五軸數(shù)控機(jī)床 五軸數(shù)控機(jī)床五軸數(shù)控機(jī)床之概論1五軸數(shù)控機(jī)床之五軸2五軸數(shù)控機(jī)床之結(jié)構(gòu)3五軸數(shù)控加工之應(yīng)用4 五軸數(shù)控機(jī)床之概論機(jī)床是一個(gè)國家制造業(yè)水平的象征。而代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，從某種意義上說，它反映了一個(gè)國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家，一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實(shí)行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時(shí)期，對中國、前蘇聯(lián)等社會主義陣營實(shí)行封鎖禁運(yùn)。 “東芝事件”：上世紀(jì)末，日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進(jìn)螺旋槳，上了幾個(gè)檔次，使美國間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運(yùn)政策，要懲處東芝公司。加工中心綜合加工能力強(qiáng)，工件一次裝夾后能完成較多的加工內(nèi)容，加工精度較高，就中等加工難度的批量零件，其效率是普通機(jī)床的5至10倍，特別是它能完成許多普通機(jī)床不能完成的加工 對形狀復(fù)雜，精度要求高的單價(jià)或小批量多品種生產(chǎn)中更為適用。 在現(xiàn)代制造業(yè)中，精密機(jī)械加工日趨普遍。實(shí)現(xiàn)精密加工的高檔數(shù)控機(jī)床、模具處于制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的最前端，而模具產(chǎn)品質(zhì)量的高低在很大程度上又受制于數(shù)控設(shè)備。在激烈的市場競爭中，制造業(yè)要求更短的生產(chǎn)周期、更高的加工質(zhì)量以及更快的產(chǎn)品改型加工適應(yīng)能力和更低的制造技術(shù)。要滿足這些條件，越來越多的制造企業(yè)采用了高端的數(shù)控加工機(jī)床四軸加工機(jī)床和五軸加工機(jī)床。我們知道，三軸機(jī)床只有三根正交的運(yùn)動(dòng)軸（通常定義為X、Y、Z軸），只能實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的直線移動(dòng)自由度。因此，沿加工刀軸方向的結(jié)構(gòu)都能加工出來。側(cè)面結(jié)構(gòu)特征無法加工。（三軸機(jī)床要通過設(shè)計(jì)多套夾具，進(jìn)行多次安裝、定位、夾緊，將整體加工進(jìn)行分解，加工周期延長，質(zhì)量大大降低。）不受約束的刀具（或工件）在空間有六個(gè)自由度?，F(xiàn)實(shí)是，在金屬切削過程中，工件與刀具之間會產(chǎn)生巨大的切削力和摩擦力，為了防止工件的位置移動(dòng)，必須將工件夾緊，使之固定。五軸數(shù)控加工就是指在一臺機(jī)床上至少有5個(gè)坐標(biāo)軸（三個(gè)直線坐標(biāo)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)）， 而且可在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。 五軸數(shù)控機(jī)床之概論 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。它是 一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，該機(jī)床系統(tǒng)對一個(gè)國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。葉輪既指裝有動(dòng)葉的輪盤，是沖動(dòng)式汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的組成部分。又指輪盤與安裝其上的轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的總稱。汽輪發(fā)電機(jī)(英語：steam turbine generator )是指用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)。由鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，使葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后的廢汽經(jīng)凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、給水加熱裝置等送回鍋爐循環(huán)使用。五軸數(shù)控機(jī)床之概論 葉輪船用螺旋槳大型柴油機(jī)曲軸 標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)，是一個(gè)右手笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)?；咀鴺?biāo)軸為X、Y、Z三根直線軸，對應(yīng)每一根直線軸的旋轉(zhuǎn)軸分別用A、B、C軸來表示。圖示五軸數(shù)控機(jī)床之五軸 五軸數(shù)控加工就是指在一臺機(jī)床上至少有5個(gè)坐標(biāo)軸（三個(gè)直線坐標(biāo)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)），而且可在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。數(shù)控機(jī)床的軸意思就是運(yùn)動(dòng)軸，其實(shí)也算是空間的坐標(biāo)軸，如坐標(biāo)的XY軸，沒有運(yùn)動(dòng)軸有獨(dú)立的控制器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。即數(shù)控機(jī)床有5個(gè)伺服軸(不包括主軸)可以同時(shí)進(jìn)行插補(bǔ)(5個(gè)伺服軸可以同一時(shí)間同時(shí)移動(dòng)進(jìn)行對一個(gè)零件進(jìn)行加工)。五軸數(shù)控機(jī)床之五軸 五軸數(shù)控機(jī)床有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，主要分為以下三大類：工作臺傾斜型、主軸傾斜型和工作臺/主軸傾斜型五軸加工機(jī)床。五軸數(shù)控機(jī)床之結(jié)構(gòu)五軸數(shù)控機(jī)床TextText Text主軸傾斜型工作臺傾斜型工作臺/主軸傾斜型 一種是工作臺傾斜型。設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360度回轉(zhuǎn)。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細(xì)分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當(dāng)然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)，工件切削時(shí)會對工作臺帶來很大的承載力矩。五軸數(shù)控機(jī)床之工作臺傾斜型 五軸數(shù)控機(jī)床之工作臺傾斜型 立式加工中心 五軸數(shù)控機(jī)床之工作臺傾斜型 五軸數(shù)控機(jī)床之工作臺傾斜型 五軸數(shù)控機(jī)床之主軸傾斜型主軸傾斜型。主軸前端是一個(gè)回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般可達(dá)90度以上，實(shí)現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設(shè)計(jì)的非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn)：我們在使用球面銑刀加工曲面時(shí)，當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時(shí)，由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為零，頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，使球面銑刀避開頂點(diǎn)切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達(dá)到回轉(zhuǎn)的高精度，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內(nèi)，當(dāng)然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較高。 五軸數(shù)控機(jī)床之主軸傾斜型 五軸數(shù)控機(jī)床之主軸傾斜型 五軸數(shù)控機(jī)床之工作臺/主軸傾斜型一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在主軸頭的刀具側(cè)，另一個(gè)在工作臺側(cè)。這類機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)布置有最大的靈活性，可以是在A.B.C軸中任意兩個(gè)組合。大部分工作臺/主軸傾斜型的旋轉(zhuǎn)軸配置形式是B軸與工作臺繞C軸組合。這種結(jié)構(gòu)設(shè)置方式簡單、靈活，同時(shí)具備主軸傾斜型與工作臺傾斜型機(jī)床的部分有點(diǎn)。這類機(jī)床的主軸可以旋轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)和垂直狀態(tài)，工作臺只需分度定位，即可簡單的配置為立、臥轉(zhuǎn)換的三軸加工中心，將主軸進(jìn)行立、臥轉(zhuǎn)換再配合工作臺分度，對工件實(shí)現(xiàn)五面體加工，制造成本低，且非常實(shí)用。 五軸數(shù)控機(jī)床之工作臺/主軸傾斜型 五軸數(shù)控加工之應(yīng)用 箱體類零件復(fù)雜曲面異形件盤套板類零件特殊加工加工對象 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心適合加工復(fù)雜、工序多、要求高、需要多種類型的普通機(jī)床和眾多刀具夾具，且經(jīng)多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件。 五軸數(shù)控加工之應(yīng)用箱體類零件一般都需要進(jìn)行多工位孔隙及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴(yán)格，通常需要經(jīng)過銑、鉆、擴(kuò)、鏜、鉸、攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機(jī)床上加工難度大，需多次裝夾、找正，加工精度難以保證。加工箱體類零件時(shí)需要工作臺多次旋轉(zhuǎn)加工水平方向四個(gè)面，用臥式加工中心合適。 五軸數(shù)控加工之應(yīng)用復(fù)雜曲面在機(jī)械制造業(yè)，特別是航空航天工業(yè)中占有重要的地位。復(fù)雜曲面采用普通機(jī)加工方法是難以甚至無法完成。復(fù)雜曲面零件如：各種葉輪、球面、各種曲面成型磨具、螺旋槳以及水下航行器的推進(jìn)器、以及一些其他形狀的自由曲面。這類零件用五軸加工中心最為合適。銑刀作包絡(luò)面來逼近球面。復(fù)雜曲面用加工中心加工時(shí)，編程工作量較大，大多數(shù)要有自動(dòng)編程技術(shù)。 五軸數(shù)控加工之應(yīng)用異形件是外形不規(guī)則的零件，大都需要點(diǎn)、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差，夾壓變形難以控制，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機(jī)床難以完成。用加工中心加工時(shí)應(yīng)采用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點(diǎn)、線、面混合加工的特點(diǎn)，完成多道工序或全部的工序內(nèi)容。 五軸數(shù)控加工之應(yīng)用盤套板類零件帶有鍵槽，或徑向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等，還有具有較多孔加工的板類零件，如各種電機(jī)蓋等。端面有分布孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心，有徑向孔的可選臥式加工中心。 五軸數(shù)控加工之應(yīng)用特殊加工在熟練掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工裝和專用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作，如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案；在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源，可對金屬表面進(jìn)行線掃描表面淬火；用加工中心裝上高速磨頭，可實(shí)現(xiàn)小模數(shù)漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等。