3.1 多轴加工技术概述（课件）-《现代制造技术基础》同步精品课堂（苏教版·凤凰职教）

江苏凤凰教育出版社 同步精品课程（中职专业课） 《现代制造技术基础》 模块3 多轴加工技术 单元1 多轴加工技术概述 学习目标 知识目标 了解数控多轴加工技术的概念，多轴加工的工艺与基本操作，多轴加工的刀具；理解多轴加工技术的分类与特点，清楚数控多轴加工机床的种类。 能力目标 能区分多轴加工类型与机床种类，并应用本节所学知识进行多轴加工的工艺与基本操作等相关问题的分析。 情感目标 通过本节知识学习，认识多轴加工技术对制造业的重要性，增强民族自豪感，激发技术探索热情；培养严谨细致的工匠精神与创新意识。 0000 模块1 现代制造技术概论 导入：加工中心最多有几轴？ 01 根据视频内容，分组讨论什么是多轴加工技术及其特点，并由各组代表总结发言。 导入 01 新知学习 02 CONTENTS 目录 01 多轴加工技术的概念与优点 02 数控多轴加工机床的种类 03 多轴加工的工艺与基本操作 04 多轴加工技术的分类与特点 05 数控多轴加工刀具 多轴加工技术的概念与优点 01 数控加工技术作为现代机械制造技术的基础，使得机械制造过程发生了显著的变化。 现代数控加工技术与传统加工技术相比，无论在加工工艺、加工过程控制，还是加工设备与工艺装备等诸多方面均有显著不同。 新知学习 02 (一)多轴加工技术 多轴 我们熟悉的数控机床有X、Y、Z三个直线坐标轴，多轴指在一台机床上至少具备第四轴。 新知学习 02 代表 通常所说的多轴数控加工是指四轴以上的数控加工，其中具有代表性的是五轴数控加工。 (一)多轴加工技术 轴数控加工能同时控制四个以上坐标轴的联动，将数控铣、数控镗、数控钻等功能组合在一起 工件一次装夹，可以对零件加工面进行铣、镗、钻等多工序加工 有效地避免了由于多次安装造成的定位误差 能缩短产品的生产周期，提高加工精度 新知学习 02 随着模具制造技术的迅速发展，对加工中心的加工能力和加工效率提出了更高的要求，因此，多轴数控加工技术得到了空前的发展。 (一)多轴加工技术 新知学习 02 多轴数控加工中心具有高效率、高精度的特点，工件在一次装夹后能完成5个面的加工。 如果配置5轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。 (二)多轴加工的优点 非常适于加工： 汽车零部件、飞机结构件等工件的成型模具。 (1) (2) (3) 使原本复杂零件的加工变得更容易； 缩短了加工周期； 提高了表面的加工质量。 多轴加工的最大优点 新知学习 02 (二)多轴加工的优点 汽车 医疗 船舶 模具 高精密仪器 轻工 航空航天 数控加工技术是现代制造技术的基础，是智能制造的重要组成部分。 四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服传统的模具加工的不足，而被广泛应用于加工： 新知学习 02 (二)多轴加工的优点 【知识拓展】 目前，五轴联动数控机床系统是解决以下加工的唯一手段。 新知学习 02 电路保 护设置 大型柴油机曲轴 叶轮 汽轮机转子 船用螺旋桨 叶片 重型发电机转子 五轴联动数控机床和数控系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。 1999年，在被誉为机床行业风向标的CIMT 展会上，我国首次展示出3台五轴联动数控机床。 2009年，我国启动了“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(04专项)，一大批数控机床关键制造技术得到突破。 2016年1月，科技部公布了04专项七年阶段性进展；多通道、多轴联动等先进数控系统关键技术指标已基本达到国际主流系统技术水平。 新知学习 02 【知识拓展】 数控多轴加工机床的种类 02 新知学习 02 多轴数控机床，指的是X、Y、Z三根常见的直线轴上加上两根旋转轴。 A、B、C三轴中的两个旋转轴具有不同的运动方式。 新知学习 02 通过不同的组合，多轴数控机床的种类主要有： 工作台倾斜式多轴数控机床 车铣复合数控机床 工作台/主轴倾斜式多轴数控机床 M1 M2 M4 M3 主轴倾斜式多轴数控机床 新知学习 02 (一)主轴倾斜式多轴数控机床 1.定义 两个旋转轴都在主轴头一侧的机床结构称为主轴倾斜式多轴数控机床，或称为双摆头结构多轴数控机床。 2.优点 (1)主轴运动灵活，工作台承载能力强，且尺寸可以设计得非常大。 (2)适用于加工船舶推进器、飞机机身模具、汽车覆盖件模具等大型零部件。 (3)主轴的刚性和承载能力较低，不利于重载切削。 (1)十字交叉型双摆 头多轴数控机床结构 (2)刀轴俯垂型多轴数控机床结构 新知学习 02 (一)主轴倾斜式多轴数控机床 3.主轴倾斜式多轴数控机床的结构 新知学习 02 (二)工作台倾斜式多轴数控机床 1.定义 两个旋转轴都在工作台一侧的机床结构称为工作台倾斜式多轴数控机床，或称为双转台结构多轴数控机床。 (1) (2) (3) 主轴结构简单，刚性较好。 成本较低，C轴回转台可无限制旋转，但由于工作台为主要回转部件，尺寸受限 承载能力不大，不适合加工过大的零件。 2.工作台倾斜式多轴数控机床的特点 新知学习 02 (二)工作台倾斜式多轴数控机床 3.工作台倾斜式多轴数控机床的结构 B轴俯垂工作台结构多轴数控机床 1 双转台(摇篮式)结构多轴数控机床 2 新知学习 02 (三)工作台/主轴倾斜式多轴数控机床 1.定义 两个旋转轴中的主轴头设置在刀轴一侧，另一个旋转轴在工作台一侧，称为工作台/主轴倾斜式多轴结构，或称为摆头转台式多轴结构。 旋转轴的结构布局较为灵活，可以是A/B/C三轴中的任意两轴组合 结合主轴倾斜和工作台倾斜的优点，加工灵活性和承载能力均有所改善 新知学习 02 (三)工作台/主轴倾斜式多轴数控机床 2.特点 新知学习 02 (四)车铣复合数控机床 1.概述 车铣复合数控机床是复合加工机床的一种主要机型，除具备数控车床的功能，还可以完成平面铣削、钻孔、攻丝、直槽、螺旋槽及铣齿等，具有车削、铣削及镗削等复合功能，能够实现一次装夹、全部或大部分完成的加工理念。 新知学习 02 (四)车铣复合数控机床 (1)主轴电机采用伺服电机，主轴的旋转运动与进给运动可以联动。 2.特征 (2)除了配置数控车床的转塔刀架，至少再配置动力刀具，或者配置独立的动力刀架。 新知学习 02 (四)车铣复合数控机床 3.优点 (1)高精度 (2)高效率 (3) 减小 成本 多轴加工的工艺与基本操作 03 新知学习 02 (一)多轴加工的工艺 1.一般加工工艺 开粗 粗清根 半精 半精清根 精加工 精清根 新知学习 02 粗加工预清根 粗加工粗清根 半精加工小刀粗清根 精加工精清根 (一)多轴加工的工艺 2.分析数字模型确定加工工艺 根据毛坯或零部件的特性，制订加工工艺方案 多轴加工的操作流程通常是从工件的结构开始，在此基础上进行后续加工直至最终加工。 新知学习 02 (二)多轴加工的基本操作 新知学习 02 (二)多轴加工的基本操作 1. CAD模型 三维CAD 软件提供了非常方便的特征建模和曲面建模工具，使用正确的建模策略就可以建立零件的三维实体模型。 01 2. CAM方案计算刀具轨迹 在CAM软件中，根据所定义的工艺路线和工序方法，借助计算机的强大计算能力，自动计算出零件加工时刀具相对于工件的正确运动轨迹。 02 3.模拟刀具轨迹 加工仿真是在正式上机床加工之前，先在计算机上对刀具运动轨迹的正确性、安全性和可行性进行检查，以保证正式加工时的安全可靠。 03 4.后置处理程序 5.设置机床 6.质量 7.加工 利用后置处理程序对刀轨数据进行处理和转换，使其生成能被数控系统识别和执行的特定格式的 NC程序数据文件。 设置机床即零件在准备上机床进行实际加工时所做的一切操作事项。 通过后置处理设定公差、压缩程序、轨迹、精磨、加速度和速度来控制零件的加工质量。 多轴机床根据NC程序自动完成零件的加工。 新知学习 02 (二)多轴加工的基本操作 多轴加工技术的分类与特点 04 新知学习 02 多轴加工与点位加工、平面轮廓加工和曲面加工不同，多轴加工增加了旋转轴的旋转运动，旋转运动使刀心(或刀尖点)坐标位置计算复杂化，而且刀轴的位置和其矢量需要根据加工产生变化。 新知学习 02 (一)多轴加工的分类 五轴定位加工分为“3+2”和“4+1”两种类型。 又称为五轴联动加工 ，即机床的五个进给轴根据程序同时实现五轴插补运动。 1.五轴定位加工 2.五轴同步加工 新知学习 02 (一)多轴加工的分类 表1 “3+2”轴定位和五轴同步特点对比 项目 “3+2”轴定位加工 五轴同步加工 优点 (1)较小的编程成本 (1)在固定装夹位置上可加工较深型腔侧壁和底面 (2)只采用线性轴运动，因此无动态限制 (2)可采用紧凑装夹位置的较短刀具 (3)加工具有较大的刚性，由此提高刀具使用寿命和表面质量 (3)工件表面质量均匀，无过渡接刀痕迹 (4)减少特种刀具的使用，降低成本 缺点 (1)受工件几何尺寸的限制，刀具无法切削到较深的型腔侧壁和底面 (1)较高的编程成本，高碰撞危险 (2)采用较长的刀具铣削深的轮廓，加工质量和效率会受到影响 (2)因运动的补偿运动，加工时间常常被延长 (3)进刀位置较多，增加了加工的时间且产生了明显的过渡接刀痕迹 (3)由于采用了更多的轴，运动误差可能会自行增加 新知学习 02 (二)多轴加工的特点 1.减少基准转换，提高加工精度 4.缩短新产品研发周期 2.减少工装夹具数量和占地面积 3.缩短生产过程链 多轴数控加工的工序集成化不仅提高了工艺的有效性，而且由于零件在整个加工过程中只需一次装夹，加工精度 更容易得到保证。 尽管多轴数控加工中心的单台设备价格较高，但由于过程链的缩短和设备数量 的减少，工装夹具数量、车间占地面 积和设备维护费用也随之减少。 具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的多轴数控加工中心可以很好地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题，大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。 多轴数控加工中心的单台设备价格较高，但由于过程链的缩短和设备数量的减少，工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。 特点 数控多轴加工刀具 05 五轴加工工艺与三轴加工工艺基本相同，坐标轴数增加的作用可以减少工件的装夹定位次数，实现一次装夹完成尽可能多的加工内容，实现工序集中。 简单来说，除机床外，五轴加工工艺系统同样包括刀具系统(刀柄、刀具)、夹具系统和工件系统。 新知学习 02 五轴加工刀具能有效克服刀具在传统三轴环境下的不足，两者的应用比对见表2。 新知学习 02 (一)五轴加工刀具介绍 表3-1-2传统三轴加工相比五轴加工刀具的应用比对 序号 三轴加工 五轴加工 1 刀具过长引发刀具振动 五轴空间摆动，缩短刀具装夹长度刚性更好 2 表面粗糙度超差 高刚性保证振动减少，表面质量高 3 多次装夹频繁换刀，加工效率下降 大多数情况下，一次装夹加工效率更高 4 刀具数量增加，成本过高 充分利用空间偏摆，所需刀具数量相对更少 5 重复对刀造成累计误差等问题 对刀数量更少，加工误差相对更少 五轴加工中常用的刀具： 新知学习 02 (一)五轴加工刀具介绍 1 2 3 4 面铣刀 球头立铣刀 圆鼻铣刀 锥度铣刀 新知学习 02 (二)五轴加工刀柄介绍 合理地选用刀柄不仅可以提高加工精度，还可以有效降低工艺难度。 根据机床的主轴锥孔不同分为 通用刀柄 高速刀柄 课堂小结 03 本节课学习了多轴加工技术的基础知识，主要包括数控多轴加工技术的概念、优点，数控多轴加工机床的种类，多轴加工的工艺与基本操作，多轴加工技术的分类与特点，数控多轴加工的刀具；通过学习应认识到多轴加工技术对制造业的重要性，能区分多轴加工类型与机床种类，并能给个应用本节所学知识进行多轴加工的工艺与基本操作等相关问题的分析。 小试牛刀 (1)以下数控系统中，属于我国自行研制开发的系统是( )。 A.法那科 B.西门子 C.三菱 D.华中数控 (2)在对工件的侧面螺纹铣削加工时，需要( )轴联动。 A. X、Z、C B. B、Y、X C. B、C、Z D. X、Y、Z (3)多轴加工半精加工时，工艺的安排原则是( )。 A.给精加工留较多的余量 B.给精加工留不均匀的余量 C.给精加工留足够的刚性 D.不用考虑精加工的刚性 1.知识抢答闯关 小试牛刀 (4)多轴加工时锥度铣刀更适合用来加工( )。 A.平面 B.侧壁 C.轮廓清根 D.键槽 (5)1999年我国在机床展会上展示了_____台五轴联动数控机床。 (6)多轴加工的特点。 1.知识抢答闯关 小试牛刀 (7)数控机床的C轴是指_____轴旋转的坐标。 (8)针对“球头立铣刀和圆鼻铣刀均可用于曲面加工，二者的加工效果和适用场景完全一致”这一说法进行讨论，并进行组间辨析。 (9)结合文档中我国五轴联动数控机床的发展历程，分析目前我国高端机床行业面临的挑战及突破方向。 1.知识抢答闯关 2.点评计分 小组 名次 小试牛刀 作业布置 04 为什么多轴加工技术特别适合模具行业的加工需求？请结合模具加工的特点和多轴加工的优势进行分析。 感谢观看 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.1 $