并联装置是将原来机床的X、Y、Z轴重叠到一起,与所谓系列装置型不同的是,并联支持复数的支脚和臂、协调控制移动体的装置。 应用这种并联装置的机床最初是在1994年芝加哥国际机床博览会出现的。但是,由全坐标并联装置构成的6轴或5轴机床,据称在研发比较前进的欧洲也基本没有得到普及使用。 妨碍其实用化的原因有如下几点:1、由于没有物理性的向导面,机械精度难以充分体现出来。2、为确保高自由度、高速性能,就需要使作为移动体的主轴达到小型、轻量化,这就自然使得主轴加工能力降低。3、因操作复杂不好编程。4、倾斜角度比原来的5坐标机床小。 大隈(大隈官方网站,大隈社区,大隈产品一览,大隈应用案例)公司开发并投入到市场的并联加工机COSMO CENTERPM—600针对上述课题,已开始将产品运用于汽车零部件的批量加工、金属模具加
工等领域。这些加工领域对于加工设备的要求非常严格,并联加工机同原来的机床相比可大幅提高生产效率,
已经显示出效果。 精度等同于五坐标加工中心 日本研制的并联加工机,终于要把“梦幻机床”,带到现实世界。现正向着普及迈出新的一步。 大隈的COSMO CENTERPM—600,为了作为实用型并联加工机加以普及,也经历了解决上述课题的过程:为达到实用化而解决了一个一个课题,终于得到了市场的认可。 该机在机械精度方面,随着精度补正技术的提高,构成并联装置的部件和装配误差的影响都达到极小,从而达到了与五坐标加工中心同等水平的精度。随着当前精度补正技术的开发,产品的精度有望进一步提高。 主轴的加工能力,随着小型、高功率主轴的开发,也可达到与小型加工中心同样的加工能力。从铝材到40HRC硬度的埔里哈顿钢,加工范围很广泛。从机械
刚性方面看,随着主轴能力进一步提高,加工能力随之提高。 在操作性能上,实现了实时坐标变换(并联装置特有的逆结构变换),因此可以作到和加工中心同样操作性能的编程。又因以工具前端的旋转中心为控制点,同原来的五轴加工机相比,编程更加容易。 其加工范围不是把移动范围像过去的加工中心那样呈长方体形状,而是成为圆柱形状,这样,范围就更加扩大了。倾斜角度的特点是,根据倾斜角度变动移动范围,加上软限制,最大可达到土35度。 并联加工机的直线和旋转轴由于没有结构性的重叠,与原来的五面体加工机相比可进行高速、快速加
减速的进给。 主要实用例证 汽车零部件批量加工 在汽车部件批量加工方面,用于加工箱体的例子:以同一工具进行5轴的孔加工、圆柱体侧面加工和倒角,实现了工序集成,削减了工具数量。再加上发挥出COSMO CENTER PM—600的特点:高速钻加工(26sec/40个);高速攻丝(53sec/40个);高速ATC(C—C:3sec)等,同原来的工作台倾斜型五面体加工机相比,加工时间缩短了约30%。以铝压铸材料为加工对象时,尺寸达470*330*230。 有这样的例子,一台COSMO CENTERPM—600比一台加工中心和一台专用机合起来的效率还要高。可以认为,并联加工机在汽车部件批量加工领域,作为高柔性、高速加工机,能够作出很好的贡献。 轮胎侧面的文字加工 作为适于金属模具加工的例证,介绍在轮胎侧面作的文字和记号的加工。轮胎侧面的品牌文字在模具加工时,曲面为垂直加工,将主轴倾斜、避开球头立铣刀的前端进行加工,这就实现了高品味、高效率的加工。湿式切削时材质是铝合金(A7075)。和原来的五面体加工机相比,加工时间约为1/4,大幅度减少了加工时间。加工程序是以5轴通用CAM作成的。 机翼的结构部件
在飞机部件领域进行的是机翼结构部件的加工。由于有微倾斜壁,原来是用主轴头倾斜型的5轴加工机进行加工的,用COSMO CENTERPM—600加工,时间达到原来的1/10以下。湿式切削,材质是铝合金(A7075),尺寸是220*180*38。 作为机床的一种形态 为达到产业界提出的缩短加工时间的要求,高速化和工序结合(多轴化)是必不可少的。在高速化方面寄希望于采用直线电机的机床,在多轴化方面一般是期待于五面体加工中心的。虽由于加工对象工件的不同要求而有些差异,但并联加工机具有以上两方面的特性,今后会有很大贡献。
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