一份高端制造的入门说明书丨五轴机床最全解答

　本文摘要：在现代制造业中，细密机械加工日趋普遍。实现细密加工的高等数控机床、模具处于制造业工业链的最前端，而模具产物质量的崎岖在很大水平上又受制于数控设备。在猛烈的市场竞争中，制造业要求更短的生产周期、更高的加工质量以及更快的产物改型加工适应能力和更低的制造技术。 要满足这些条件，越来越多的制造企业接纳了高端的数控加工机床：五轴加工机床。图1 五轴联念头床五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

在现代制造业中，细密机械加工日趋普遍。实现细密加工的高等数控机床、模具处于制造业工业链的最前端，而模具产物质量的崎岖在很大水平上又受制于数控设备。在猛烈的市场竞争中，制造业要求更短的生产周期、更高的加工质量以及更快的产物改型加工适应能力和更低的制造技术。

要满足这些条件，越来越多的制造企业接纳了高端的数控加工机床：五轴加工机床。图1 五轴联念头床五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。它是一种科技含量高、细密度高专门用于加工庞大曲面的机床，该机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、细密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。一什么是五轴机床我们知道，受约束的刀具（或工件）虽然在空间有六个自由度。

现实是，在金属切削历程中，工件与刀具之间会发生庞大的切削力和摩擦力，为了防止工件的位置移动，必须将工件夹紧，使之牢固。通常我们使用的三轴机床只有三根正交的运动轴，只能实现三个偏向的直线移动自由度。

因此，沿加工刀轴偏向的结构都能加工出来。侧面结构特征无法加工。图2 笛卡尔坐标系五轴数控加工就是指在一台机床上至少有5个坐标轴（三个直线坐标和两个旋转坐标），而且可在盘算机数控系统控制下同时协调运动举行加工。

数控机床的轴意思就是运动轴，其实也算是空间的坐标轴，如坐标的XY轴，没有运动轴有独立的控制器和电机驱动系统。即数控机床有5个伺服轴(不包罗主轴)可以同时举行插补(5个伺服轴可以同一时间同时移动举行对一个零件举行加工)。二五轴机床的结构五轴数控机床有多种差别的结构形式，主要分为以下三大类：事情台倾斜型、主轴倾斜型和事情台/主轴倾斜型五轴加工机床。

2.1：事情台倾斜型设置在床身上的事情台可以围绕X轴回转，界说为A轴，A轴一般事情规模+30度至-120度。事情台的中间还设有一个回转台，在下图所示的位置上围绕Z轴回转，界说为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，牢固在事情台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴举行加工。

图3 立式加工中心A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出庞大的空间曲面，固然这需要数控系统、伺服系统以及软件的支持。

这种设置方式的优点是主轴的结构比力简朴，主轴刚性很是好，制造成本比力低。但一般事情台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于即是90度时，工件切削时会对事情台带来很大的承载力矩。图4 使用案例2.2：主轴倾斜型主轴前端是一个回转头，能自行围绕Z轴360度，成为C轴，回转头上另有带可围绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功效。

这种设置方式的优点是主轴加工很是灵活，事情台也可以设计的很是大，客机庞大的机身、庞大的发念头壳都可以在这类加工中心上加工。图5 主轴倾斜型机床这种设计另有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的极点线速度为零，极点切出的工件外貌质量会很差，接纳主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开极点切削，保证有一定的线速度，可提高外貌加工质量。

这种结构很是受模具高精度曲面加工的接待，这是事情台回转式加工中心难以做到的。为了到达回转的高精度，高等的回转轴还设置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，固然这类主轴的回转结构比力庞大，制造成本也较高。图6 使用原理 2.3：事情台/主轴倾斜型此款设备的旋转轴设置形式是B轴与事情台绕C轴组合一个旋转轴在主轴头的刀具侧，另一个在事情台侧。

这类机床的旋转轴结构部署有最大的灵活性，可以是在A.B.C轴中任意两个组合。这类机床的主轴可以旋转为水平状态和垂直状态，事情台只需分度定位，即可简朴的设置为立、卧转换的三轴加工中心，将主轴举行立、卧转换再配合事情台分度，对工件实现五面体加工，制造成本低，比力实用。

图7 使用案例三五轴机床的应用五轴联动加工中心适合加工庞大、工序多、要求高、需要多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才气完成加工的零件。3.1：箱体类零件箱体类零件一般都需要举行多工位孔隙及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常需要经由铣、钻、扩、镗、铰、攻丝等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，需多次装夹、找正，加工精度难以保证。加工箱体类零件时需要事情台多次旋转加工水平偏向四个面，用卧式加工中心合适。

图8 工件3.2：庞大曲面庞大曲面在机械制造业，特别是航空航天工业中占有重要的职位。庞大曲面接纳普通机加工方法是难以甚至无法完成。庞大曲面零件如：种种叶轮、球面、种种曲面成型磨具、螺旋桨以及水下航行器的推进器、以及一些其他形状的自由曲面。

这类零件用五轴加工中心最为合适。铣刀作包络面来迫近球面。庞大曲面用加工中心加工时，编程事情量较大，大多数要有自动编程技术。

图9 工件 3.3：异形件异形件是外形不规则的零件，多数需要点、线、面多工位混淆加工。异形件的刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，甚至某些零件的有的加工部位用普通机床难以完成。用加工中心加工时应接纳合理的工艺措施，一次或二次装夹，使用加工中心多工位点、线、面混淆加工的特点，完成多道工序或全部的工序内容。

图10 工件 3.4：盘套板类零件带有键槽，或径向孔，或端面有漫衍的孔系，曲面的盘套或轴类零件。

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