一、 名稱定義
cnc走心機全稱走心式數(shù)控車床,簡稱走心機,學名定義:主軸箱移動式數(shù)控車床。
車床的走心模式起源于瑞士,在國際上稱為瑞士精密自動車床。
絕大多數(shù)走心機以縱切的形式進行車削,因此在中國市場又稱縱切式數(shù)控車床。
因數(shù)控走心機標準配置都帶有側(cè)面動力頭,可以完成銑削工藝,又稱走心式車銑復合車床。
二、 原理
1、 cnc走心機與數(shù)控走刀機的區(qū)別
cnc走心機與數(shù)控走刀機都屬于數(shù)控臥式車床。
傳統(tǒng)的數(shù)控車床以走刀模式為主,稱為走刀車床。
在上料裝夾方面分為:機械手、棒料送料機、人工上料等方式;
但產(chǎn)品單次夾持位始終保持不變,不能進行多次送料,只能通過主軸C軸的旋轉(zhuǎn)及刀架Z/X/Y移動對產(chǎn)品進行加工。
針對長軸類產(chǎn)品只能采用頂針頂著端面以及額外安裝跟刀支架,但最終很難做到理想精度以及一次性完成產(chǎn)品工藝要求。
而走心機則是刀具始終在固定的位置,通過主軸Z軸的前后移動以及C軸旋轉(zhuǎn)對產(chǎn)品進行加工,支持多次送料,理論上單個產(chǎn)品的長度可以達到送料機支持的單根材料最大的最大長度。
建克走心機目前做過最長的單個產(chǎn)品為材質(zhì)45#不銹鋼,直徑20mm,長度1780mm。
因此相比于走刀式的機床,走心機車削時,棒料軸向進給通過中心導套,刀具切削點緊靠導套口端,剛性好,消除了棒料在刀具切削壓力作用下的變形,保證了零件的精度,加工細長軸類零件有絕對性的優(yōu)勢。
2、cnc走心機對原材料的要求
走心機正常情況下只支持長棒料(單根2-4米)批量加工;不能像走刀機一樣,可短料單件加工。同時因為棒料需要通過整個主軸及夾頭、導套,走心機對原材料的直線度、橢圓度要求也較高。
一般需要2至4米的磨光棒料,表面粗糙度不大于Ra2.5,棒料直徑公差在0.020mm以內(nèi),每根棒料的圓度是制品的最小公差尺寸的1/3~1/2,錐度在0.020毫米以內(nèi)變化。
直徑與直線度 | 允許范圍 |
大彎曲度 每1000mm | 小彎曲度 每300mm |
A級 | B級 | C級 | A級 | B級 | C級 |
φ3mm以下 | ----------- | ----------- | ---------- | 0.025mm以內(nèi) | 0.05mm以內(nèi) | ----------- |
φ3-10mm | 0.25mm以內(nèi) | 0.5mm以內(nèi) | 1mm以內(nèi) | 0.1mm以內(nèi) |
φ10-38mm |
以上表格及參數(shù)只適用于絕大多數(shù)產(chǎn)品及材料,僅供參考。實際加工根據(jù)最終產(chǎn)品的公差要求以及工藝安排,可適當放寬或者加嚴對原材料的要求。
3、 走心機有導套模式與無導套模式的區(qū)別
因走心機采用長棒料加工,在整根材料的末端需要留有余量給予夾具夾持的空間,因此走心機加工存在尾料浪費的弊端。
建克全系列走心機均具備有導套(走心)與無導套(走刀)兩種切削模式任意切換的功能。
三、 走心機加工區(qū)域的結(jié)構(gòu)
走心機主要加工區(qū)域的結(jié)構(gòu)由主軸(副主軸)及刀架構(gòu)成。
1 、主軸:具備 Z 1 軸方向移動及 C 1 軸任意分度旋轉(zhuǎn)及定位,支持多次送料;
2 、副主軸:具備 Z 2 、 X 2 軸方向移動及 C2軸任意分度旋轉(zhuǎn)及定位,輔助主軸加工、接料,以及在副軸對應的刀架上完成產(chǎn)品的后續(xù)工序,加工過程中使用獨立的控制通道,與主軸互補干預,實現(xiàn)兩個主軸同時加工,縮短產(chǎn)品的整體加工效率。
3 、刀架:
①、車刀:位于主軸刀架,可實現(xiàn)車槽、車外徑、車螺紋、切斷等工藝。
②、側(cè)面動力頭:位于主軸刀架可對產(chǎn)品進行鉆孔、攻絲、鋸槽、銑扁、銑槽等工藝加工,部分機型支持拔插拓展功能,可加裝端面動力頭、旋風銑、角度動力頭等機構(gòu),完成更復雜工藝要求。
③、端面固定座:位于主軸刀架端面,以產(chǎn)品中心為圓心,配合主軸 C 1軸旋轉(zhuǎn),可對產(chǎn)品進行鉆孔、攻絲、鏜孔等工藝要求。
④、副軸端銑座:位于副軸刀架,通過刀架的Y2軸與副主軸的 X2 、 Z2 軸以及 C2 軸配合,對產(chǎn)品可進行鉆孔、攻絲、鋸槽、銑扁、銑槽等工藝加工,所有系列機型都支持拔插拓展功能。
四、 走心機型號
走心機的型號命名一般由設(shè)備最大的加工直徑、主軸數(shù)量及移動軸數(shù)作為參考命名。
1、 加工直徑范圍:
因走心機加工使用的是長棒料作為原材料,而且原材料要通過主軸,為了使加工精度更加穩(wěn)定,所以走心機根據(jù)不同直徑材料的離心率、主軸功率、主軸轉(zhuǎn)速等因素來確定加工范圍。
目前中國國產(chǎn)走心機的加工最大直徑型號為 12、16、20、25/26、32mm。
38mm機型因市場需求量小,研發(fā)成本大,絕大多數(shù)廠家因收益問題,不做研發(fā)。
個別廠家以32mm機型擴大主軸孔至38mm,生產(chǎn)偽38機,因為不是真正意義上的38機,其鋼性、扭矩力、電機功率及穩(wěn)定性存在很大的問題。
2、 移動軸以及主軸數(shù)量:
常規(guī)走心機根據(jù)主軸數(shù)量分為單主軸數(shù)控走心機及雙主軸數(shù)控走心機。
單主軸走心機 由主軸的 Z 軸、以及刀架的 X 、 Y 軸構(gòu)成,因此又稱為三軸走心機,標配車刀、側(cè)面動力頭和端面鏜刀座,由一個系統(tǒng)通道控制。
雙主軸走心機 除了具備單主軸走心機的 X 、 Y 、 Z 移動軸外,再增加了一個副主軸及多個移動軸。由兩個或者兩個以上獨立的系統(tǒng)通道控制,可完成更復雜多樣性的產(chǎn)品。
在加工能力上,單主軸走心機只能完成產(chǎn)品五個面的工藝,切斷面無法進行加工,而且在切斷產(chǎn)品的時候,受產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)時候的離心率以及產(chǎn)品的自重的影響下,在切斷刀過產(chǎn)品中心點之前,產(chǎn)品已經(jīng)離心力以及產(chǎn)品自重等原因自行折斷,因此會存在尾釘、毛刺,對產(chǎn)品要求較高的則需要二次處理去毛刺,該弊端所有的單軸車床都無法避免。
而雙主軸走心機 在單主軸完成工藝的基礎(chǔ)上,由副主軸接過主軸的產(chǎn)品,在副主軸的刀架上進行第六個面的加工。同時副主軸因為是獨立的通道,在副主軸接到主軸的產(chǎn)品之后,主軸立刻開始加工下一個產(chǎn)品,副主軸在同一時間運行進行第六個面的加工,兩邊同時運行,大大縮短了整體加工的效率。
各個走心機生產(chǎn)廠家對走心機的常規(guī)命名格式為(最大加工直徑) - (移動軸數(shù))
因此以最大加工直徑 20mm 為例,單主軸命名為 20-3 ,雙主軸則命名為 20-4 、 20-5 等等。
目前中國國產(chǎn)常規(guī)走心機最高為六個移動軸。 2015年由南京建克機械自主研發(fā)發(fā)明了最高支持支持九個移動軸的九軸數(shù)控走心機,由三個獨立通道控制,并獲得了發(fā)明專利,代表中國走心機最高水平。
五、 刀架排刀結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺勢
走心機刀架排布以車刀切入方向分為側(cè)排刀結(jié)構(gòu)和橫排刀結(jié)構(gòu)。
側(cè)排刀
優(yōu)勢:因刀具平均分布于兩側(cè),刀具之間的切換行程短,針對于用刀數(shù)量多、頻繁切換刀具的產(chǎn)品,加工效率有略微的節(jié)省。
缺點:刀具由側(cè)面切入,對難斷屑的材料(例如鋁)容易造成屑末纏刀,導致設(shè)備報警停止加工。
刀具排列緊密,無法使用拔插拓展功能。
橫排刀
優(yōu)勢:刀具由上方切入,與側(cè)排刀結(jié)構(gòu)相比較,更容易排屑,切削鋼性更強。
刀具一字排開,動力頭之間的排距比較充裕,支持各種拔插拓展功能。
缺點:因刀具都在刀架的上方,導致刀具行程較長,與側(cè)排刀結(jié)構(gòu)相比較,在頻繁切換刀具的情況下,所花的時間略微增加。
六、送料機構(gòu)
走心機只支持長棒料送料加工,而且長棒料會隨主軸的移動而進退材料,所以走心機的送料機與常規(guī)走刀機的送料機有所不同。
適合走心機的送料機分為鏈條式送料機與油膜式送料機。
鏈條式送料相比較便宜,適合產(chǎn)品精度要求低,對環(huán)境噪音污染無要求的企業(yè)。
油膜式送料機通過將材料封閉在料槽內(nèi),同時不斷注入潤滑油至料槽內(nèi),可保證材料旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性以及降低材料高速旋轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生的噪音污染。
七、走心機的優(yōu)點及應用領(lǐng)域
1、走心機的優(yōu)勢
綜上所述,走心機與傳統(tǒng)走刀機相比較有以下的優(yōu)勢:
①、長時間自動化運行:配合送料機的自動上料、自動換料,可實現(xiàn)24小時開機運行,除去刀具更換、保養(yǎng)維護等工作內(nèi)容,實際加工運行時間可達20-22小時;
②、省人工:走心機可同時一次完成車﹑銑﹑鉆﹑鏜﹑攻、雕刻等復合加工,將傳統(tǒng)多臺種類設(shè)備分工序加工整合一體,由一臺設(shè)備代替多臺設(shè)備,可實現(xiàn)一人看5-10臺走心機,降低人工成本;
③、提高合格率:因走心機車銑復合以及自動化于一體,使產(chǎn)品加工的一致性更強,避免了多道工藝多次裝夾造成的精度偏差,以及降低工人情緒化等因素造成的產(chǎn)品高報廢率。同時走心機的走心模式,保障了軸類產(chǎn)品的精度要求,是傳統(tǒng)走刀機無法代替的;
④、高效率:多通道多主軸可同時運行的加工方式,有效提高了產(chǎn)品的加工效率,為客戶創(chuàng)造更多的產(chǎn)品價值。
2、走心機的應用領(lǐng)域
走心機配合自動送料機可以實現(xiàn)24小時開機運行,根據(jù)走心機可同時一次完成車﹑銑﹑鉆﹑鏜﹑攻、雕刻等復合加工的特性,可一次完成多批量、高復雜度的產(chǎn)品,大大節(jié)省了人工成本,提高加工效率以及產(chǎn)品合格率。走心機主要應用于醫(yī)療、軍工、汽配、五金、電子、鐘表、通信等行業(yè)的精密五金、軸類異型非標件的批量加工。