Entwicklung und Trends von CNC-Werkzeugmaschinen mit 5-Achsen-Verknüpfung

CNC-Werkzeugmaschinen dienen als „industrielle Muttermaschine“ der Geräteherstellungsindustrie dazu, die Entwicklung nationaler industrieller Stärke zu fördern und den Aufbau von Produktionskapazitäten für wichtige strategische Geräte zu beschleunigen, was das höchste Niveau der 5-Achsen-Verbindungs-CNC-Maschine der Werkzeugmaschinenherstellungsindustrie darstellt Das Werkzeugsystem ist ein Maß für die Fähigkeit eines Landes, komplexe und präzise Teile auf dem Stand der Technologie und Automatisierung der nationalen Produktionsausrüstung herzustellen.

Ein wichtiger Standard des technischen Niveaus der nationalen Automatisierung von Produktionsanlagen. Mit der Entwicklung der Industrie gelten CNC-Werkzeugmaschinen mit fünf Achsenverbindungen als die wichtigsten hochpräzisen Bearbeitungsgeräte für die Luft- und Raumfahrt, die Schifffahrt, das Militär, klassifizierte Instrumente, hochpräzise medizinische Geräte und andere Bereiche der Verarbeitung und Herstellung von Schlüsselkomponenten .

Als schwierige, weit verbreitete Computersteuerung, Hochleistungs-Servoantrieb und Präzisionsbearbeitungstechnologie in einer der CNC-Werkzeugmaschinentechnologien, 5-Achsen-Verbindungs-CNC-Werkzeugmaschinen und den traditionellen dreiachsigen CNC-Werkzeugmaschinen, im Vergleich zu unersetzlichen Vorteilen:

(1) Fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen können bearbeitet werden. Dreiachsige CNC-Werkzeugmaschinen können die komplexe Form des Werkstücks nicht verarbeiten, der Bearbeitungsprozess kann Werkzeuginterferenzen wirksam vermeiden. Beispielsweise können bei der Bearbeitung von Luft- und Raumfahrtanwendungen wie Laufrädern, Schaufeln, Ganzblattscheiben und anderen Teilen fünfachsige Werkzeugmaschinen mit einem kürzeren Werkzeug bearbeitet werden, um die Systemsteifigkeit zu erhöhen, die Anzahl der Werkzeuge zu verringern und die Erzeugung zu vermeiden von Spezialwerkzeugen.

(2) Im Vergleich zu dreiachsigen CNC-Werkzeugmaschinen können fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen die Anzahl der Spannvorgänge und Bezugspunktkonvertierungen sowie die Anzahl der verwendeten Vorrichtungen reduzieren, um die Bearbeitungseffizienz und Bearbeitungsgenauigkeit erheblich zu verbessern.

(3) Fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen mit hoher Flexibilität, hoher Präzision, hoher Integration und umfassenden Bearbeitungsmöglichkeiten können eine gute Lösung für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und andere Bereiche des Entwicklungsprozesses neuer Produkte mit Genauigkeit und Zyklus komplexer Teilebearbeitung sein Zeit, wodurch der Entwicklungszyklus erheblich verkürzt und die Erfolgsquote neuer Produkte verbessert wird. Gegenwärtig sind CNC-Werkzeugmaschinen mit Fünf-Achsen-Verbindung zum Brennpunkt und Schwerpunkt der Entwicklung der hochwertigen CNC-Werkzeugmaschinenindustrie in verschiedenen Ländern geworden.

Die Grundstruktur von CNC-Werkzeugmaschinen mit fünfachsigem Gestänge

Die aktuellen fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschinen verfügen meist über „3 + 2“-Strukturen, d. h. drei lineare Bewegungsachsen X, Y, Z plus die Drehung der X-, Y- und Z-Achse um die drei A-, B- und C-Achsen Rundachsen in Zweierkombination. Daher haben CNC-Werkzeugmaschinen mit fünfachsiger Verknüpfung aus der allgemeinen Klassifizierungsrichtung X, Y, Z, A, B; X, Y, Z, A, C; X, Y, Z, B, C drei Formen. Fünfachsig verbundene CNC-Werkzeugmaschinen sind nach der Kombinationsform zweier verschiedener Drehachsen unterteilt und haben hauptsächlich drei Formen: Doppeldrehtischtyp, Drehtisch plus Pendelkopftyp und Doppelpendelkopftyp.

1.1 Doppeldrehtischstruktur von fünfachsig verbundenen CNC-Werkzeugmaschinen

Die Drehtischstruktur dieser Werkzeugmaschine mit fünfachsigem Gestänge ist die doppelte Drehtischstruktur aus A-Achse und C-Achse. Der auf dem Bett aufgestellte Tisch kann um die X-Achse, die als A-Achse definiert ist, gedreht werden. Der Arbeitsbereich der A-Achse beträgt im Allgemeinen 30° bis 120°. Der in der Mitte des Tisches angebrachte Drehtisch kann sich um die Z-Achse drehen, die als C-Achse definiert ist, und die C-Achse kann sich um 360° drehen. Durch die Kombination von A- und C-Achse können daher auf dem Tisch befestigte Werkstücke mit Vertikalspindeln auf allen fünf Flächen außer der Unterseite bearbeitet werden.

1.2 Fünfachsige CNC-Werkzeugmaschine mit Drehtisch und Pendelkopfstruktur

A-Achse, B-Achse oder C-Achse können der Drehtisch und der Pendelkopf der Werkzeugmaschine sein, sodass die fünfachsig verbundene Werkzeugmaschine mit der Drehtisch- und Pendelkopfstruktur verschiedene Kombinationen realisieren kann, um sich an unterschiedliche Bearbeitungen anzupassen Objekte. Der Vorteil dieses Aufbaus besteht darin, dass die Spindel der Maschine eine flexible Bearbeitung ermöglichen kann und durch die Vergrößerung des Tisches der Maschine die Bearbeitung großer und komplexer Werkstücke realisiert werden kann.

1.3 Fünfachsige CNC-Maschine mit Doppelpendelkopfstruktur

Die Struktur des Pendelkopfes mit einer losen Zugmesserstruktur der Spindel, daher sollte die Größe des Doppelpendelkopfes selbst nicht zu klein sein, im Allgemeinen im Bereich von 400 mm bis 500 mm, gepaart mit der Notwendigkeit eines Doppelpendelkopfbereichs für Aktivitäten. Doppelpendelkopfstruktur von fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschinen mit einem größeren Bearbeitungsbereich, im Allgemeinen vom Portaltyp oder vom Portaltyp mit beweglichen Balken, die Portalbreite liegt im Allgemeinen im Bereich von 2000 mm bis 3,000 mm. Gegenwärtig verwendet die fortschrittlichere Fünf-Achsen-Gestänge-Pendelkopfstruktur für Werkzeugmaschinen mit Doppelpendelkopf im Allgemeinen einen Drehmomentmotor mit „Nullübertragung“-Technologie und eine „Nullübertragung“-Technologie in der Drehachse der Anwendung, um das Problem der Steifigkeit und Genauigkeit zu lösen die Übertragungskette der wichtigsten technischen Wege.

Der aktuelle Stand der Forschung in verschiedenen Ländern

Fünf-Achsen-Verbindungs-CNC-Werkzeugmaschinen-Forschungsstatus jedes Landes. Derzeit ist die 5-Achsen-Verbindungs-CNC-Werkzeugmaschinenforschung im Ausland hauptsächlich in Europa und den Vereinigten Staaten als Vertreter der entwickelten Länder, Japan, vertreten. Diese Länder repräsentieren das höchste Niveau der heutigen Fünf-Achsen-Maschinen Verknüpfung von CNC-Werkzeugmaschinen. Da sich der technologische Fortschritt und die gesellschaftlichen Anforderungen an hochwertige CNC-Werkzeugmaschinen ständig verbessern, ist die CNC-Technologie des berühmten fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschinengroßunternehmens auf Hochgeschwindigkeit, Hochpräzision, Intelligenz, Verbundwerkstoff und hohe Zuverlässigkeit ausgerichtet , und grüne Richtung der Entwicklung.

Deutschlands SycoTec (SycoTec) Die Hochgeschwindigkeits-Präzisionselektrospindel 4015DC-R-HSK63 wurde auf fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinenbearbeitungszentren angewendet, sodass der Bearbeitungsbereich der Werkzeugmaschine von ursprünglich 0 bis 24,000 U/min auf 0 bis 100,000 U/min erweitert werden konnte -Achsen-Ultrahochgeschwindigkeits-Präzisionsbearbeitung und die Werkzeugmaschine mit Standard-HSK-63-Werkzeughalter, um die Standardgeschwindigkeit zu erreichen. Die Verwendung von Standard-HSK-63-Werkzeughaltern an der Maschine ermöglicht standardmäßig schnelle, reibungslose Werkzeugwechsel und verkürzt die Maschinenstopps Dadurch werden die Produktionsleistung und -effizienz gesteigert und der Bearbeitungsbereich der Maschine erweitert. Zimmermann Das Unternehmen hat fünfachsige, verbundene CNC-Werkzeugmaschinen entwickelt, die mit M3ABC und gebogenen Führungsbahnen ausgestattet sind. High-End-dreiachsiger Fräskopf, mehr als eine B-Koordinate, das heißt, A, B, C enthält drei verschiedene rotierende Koordinatenköpfe, die fünfachsig verbunden sind CNC-Werkzeugmaschinen mit ausgezeichneter Steifigkeit und relativ kompakter Struktur, da drei verschiedene Koordinatenköpfe A, B und C eingebaut sind, wodurch der Ablenkungsbereich vergrößert wird. Der C-Achsen-Rotationsprozess ist nicht eingeschränkt, was die Genauigkeit der fünfachsig verbundenen CNC-Werkzeugmaschine während der Bearbeitungsvorgänge verbessert.

Frankreich Soma (SOMAB) Das vom Unternehmen hergestellte fünfachsige DIAM-Bearbeitungszentrum ist leistungsstark und spannbar und kann durch Drehen, Fräsen, Bohren, Bohren, Drehen und Fräsen, Zahnradbearbeitung, Kurbelwellenbearbeitung, Online-Tests und andere Verbundarbeiten erreicht werden und steigert die Effizienz erheblich die Bearbeitungs- und Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine.

Der Hurco der Vereinigten Staaten (Hurco) Unternehmen hergestellte Fünf-Achsen-Bearbeitungszentren der Typ-I-Serie mit versetzter Spindel, die Verwendung einer integrierten Elektrospindel und die Konfiguration von hochpräzisen Keramiklagern, der Bearbeitungstisch kann keine Winkelbeschränkung der kontinuierlichen Drehung sein, reduzierte Schlagzeit, kann die maximieren Werkzeugvorschub, in der komplexen Teilekonturierung hat eine hervorragende Leistung. Das von Haas hergestellte multifunktionale 6-Achsen-CNC-Bearbeitungszentrum VF-5TR bietet eine vollständig synchronisierte 5-Achsen-Bewegung und kann das zu bearbeitende Werkstück in nahezu jedem Winkel positionieren, was die Bearbeitungsflexibilität verbessert.

Die ultrapräzise 40-Achsen-CNC-Werkzeugmaschine YASDAYBMVi5 von YASDA Industries, Ltd. (YASDA) verfügt über einen starren Körper mit integrierter Brückenstruktur, der eine hochpräzise Bearbeitung und hohe Oberflächenqualität im Werkzeug- und Formenbau ermöglicht. Yamazaki Mazak Corporation (Mazak) hat das multifunktionale Fünf-Achs-Gelenkbearbeitungszentrum der VARIAXISi-Serie entwickelt, das die komplexe Biegeflächenbearbeitung großer und schwerer Teile in einer einzigen Aufspannung durchführen kann. Diese Geräteserie basiert auf dem Done-in-One-Konzept, das es ermöglicht, die gesamte Bearbeitung vom Rohmaterial bis zum Endprodukt auf einer einzigen Maschine durchzuführen. Es verkürzt die Bearbeitungszeit erheblich und verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit.

Südkoreas Hyundai Weiya (HYUNDAIWIA) stellte ein Hochgeschwindigkeits-Hochpräzisions-Fünf-Achsen-Vertikalbearbeitungszentrum XF6300 mit fortschrittlichen Formprodukten und hochpräzisen Bearbeitungseigenschaften aus. Die Maschine verfügt über eine integrierte Hochleistungsspindel mit 15,000 U/min, die auf die übertragen werden kann Durch die Minimierung der Vibrationsachse in Kombination mit der hochpräzisen Diversifizierung der Spindel kann eine hochpräzise Bearbeitung im Mikrometerbereich erreicht werden. Italien FIDIA (FIDIA) brachte ein fünfachsiges Hochgeschwindigkeits-Fräs-Vertikalbearbeitungszentrum mit einer Hochgeschwindigkeitsspindel von bis zu 24,000 U/min und einem AC-Fünf-Achsen-Oszillationskopf auf den Markt, das hauptsächlich für Automobilstoßstangen, Lampen, Innenformen und Kunststoffformen verwendet wird. und andere Hochgeschwindigkeits-Fünf-Achsen-Fräsbearbeitungen.

Chinas Huazhong Die von CNC entwickelte 8-Typ-8-Achsen-CNC-Systemgeräte-Hardware- und Software-Architektur wird in der offenen, volldigitalen Bus-CNC-Systemarchitektur im Hinblick auf die Bustopologie, die Verwendung einer Ring- oder Linearstruktur und die Verbindung mit einem Standard verwendet Busschnittstellen-Servoantrieb, E/A-Einheit oder Datenerfassungsmodul, wodurch das Fünf-Achsen-System und verschiedene Drehtisch-CNC-Werkzeugmaschinen flexibel kombiniert werden können, was die Verarbeitungseffizienz erheblich verbessert. Derzeit wird das 5-Achsen-CNC-System vom Typ Huazhong 5 in 5-Achsen-Portalbearbeitungszentren mit AC-Pendelkopf, 5-Achsen-Vertikalbearbeitungszentren mit BC-Pendelkopf, 5-Achsen-Bearbeitungszentren mit beweglichem Balkenportal und anderen XNUMX-Achsen-Bearbeitungszentren eingesetzt hochwertige CNC-Werkzeugmaschinen.

Entwicklungstrend und Zukunftsaussichten

Aus dem oben genannten Forschungsstand von CNC-Werkzeugmaschinen mit fünfachsigem Gestänge geht hervor, dass der Entwicklungstrend von CNC-Werkzeugmaschinen mit fünfachsigem Gestänge heute wie folgt lautet:

1) Hochgeschwindigkeit. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Werkzeugmaschinentechnologie haben der interne Hochgeschwindigkeitsvorschubmechanismus von Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen mit fünf Achsen, die elektrische Hochgeschwindigkeitsspindel usw. einen Durchbruch erzielt, so dass die Spindelgeschwindigkeit der CNC-Werkzeugmaschine verbessert wurde und der Bereich des Futtervolumens wird größer. Unter anderem hat die tatsächliche Geschwindigkeit der linearmotorgetriebenen Spindel jetzt 100,000 U/min erreicht, während die Vorschubbewegungsteile der schnellen Bewegung die tatsächliche Geschwindigkeit 120 m/min erreicht haben und die Schnittvorschubgeschwindigkeit des Werkzeugmaschinensystems 60 m/min erreicht hat , wodurch die Bearbeitungszeit der Teile und die Nebenzeit effektiv reduziert und die Produktivität verbessert werden.

2) Präzision. Die Präzision der CNC-Werkzeugmaschinenbearbeitung mit fünf Achsenverbindungen ist sehr hoch. Mit der Entwicklung computergestützter Fertigungssysteme (CAM) hat die Präzision den Mikrometerbereich erreicht. Bei der Bearbeitung hochpräziser Teile kann die Maßhaltigkeit und Formgenauigkeit der Teile gewährleistet und Bearbeitungsfehler vermieden werden.

3) Zusammengesetzt. Die 5-Achsen-Verbindungs-CNC-Werkzeugmaschine ist an die Bearbeitung polyedrischer und gekrümmter Oberflächenteile angepasst und erschien mit der Entwicklung der Werkzeugmaschinen-Verbundtechnologie, dem Aufkommen von fünfachsigen Fräs- und Drehbearbeitungszentren für Verbundwerkstoffe sowie Bohr-, Fräs- und Bohrbearbeitungszentren für Verbundwerkstoffe Fräs-, Bohr-, Bohr- und Drehbearbeitungszentren für Verbundwerkstoffe usw., mit denen viele Bearbeitungsvorgänge gleichzeitig ausgeführt werden können, wodurch die Bearbeitungseffizienz erheblich gesteigert wird. Beispielsweise können bei der Bearbeitung komplexer Teile Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und andere Vorgänge gleichzeitig durchgeführt werden, wodurch der Teilebearbeitungszyklus verkürzt wird.

4) Intelligent. Mit der Entwicklung von künstlicher Intelligenz, Big Data, dem Internet der Dinge und anderen Technologien haben sich CNC-Werkzeugmaschinen rasant in Richtung Intelligenz entwickelt, und derzeit hat der Bearbeitungsprozess von CNC-Werkzeugmaschinen eine intelligente Optimierung und Auswahl der Bearbeitung realisiert Parameter, adaptive Steuerung des Bearbeitungsprozesses, intelligente Eigendiagnose von Bearbeitungsprozessfehlern und Selbstreparatur, intelligente Fehlerwiedergabe des Bearbeitungsprozesses und Fehlersimulation sowie intelligente AC-Servoantriebe.

5) Flexibilität. Fünf-Achsen-Verbindungs-CNC-Werkzeugmaschinen verfügen über eine starke Anpassungsfähigkeit an komplexe Oberflächen und andere Änderungen bei der Bearbeitung von Objekten. Das zu bearbeitende Werkstück kann nach dem Einspannen nach einigen Oberflächen und vielen Winkelbearbeitungen realisiert werden, wodurch die Bearbeitung gewöhnlicher CNC-Werkzeugmaschinen vermieden wird Es kommt häufig vor, dass sich die Art der Arbeit, der Arbeitsprozess zwischen dem Übertragen der Teile und dem Anreißen der Linie usw. ändert. Derzeit bewegen sich CNC-Werkzeugmaschinen in Richtung Einheiten- und Systemflexibilität.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die fünfachsigen CNC-Werkzeugmaschinen auf die schnelle, hochpräzise, ​​zusammengesetzte, intelligente und flexible Richtung der schnellen Entwicklung zubewegen, die eine neue Herausforderung für die Zukunft mit sich bringen wird CNC-Bearbeitung Industrie!