)時制造（JIT）的實施；（3）減少工件安裝次數(shù)，避免安裝誤差，有利于提高加工精度的穩(wěn)定性。

復(fù)合機床的這些優(yōu)勢正引導(dǎo)著數(shù)控機床由加工中心向更高工藝集成的方向發(fā)展，它將有助于優(yōu)化生產(chǎn)車間的機床配置，推進加工技術(shù)的發(fā)展。因此本文將重點討論集合式復(fù)合加工技術(shù)及復(fù)合機床。

3．五軸加工技術(shù)及其機床

1. 五軸加工機床的特征及選用

無論是五面加工機床還是五軸聯(lián)動加工機床，它們都是在X、Y、Z三個直線運動軸的基礎(chǔ)上至少增加A、B、C三個回轉(zhuǎn)運動軸中任兩個回轉(zhuǎn)軸，由此導(dǎo)出多樣的五軸加工機床的布局方案。針對加工件的形狀、尺寸、重量、要求精度、材料的機械性能和切削載荷等因素，可以確定適用的機床結(jié)構(gòu)布局。

圖3 A/C雙擺轉(zhuǎn)臺立式加工中心

基于立式加工中心和臥式加工中心三直線軸結(jié)構(gòu)布局基礎(chǔ)上配置不同的回轉(zhuǎn)運動型式可以得出多種布局，以適應(yīng)不同場合的需要。

回轉(zhuǎn)軸型式有兩類：一類是刀具系統(tǒng)與工件系統(tǒng)各有一個回轉(zhuǎn)運動軸，第二類是兩個回轉(zhuǎn)軸均配置給刀具系統(tǒng)或工件系統(tǒng)，通常稱之為雙擺銑頭或雙擺轉(zhuǎn)臺。

例如，有A/C 和B/C 兩種雙擺轉(zhuǎn)臺，雖然工作原理大致相同，但A/C轉(zhuǎn)臺有可左右支承剛性較大，但當(dāng)臺面向后轉(zhuǎn)時，由于空間狹窄為防止干涉一般擺角較小（圖3），而B/C轉(zhuǎn)臺通常為單臂支承剛性較小，但擺角范圍大，易觀察，適宜小型零件的加工（圖4）。

圖4 B/C雙擺轉(zhuǎn)臺立式加工中心

顯然，回轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)對五軸加工中心機床的功能和性能有重要的作用，近年來它的結(jié)構(gòu)發(fā)展主要有以下四方面：

（1）采用力矩電機驅(qū)動，減少機械傳動提高動態(tài)性能，如CyTec公司的CyMill萬能銑頭；

（2）發(fā)展A/B/C三軸擺動銑頭，使角度變換更靈活、快速，如德國Zimmermann公司的M3ABC三軸擺角銑頭；

（3）研發(fā)緊湊型A/B雙擺銑頭，如意大利Rambaudi公司DTH型A/B雙擺銑頭的擺角增長至±45。此外我國沈陽機床和齊二機床公司開發(fā)的適用于臥軸的A/B的擺角的并聯(lián)桿機構(gòu)銑頭，具有新穎性，但擺角范圍較??；

（4）應(yīng)用±45斜面回轉(zhuǎn)使軸線立臥轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)，一般稱作為B軸，由于回轉(zhuǎn)結(jié)合面大，可提高剛度和制動力矩，但斜面回轉(zhuǎn)180時，軸線擺角僅為90，因此擺角范圍較小，更適用于以五面加工為主的場合。

2. 加工傾斜多面體的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

不同的多面體零件由于其結(jié)構(gòu)和功能的不同，會對其斜面的空間位置有多種的定義方法，因此要求數(shù)控系統(tǒng)配置完善的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)用軟件以方便使用。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本原理是把機床坐標(biāo)系X、Y、Z轉(zhuǎn)換為特征坐標(biāo)系Xc、Yc、Zc，而特征坐標(biāo)系的XcYc平面即包含該斜面，則刀具軸Z通過擺動至Zc，即可對斜面進行銑削和鉆孔等加工。

功能完善的斜面加工的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，可以根據(jù)要求輸入不同的斜面參數(shù)如：斜面空間傾擺角、斜面方向矢量、斜面投影角或斜面上三個特征點等的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在工件一次安裝條件下，對多面體的各個斜面進行坐標(biāo)自動轉(zhuǎn)換，既簡化編程，又能在工件一次安裝下連續(xù)加工各個斜面，提高了效率和加工精度。

3. 復(fù)雜曲面的精密光順加工技術(shù)

雕塑型面、非球曲面和液體動力三維曲面等具有曲率不斷變化甚至出現(xiàn)陡變的特征，因此在數(shù)控加工時不僅存在伺服驅(qū)動的運動軌跡的跟蹤誤差，而且還因曲率的變動出現(xiàn)運動躍度劇變和刀刃與已加工表面的干涉現(xiàn)象，使軌跡銜接處達(dá)不到光順。而隨著航空航天、激光核聚變、遙感成像和大規(guī)模集成電路等發(fā)展要求光學(xué)器件的形狀誤差≤0.05μm，表面粗糙度的最大輪廓高度Ry≤3nm。

面對這些需求，不僅要求提高五軸聯(lián)動加工裝備的制造精度，而且還需發(fā)展多種誤差補償技術(shù)。上世紀(jì)80年代FIDIA公司在其數(shù)控系統(tǒng)中配置了RTCP軟件。用以修正刀具回轉(zhuǎn)運動引起的附加線性位移，但是它僅是對刀尖的空間位置作靜態(tài)調(diào)整，數(shù)控微信公號cncdar還不能精確補償運動過程的動態(tài)誤差，因此近10年來Heidenhain、Siemens和FANUC等公司不斷深化研究五軸聯(lián)動加工的補償軟件，用以減少插補過程因回轉(zhuǎn)姿態(tài)引起的耦合誤差，避免刀刃部的干涉及抑制回轉(zhuǎn)運動的加加速度引起振動等，從而可使在較高進給速度下可使刀端運動軌跡達(dá)到理想平滑的效果。

4．復(fù)合加工技術(shù)及其機床

1. 復(fù)合機床是一種實現(xiàn)工藝集中的加工設(shè)備

復(fù)合機床能對復(fù)雜的多工序的零件進行完整加工，因此它與加工中心相比有以下兩個重要特征：

（1）具有兩種及以上提供不同類型切削動力的主軸系統(tǒng)；

（2）具有五軸加工的功能。

當(dāng)前最常見的復(fù)合機床有：基于車削中心（TC）增加擺角銑頭的銑車復(fù)合機床（Turning Milling Machine）；基于加工中心(MC)增加工件主軸頭的車銑復(fù)合機床(Milling Turning Machine)，它配置了力矩電機直驅(qū)的類似立車的工件主軸旋臺。

此外還有車磨復(fù)合機床，齒車復(fù)合機床的品種。MAZAK公司正在研究用幾臺適用的復(fù)合機床可替代生產(chǎn)線上多種加工設(shè)備，完成汽車發(fā)動機缸蓋、缸體等新產(chǎn)品的試制。

2. 復(fù)合機床技術(shù)發(fā)展探討

復(fù)合機床是一種應(yīng)用對象比較明確的高效、精密數(shù)控機床，其衡量的標(biāo)準(zhǔn)主要不在于有多少個主軸頭、有多少根控制軸，而在于它的適用性，發(fā)揮出它能完成其他類型數(shù)控機床不易完成的零件加工的優(yōu)點。否則僅把各種功能簡單地組合和堆積，徒然增加成本，而缺乏技術(shù)、經(jīng)濟的競爭力。因此宜于基于集約化觀點加強應(yīng)用工藝研究和簡約與可重構(gòu)模塊研究。

工藝研究是復(fù)合機床總體方案設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)，例如大型汽輪機軸需要有車、銑、齒的工序，漿輪和渦輪盤需要有車削和五軸聯(lián)動銑削等加工功能，通過對加工技術(shù)研究，合理配置切削功能部件和柔性輔助裝置，使其能適用于高效地加工一定的零件族。

簡約與可重構(gòu)模塊研究是經(jīng)濟地擴展復(fù)合機床功能的重要結(jié)構(gòu)措施。例如：完善銑頭的定位夾緊裝置，數(shù)控微信公號cncdar使其兼具車刀刀架的作用，可使機床結(jié)構(gòu)達(dá)到簡約化目的；EMAG公司VL系列工件倒置式生產(chǎn)單元，其下方自動轉(zhuǎn)位動力刀架在裝上滾齒刀架后可完成齒輪的車、銑、鉆和滾齒的加工，這樣用戶可以根據(jù)需要變換加工模塊，而不至于出現(xiàn)功能冗余；又如南京四開公司引進瑞典Modig公司的Trans Flex柔性單元，其兩側(cè)支架可根據(jù)工藝需要安裝不同用途的動力頭和自動換刀裝置，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)性。來源：奧思克數(shù)控、搜狐等

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