五軸加工是指在一臺(tái)機(jī)床上至少有五個(gè)坐標(biāo)軸(三個(gè)直線(xiàn)坐標(biāo)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸)通過(guò)控制系統(tǒng)精確地控制刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀零件的加工。
其原理是將傳統(tǒng)的三軸加工(X、Y、Z 軸)與兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(通常為 A 軸和 B 軸或 A 軸和 C 軸)相結(jié)合,使刀具能夠在空間中以各種角度和姿態(tài)接近工件,從而加工出具有復(fù)雜曲面和輪廓的零件。
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那么,五軸加工的加工精度會(huì)受到哪些因素的影響呢?
機(jī)床自身因素
機(jī)械結(jié)構(gòu)精度:機(jī)床的床身、立柱、工作臺(tái)等基礎(chǔ)部件的制造精度和剛性直接影響加工精度。高精度的加工要求機(jī)床各部件具有較小的幾何誤差,如工作臺(tái)的平面度、導(dǎo)軌的直線(xiàn)度和平行度等,若這些精度指標(biāo)不達(dá)標(biāo),會(huì)導(dǎo)致刀具與工件之間的相對(duì)位置出現(xiàn)偏差。
軸運(yùn)動(dòng)精度:五軸機(jī)床的各坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)精度,包括定位精度和重復(fù)定位精度,對(duì)加工精度至關(guān)重要。滾珠絲杠、導(dǎo)軌等傳動(dòng)部件的精度以及伺服電機(jī)的控制精度會(huì)影響軸的運(yùn)動(dòng)精度。例如,滾珠絲杠的螺距誤差、導(dǎo)軌的磨損等都可能導(dǎo)致軸運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生偏差,進(jìn)而影響加工零件的尺寸精度和形狀精度。
回轉(zhuǎn)軸精度:五軸加工中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸(A 軸和 B 軸或 A 軸和 C 軸)的精度對(duì)加工復(fù)雜曲面的精度影響很大。旋轉(zhuǎn)軸的分度精度、旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)與其他坐標(biāo)軸的垂直度和平行度等指標(biāo)直接關(guān)系到刀具在空間中的姿態(tài)精度,若回轉(zhuǎn)軸精度不足,會(huì)使加工出的曲面產(chǎn)生扭曲、變形等誤差。
刀具與夾具因素
刀具質(zhì)量與磨損:刀具的制造精度、剛性和耐磨性會(huì)影響加工精度。質(zhì)量差的刀具可能存在刀體偏心、刀刃不鋒利等問(wèn)題,導(dǎo)致加工時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和切削力不穩(wěn)定,影響加工表面質(zhì)量和尺寸精度。此外,刀具在加工過(guò)程中的磨損會(huì)改變刀具的切削參數(shù),進(jìn)而影響加工精度,因此需要合理選擇刀具材料和刀具幾何參數(shù),并及時(shí)進(jìn)行刀具磨損的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償。
夾具精度:夾具的作用是準(zhǔn)確地定位和夾緊工件,確保工件在加工過(guò)程中相對(duì)于刀具和機(jī)床坐標(biāo)系的位置固定不變。夾具的制造精度、定位精度和夾緊力的均勻性等都會(huì)影響加工精度。如果夾具的定位面不平整、定位精度差,或者夾緊力過(guò)大導(dǎo)致工件變形,都會(huì)使加工出的零件產(chǎn)生位置誤差和形狀誤差。
加工工藝因素
切削參數(shù)選擇:切削速度、進(jìn)給量和切削深度等切削參數(shù)對(duì)加工精度有重要影響。選擇不當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)可能導(dǎo)致切削力過(guò)大,引起工件變形、振動(dòng),降低加工精度和表面質(zhì)量。例如,過(guò)高的切削速度可能使刀具磨損加劇,產(chǎn)生積屑瘤,影響加工表面粗糙度;過(guò)大的進(jìn)給量可能導(dǎo)致切削力突變,使工件產(chǎn)生位移或變形。
刀具路徑規(guī)劃:刀具路徑的規(guī)劃直接影響加工精度和效率。合理的刀具路徑應(yīng)避免刀具與工件、夾具之間的干涉,同時(shí)要保證刀具在切削過(guò)程中的平穩(wěn)性和連續(xù)性。如果刀具路徑規(guī)劃不合理,如在拐角處刀具運(yùn)動(dòng)速度變化過(guò)大、刀具切入切出方式不當(dāng)?shù)龋伎赡軐?dǎo)致加工表面出現(xiàn)刀痕、劃傷等缺陷,影響加工精度和表面質(zhì)量。
工件材料因素
材料特性:不同的工件材料具有不同的物理和力學(xué)性能,如硬度、韌性、熱膨脹系數(shù)等,這些特性會(huì)影響加工精度。例如,硬度較高的材料加工難度大,刀具磨損快,容易導(dǎo)致加工尺寸偏差;韌性好的材料在切削過(guò)程中容易產(chǎn)生變形和撕裂,影響加工表面質(zhì)量;熱膨脹系數(shù)大的材料在加工過(guò)程中受熱易變形,需要采取相應(yīng)的冷卻措施和加工工藝來(lái)控制精度。
材料均勻性:工件材料的內(nèi)部組織均勻性也會(huì)影響加工精度。如果材料內(nèi)部存在雜質(zhì)、氣孔、偏析等缺陷,或者材料的硬度不均勻,會(huì)導(dǎo)致切削力不穩(wěn)定,使加工表面出現(xiàn)粗糙度不一致、尺寸偏差等問(wèn)題。
環(huán)境因素
溫度變化:加工環(huán)境溫度的變化會(huì)引起機(jī)床、刀具和工件的熱變形。機(jī)床受熱后,各部件的尺寸和形狀會(huì)發(fā)生變化,影響刀具與工件之間的相對(duì)位置精度;刀具受熱會(huì)產(chǎn)生熱伸長(zhǎng),導(dǎo)致加工尺寸出現(xiàn)偏差;工件受熱變形則會(huì)影響其加工精度和形狀精度。因此,高精度的五軸加工通常需要在恒溫環(huán)境下進(jìn)行,以減少溫度變化對(duì)加工精度的影響。
振動(dòng)與沖擊:加工環(huán)境中的振動(dòng)和沖擊會(huì)影響機(jī)床的穩(wěn)定性和加工精度。外部的振動(dòng)源,如附近的大型設(shè)備運(yùn)行、車(chē)輛行駛等,可能通過(guò)地基傳遞到機(jī)床上,引起機(jī)床的振動(dòng);機(jī)床自身的振動(dòng),如主軸的不平衡、電機(jī)的振動(dòng)等,也會(huì)影響加工精度。此外,加工過(guò)程中的沖擊,如刀具切入工件時(shí)的沖擊力、切削過(guò)程中的斷續(xù)切削等,也會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生不利影響。