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官方微信摘要 作者：MasahikoMori,MakotoFujishima,OdaYohei摘要：一體化集成機(jī)床的混合加工工藝優(yōu)勢(shì)如今越來(lái)越多地應(yīng)用在工業(yè)制造中。本文主要利用銑削-車削中心對(duì)復(fù)...
作者：Masahiko Mori, Makoto Fujishima, Oda Yohei摘要：一體化集成機(jī)床的混合加工工藝優(yōu)勢(shì)如今越來(lái)越多地應(yīng)用在工業(yè)制造中。本文主要利用銑削-車削中心對(duì)復(fù)雜形狀工件進(jìn)行加工研究。首先，實(shí)驗(yàn)對(duì)五軸銑削-車削機(jī)床工具上加工的復(fù)雜形狀設(shè)備進(jìn)行研究，利用非接觸傳感器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和補(bǔ)償加工。然后，引入了對(duì)半導(dǎo)體、光學(xué)材料和牙科材料的超聲波加工。最后是表面紋理的激光加工。
關(guān)鍵詞：五軸加工,銑削-車削,超聲波加工,激光加工
1、引言
在當(dāng)今全球競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，降低成本和增加附加值的角逐日益激烈，在機(jī)床工具行業(yè)，集加工中心和車床功能于一身的五軸銑削-車削機(jī)床的需求在不斷增大，以迎合復(fù)雜形狀工件加工、零部件組裝和工藝集成的要求。在光學(xué)、半導(dǎo)體和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，玻璃或陶瓷材料制品需要加工出良好的表面。本文利用激光加工工藝提出一種實(shí)現(xiàn)汽車零部件和電子設(shè)備部件精密模具制備的方法。
2、五軸銑削-車削機(jī)床的集成加工
圖1為新設(shè)計(jì)的內(nèi)置電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，銑削功率不是通過(guò)齒輪或傳送帶傳輸，而是直接傳送至工具；這樣就降低了裝配的復(fù)雜性。和傳統(tǒng)機(jī)床相比，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了兩倍的車削加工能力和四倍的銑削能力。
圖2為車削-銑削中心設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)由工具主軸和主軸構(gòu)成的多軸機(jī)床；工具主軸用于銑削，主軸用于車削、夾持和旋轉(zhuǎn)工件。內(nèi)置電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)固定在主軸下面以調(diào)解車削、鉆削、攻絲工具等。
該內(nèi)置電機(jī)具有索引功能，利用該功能可以使冷卻液供給系統(tǒng)為工件提供冷卻液，如圖3所示。
圖1：內(nèi)置電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)
圖4：磨削系統(tǒng)
圖6為銑削-車削中心上近年來(lái)使用較為廣泛的滾切。利用電子齒輪箱功能以要求的速度同時(shí)旋轉(zhuǎn)工具主軸和主軸，在通用機(jī)床上實(shí)現(xiàn)高精度齒輪加工。
圖8：非接觸測(cè)量系統(tǒng)
用于測(cè)量精度的機(jī)床設(shè)備為接觸式傳感器。傳感器和工件發(fā)生接觸，傳感器打開，并連接至NC單元，然后讀取坐標(biāo)值。內(nèi)徑值、外徑值和工件傾角的讀取通常利用接觸式傳感器在加工工件表面的若干個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量。加工一般零部件之后的平直度或粗糙度就可以利用該方法測(cè)得。
利用五軸銑削-車削機(jī)床加工自由形態(tài)表面的工件時(shí)，需要較多的測(cè)量點(diǎn)；因此，使用傳統(tǒng)接觸式傳感器則會(huì)耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，其中每個(gè)點(diǎn)就需要若干秒的測(cè)量時(shí)間。此外，如果機(jī)內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)尚不具備，則需要把工件放置在三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)上對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；如果需要補(bǔ)償加工，則重新對(duì)機(jī)床上的工件進(jìn)行設(shè)置。在這種加工條件下，機(jī)床用戶在進(jìn)行補(bǔ)償加工前對(duì)機(jī)內(nèi)工件測(cè)量的需求就大大增加。鑒于此，本研究提出了一種能夠高速在機(jī)內(nèi)進(jìn)行若干個(gè)點(diǎn)測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，并將其裝配在機(jī)床上，利用測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償加工。
為實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量自由形態(tài)表面，測(cè)量系統(tǒng)使用非接觸式激光移位傳感器。傳感器發(fā)射激光至工件表面，測(cè)量工件和傳感器之間的距離。傳感器的可重復(fù)性為0.025μm，分辨率為0.1μm。可以每秒測(cè)量目標(biāo)工件上125個(gè)點(diǎn)以完成三維側(cè)面輪廓構(gòu)建；還可以將機(jī)床坐標(biāo)和來(lái)自激光移位傳感器的距離信息轉(zhuǎn)化為三維坐標(biāo)。對(duì)于數(shù)量眾多的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以借助測(cè)量輔助軟件對(duì)其進(jìn)行分析，用CAD數(shù)據(jù)加以對(duì)比。
圖8為高速測(cè)量自由形態(tài)表面工件示意圖；圖9為加工前原材料測(cè)量以實(shí)現(xiàn)精加工后補(bǔ)償加工的最佳軌跡。難切割鍛造材料的輪廓面變化較大，容易損傷工具。對(duì)于此類材料的加工，可以通過(guò)縮短空切割時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)工具壽命并高速掃描工件輪廓，在每次得到的測(cè)量結(jié)果中獲取最佳加工軌跡，加工時(shí)間可以縮短約50%。
3、超聲波加工利用五軸銑削-車削機(jī)床加工自由形態(tài)表面的工件時(shí)，需要較多的測(cè)量點(diǎn)；因此，使用傳統(tǒng)接觸式傳感器則會(huì)耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，其中每個(gè)點(diǎn)就需要若干秒的測(cè)量時(shí)間。此外，如果機(jī)內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)尚不具備，則需要把工件放置在三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)上對(duì)其進(jìn)行測(cè)量；如果需要補(bǔ)償加工，則重新對(duì)機(jī)床上的工件進(jìn)行設(shè)置。在這種加工條件下，機(jī)床用戶在進(jìn)行補(bǔ)償加工前對(duì)機(jī)內(nèi)工件測(cè)量的需求就大大增加。鑒于此，本研究提出了一種能夠高速在機(jī)內(nèi)進(jìn)行若干個(gè)點(diǎn)測(cè)量的測(cè)量系統(tǒng)，并將其裝配在機(jī)床上，利用測(cè)量結(jié)果實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償加工。
為實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量自由形態(tài)表面，測(cè)量系統(tǒng)使用非接觸式激光移位傳感器。傳感器發(fā)射激光至工件表面，測(cè)量工件和傳感器之間的距離。傳感器的可重復(fù)性為0.025μm，分辨率為0.1μm。可以每秒測(cè)量目標(biāo)工件上125個(gè)點(diǎn)以完成三維側(cè)面輪廓構(gòu)建；還可以將機(jī)床坐標(biāo)和來(lái)自激光移位傳感器的距離信息轉(zhuǎn)化為三維坐標(biāo)。對(duì)于數(shù)量眾多的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)，可以借助測(cè)量輔助軟件對(duì)其進(jìn)行分析，用CAD數(shù)據(jù)加以對(duì)比。
圖8為高速測(cè)量自由形態(tài)表面工件示意圖；圖9為加工前原材料測(cè)量以實(shí)現(xiàn)精加工后補(bǔ)償加工的最佳軌跡。難切割鍛造材料的輪廓面變化較大，容易損傷工具。對(duì)于此類材料的加工，可以通過(guò)縮短空切割時(shí)間來(lái)延長(zhǎng)工具壽命并高速掃描工件輪廓，在每次得到的測(cè)量結(jié)果中獲取最佳加工軌跡，加工時(shí)間可以縮短約50%。
超聲波加工可以有效加工高質(zhì)量陶瓷、玻璃等脆性材料。圖10為超聲波系列，利用五軸加工中心以上下方向高頻振動(dòng)刀具以此完成超聲波加工。
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