行业资讯

为什么双摆角铣头那么贵?

2022-06-22 11:11:36 147小编 142

这篇文章关于五轴机的转台和铣头部分,揭开了一点实质性的问题的盖子,可能会得罪同行,你可以鄙视我,但我是不会改的。

文章的开头请看一下中央电视台一个纪录片中对摆角铣头的价值的描述。因为腾讯的限制,我只截取了一小段视频。摆角头的价值,远远超过同等重量的白银。换句话说,你很难在国内买到一个AC双摆的铣头。

我第一篇文章说到直线运动和圆周运动,第二篇文章提到了五轴机里有2160种,实用的有几十种,但归根结底,从软件控制的角度上来分只有三大类:

1。摇篮工作台式:两个旋转轴都在工作台上(工件端),典型代表是框式五轴机,见下图:

图片关键词但在普及五轴机的道路上,可能在普通三轴立式加工中心的基础上直接叠加一个小型摇篮工作台的懒汉式五轴机还是不可或缺的一种过渡机型,如下图(因为这中立加在国内是产能过剩的,略微加强一下XY轴和底座还是可以用来做五轴机的):

图片关键词

2。双摆铣头式:两个旋转轴都在铣头上(刀具端)

比如这个图片关键词

3。一摆一转式:摆角铣头只有一个旋转轴,工作台也只有一个旋转轴:

图片关键词

图片关键词

在大中华地区,五轴机80%以上都是摇篮工作台式。哪怕只有一个旋转轴在刀具端的第三类(一摆一转式)都很少,更别说两个旋转轴都在刀具端的第二类了。

这是为什么呢?

原因很简单,不是摆角铣头不好,而是摆角铣头昂贵,更深层的原因当然是摆角铣头制造起来的难度远超转台。

下面咱们来分析一下为什么为这样。

我的第一篇公众号文章中说到,机床的圆周运动的实现方式目前只有两大类:机械式和直接驱动(电子)式,前者用蜗轮蜗杆(或者其变种),后者用直驱电机(又可称DD马达、DDR、力矩电机),这两种圆周运动都是有误差的,在空载情况下:

蜗轮蜗杆的定位精度最高可达38.6",

滚柱凸轮的定位精度可达10.6",

而DDR的理论精度可达0.5"以内甚至更高,但实际上只有5左右。

在做转台时,可以把蜗轮蜗杆副中的蜗轮直径或者DD马达的外径尽量接近工作台面的直径(因为成本和工艺的原因,一般只有台面直径的75%左右),这样做的目的是让机构的最大线性误差出现在工作台的最外沿,而工件只要不超过台面尺寸,误差从外到中心是按比例缩小的。

用图来说话就是下面这样子(此图是本公司的一个转台产品的部分结构图,桔黄色是蜗轮蜗杆副)

图片关键词

图片关键词如图所示,假如蜗轮蜗杆副的节圆或者DD马达动静子驱动节圆直径是500mm,工件的最大范围是350mm,如果在边沿的误差是0.02mm,那么在工件加工时的误差只有0.014mm.基本满足民用机加工的精度要求。

但行文至此,我有意无意把圆周运动的角度误差(xx.xx角秒)改成了圆周上的圆弧位移误差(0.xxxmm)了,这是为什么呢?

在机床上,准确的说在金属切削机床上(术语为金切机),工件加工最后的几何尺寸精度和表面光洁度是由线性位移精度决定的,哪怕是旋转轴,最终精度也应该用刀尖与工件接触处的位移精度来表示(因为五轴联动加工时,刀具与工件的相对圆周运转过程就是加工过程)。而我翻遍了国内外的五轴机整机制造商和五轴转台的制造商的样本图册,除了德马吉森精机的一个2米大转台明确标注其台面最大直径处位移误差精度达0.03mm——而且他们骄傲的宣称这是世界最高精度,无一例外的只标注角度定位精度为多少角秒,根本不敢根据自己的回转直径换算成位移精度。

市场上的现实是:AC摇篮工作台,如果用蜗轮蜗杆的,不论转台尺寸大小,A摆角度精度为30-60,C摆角度精度为10-20,如果是用DD马达的,A摆一般标的是8,C摆一般标的是3-5,我按他们的回转直径换算成位移精度,大多数仅为0.01-0.02mm,高精度的是0.005-0.008mm的,而随便一个小厂出品的三轴机线性轴精度都在0.002mm以内。要想把转台也好,铣头也好,最大回转处的位移精度做到跟直线轴一样高还是很难的,所以五轴机还有很长的路要走。

[换算算法很简单:一个圆周的周长为πD,分为360度,每度又分为3600(角)秒,所以不论圆的直径多少,一秒对应的弧长就是1/1296000的圆的周长,他们给的多少秒的精度,根据回转直径很容易算成圆的最外沿的位移精度。]

现在可以回答标题中的问题了,为什么双摆角铣头那么贵?

因为在转台中,圆周动的机构可以做的足够大(C轴接近台面直径,A轴接近回转直径),让最大误差在最大的回转边沿处,工件大小不超过AC的回转直径,实际加工时精度是比工作台标称精度要高的。

而摆角铣头不同,由于铣头空间远远不如转台来的宽裕,圆周运动机构不可能做到回转直径那么大,特别是AC(或者BC)双摆角铣头,A摆机构就象机械手关节一样缩在一个300-500的空间里,而在A摆的回转中心到刀尖的距离一般超过350-500,相当于一个700-1000的台面的转台,更重要的是,回转机构的位移误差从中心到边沿是放大的(这一点跟转台正好相反),所以,要想在刀尖处的精度达到0.002mm以下的精度,那么,铣头内部驱动机构的位移精度要达到0.00066mm,即使把标准降低到0.01mm,内部机构精度也要0.0033mm.

图片关键词

这个图除了能说明铣头的驱动机构的精度要求更高,也说明了为什么象DMG这样大型的德国日本集团式机械式企业只做单摆铣头而不做双摆铣头:因为他们出品最多的B摆铣头,B摆的驱动机构可以藏在立柱里面或者加工空间的后面,可以做得很大,象工作台一样,让驱动机构的节圆直径尽量接近刀尖的回转直径。而AC双摆铣头,A摆是无处藏身的,驱动机构只能做高精度小直径才行。所以答案揭晓,本文结束。谢谢。

本方标题图片为德国CyTec(西泰克)公司出品AC双摆角铣头,特别鸣谢其总代理北京伊贝格机械有限公司。要购买铣头者可联系我,也可直接上网搜索其品牌。

首页
产品
新闻
联系