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第四轴
发布时间：
2021-02-08
一、简介在机械制造业、金属切削批量生产中，数控机床夹具的主要作用是保证加工精度，提高劳动生产率，扩大机床加工范围，保证生产安全，降低对工人的技术要求和减轻工人劳动强度。因此，机械工装夹具的设计制造在机械制造业中起到举足轻重的地位。传统的夹具大部分加工往往只用到X、Y、Z三个轴，如果在三轴加工中把第四轴也有效地利用起来，既充分发挥了设备的作用，也可以有效地缩短辅助时间和进一步提高加工的自动化程度。C
一、简介
在机械制造业、金属切削批量生产中，数控机床夹具的主要作用是保证加工精度，提高劳动生产率，扩大机床加工范围，保证生产安全，降低对工人的技术要求和减轻工人劳动强度。因此，机械工装夹具的设计制造在机械制造业中起到举足轻重的地位。
传统的夹具大部分加工往往只用到X、Y、Z 三个轴，如果在三轴加工中把第四轴也有效地利用起来，既充分发挥了设备的作用，也可以有效地缩短辅助时间和进一步提高加工的自动化程度。
CAD设计系统主要采用以交互式为主的半创成式设计方法，不能满足现代制造系统灵活、快速及夹具自动化的要求，单一工序多面加工需频繁更换夹具，工件多次装夹，精度低，阻碍了柔性制造系统（FMS）的发展。随着大量三维实体造型软件的兴起，如PRO/E、CATIA、UG、Solidworks等，推动夹具设计领域新革命。
加工中心的问世使机械加工业的发展迈进了一个新时代。对于有条件应用加工中心的使用者来说，所谓“加工难，精度低，劳动强度大”的话题已成过去，这是一个事实。
数控加工中心添加第四轴，可以使刀具加工的平面变得广泛，并且可以减少工件的反复装夹，提高工件的整体加工精度，利于简化工艺，提高生产效率。缩短生产时间，所以很多企业都需要用到四轴加工中心，三轴即XYZ三个直线移动坐标，第四轴一般一个旋转轴，可以使刀具与工件之间产生角度偏移，即刀轴与工件表面法线成一个角度，扩大加工的范围。
比如说一个物件在加工的时候通常可以前后上下左右移动。这种移动方式已经可以满足传统的加工需求。可是，在某些时候，工件仅仅这样移动，会带来不方便，比如当工件已经向下移动了，但此时想要加工工件的上表面，就不得不上移，这样的移动无疑增加了移动路程。如果此时工件自身可以旋转，就省去了向上移动的步骤。也就是说，所谓的第四轴，就是增加了工件可以自动旋转的能力。比喻不是特别恰当，但至少从某个方面说明了第四轴具备这样的一个功能。
二、实用性
从加工原理的角度看：多轴的加工中心夹具有对加工件进行复杂空间曲面的切削加工的功能，使绝大多数加工件在一次装夹加工中就能获得成型。而三轴加工中心只具有对工件的顶面进行切削加工的功能，若遇形状较复杂的加工件要在加工中获得成型，则要进行多次装夹加工。
从加工精度的角度看：多轴的加工中心在一次装夹的条件下完成整个加工过程，加工精度较容易满足。换句话说，在同一要求的条件下它较容易保证加工件的精度要求。三轴加工中心在加工形状较复杂的情况下，由于它要通过多次变换装夹才能完成对被加工件的加工，如果没有注意每次装夹的合理性（如夹具的设计制造；加工基准的统一；加工件位置的准确测量，即俗称“对刀”等），被加工件的精度要求大多数还是很难保证的。在承接外加工任务时，除了要在数控机床上进行正常的轮廓、孔的加工，有时还需要加工曲线、曲面类零件，而这些加工在普通的三坐标数控机床上是很难完成的，此时可以在数控机床上安装第四轴，扩展机床功能，使成本投入大幅降低。在三轴数控加工中心工作台上安装数控分度头作为第四轴，通过此种改造，不仅能把在数控机床上需要多道工序的加工集中在一次安装中完成，增加了机床的自由度，扩展其功能，而且提高了加工精度、质量和效益。
第四轴对于原料的使用也是有着严格的要求的，一般都是由高级的材质以及通过高精密度的轴承制作而成。因此，它在定位上是能够达到一个十分精准的要求的。并且也能很好的用于机械之间的间隙调整，因为第四轴品质的优良性，它有着很好的承重效果并且还可以进行淬火作业，有十分不错的硬度能力。
第四轴可用精密度很好的轴承制成的，会有很强的定位技术水平，便于间隙调整。
第四轴可利用比较好的树脂砂来进行铸件，有着较大的承重，还可以进行淬火工作。
第四轴的硬度可以很高，性能更有保障。有着很长时间的使用寿命，噪音也是非常小的。第四轴不管是在定位还是重复定位上他的精度都是毋庸置疑的。
三、优点总结
在数控加工中心对绩效进行加工的过程中，利用四轴加工技术与传统的车床加工技术相比，具备很多的优点，主要体现在以下几个方面，
首先是通过四轴加工技术可以完成机床加工不能完成的复杂面的加工，现阶段随着人民生活水平的提高，对加工件的复杂性要求也在逐渐的上升，所以必须通过四轴加工技术来完成一些较为复杂的曲面自动化加工过程。其次是由于四轴加工技术可以同时对加工件的几个面进行加工，所以有效的节省了加工的时间，这样不仅能够提升加工的效率，还能够保证工厂的效益得到有效的提高。
最后是由于四轴加工可以通过计算机编程的方式，所以可以更加准确的控制数控加工中心的实际运行过程，不仅可以有效的提高被加工件的加工准确性，还能够保证被加工件出现较少的残次品，从而提升工厂的利益，节省原材料。
除了四轴加工过程中，与普通机床加工相比，存在以上几个优点外，四轴加工对于机械件的加工过程也存在以下几个特点
1. 由于在四轴加工过程中，加入了旋转轴，所以对于曲面的加工可以极大的提高加工的精度和效率；
2. 由于三轴加工普通车床在机械加工的过程中，不能够对于装夹过长的工件进行加工，所以通过四轴旋转轴工作才可以完成对装夹过长的工件进行加工；
3. 由于在机械加工的过程中，如果使用三轴加工，需要针对加工件的每一个不同的工艺面的要求进行重新的定位，而通过四轴加工可以有效的节省这些工序，保障可以一次性的完成加工件的加工过程，既节省了工作时间，又能够极大的降低加工过程中的定位误差，从而使加工件能够更加满足工艺性能要求；
4. 由于定位出现的误差较少，因此对刀具的保护效果也相对提高，从而延长刀具的使用寿命。
目前随着不同工厂对工艺品性能要求的水平不同，所以在加工过程中，需要对不同的工艺品性能要求进行不同方式的编程，例如对于相对较为简单的工艺品性能要求可以使用手动编程，这样可以有效的简化所编写的程序，并且可以更加简单的处理程序。而对于工艺性能要求较高的工艺品，需要进行自动编程。自动编程的过程中对数控系统的应用，要有清晰的思路。无论是哪种编程，首先都需要对零件的模型进行有效的分析和计算，保证能够在零件上得到相应的数据，并且合理的与四轴加工中的X 轴和A轴进行位置的标定，从而使刀具的刀轴方向始终和加工面的方向垂直或者平行。
由于四轴加工在实际应用过程中具备很多的优点，所以在数控加工中心未来的发展进程中，四轴加工甚至五轴加工将会成为发展的潮流趋势，并且也能够有效的提升工厂的效益，所以负责四轴加工控制的工作人员要不断的提升编程的水平，并且能够保证多轴数加工可以更加准确高效。从而有效的降低原材料的损坏率，提升工厂的效益。
四、分度盘和转台
一般情况下加工中心有X、Y、Z三个基本轴，其他旋转、进给轴为第四轴，后者可以实现刀库定位，回转工作台、分度头的旋转定位，更高级的系统还可以与基本轴进行插补运算，实现四轴、五轴联动。一般多面体加工，如涡轮式空压机壳体的四面孔、槽的加工可以由第四轴分度头功能来完成，一次装夹就可以完成多道工序，其加工精度、效率得以显著的提高。
在通过分度盘和转台使用第四轴的情况下，分度盘和转台自身精度很大程度上影响使用第四轴加工的准确性。
数控转台按照结构划分：
第一种结构为涡轮涡杆结构，这种是常见的结构，大部分转台是采用此结构。这些转台也是传统的结构，通过电机带动齿轮，通过齿轮带动转台旋转，但这种结构刚性方面还可以，大部分的机床增加第四轴功能，都是采用此类转台。
第二种结构DD马达结构，这种是采用电机直接驱动，其速度高，定位精度也可以实现非常高，但其缺点是刚性差，适合于轻切削加工，目前国内用在3C行业的就有采用DD马达的。
第三种结构采用滚子凸轮结构，这种典型的是日本的三共转台。其特点是具备很好的精度和效率。同体积性能占重量比传统的要轻。
第四种结构为谐波减速机结构，这种结构是近几年伴随3C手机外壳加工，而产生的一种转台，这种转台几乎使用在此行业。
第五种结构采用PRG齿轮箱结构，该方式典型的转台为瑞士的雷曼。该转台采用坚固的轮齿+ 钢制齿轮和蜗杆，边缘涂层硬化且经磨削，在油池中运行+ 4 头蜗杆无间隙存放+ 长时间无间隙预夹紧+ 长期高度精密，近乎无磨损。让其转台可以广泛应用在设备主机厂。
分度盘：
分度盘是将工件夹持在卡盘上或两顶尖间，并使其旋转、分度和定位的机床附件。按其传动、分度形式可分为蜗杆副分度盘、度盘分度盘、孔盘分度盘、槽盘分度盘、端齿盘分度盘和其它分度盘(包括电感分度盘和光栅分度盘)。
数控分度盘广泛适用于铣床、钻床及加工中心。配合工作母机四轴操作介面，可作同动四轴加工。
优点：
1、减少同一工件的装夹次数，提高工件精度;2、提高加工效率;3、价格较便宜。
缺点：
2、占用一定机床工作台台面;
3、加工范围有限(取决于其分度精度)数控分度盘与数控转台的区别：
两者各自的工作原理不同，数控转台可同机床联动，最小增量为0.001°，如转速、功率、扭距能达到车削的要求，可实现车削功能。而分度转台只能实现分度功能。
关键词：
第四,加工,工件,可以,分度,精度,转台,进行,结构
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