太強了，權威解讀：張曙教授談五軸加工機床現狀和趨勢

隨著(zhù)航空航天、模具和汽車(chē)等工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品零件的結構和形狀越來(lái)越復雜，精度要求越來(lái)越高，對五軸加工機床的需求日益增長(cháng)。五軸加工機床是指具有3個(gè)數控直線(xiàn)移動(dòng)軸和2個(gè)數控回轉軸的機床。五軸加工機床的配置多種多樣，配置各異。從運動(dòng)設計的角度，假定傳動(dòng)鏈從工件開(kāi)始到刀具，直線(xiàn)運動(dòng)以L(fǎng)表示，回轉運動(dòng)以R表示，具有3個(gè)移動(dòng)軸和2個(gè)回轉軸的五軸加工中心的運動(dòng)組合共有7種：RRLLL、LRRLL、LLRRL、LLLRR、RLRLL、RLLRL和RLLLR。其中最常見(jiàn)的運動(dòng)組合有3種：LLLRR、RRLLL和RLLLR。這3種運動(dòng)組合及其典型結構配置如圖1所示。

圖1 五軸加工機床的運動(dòng)組合和配置形式

圖1a所示是動(dòng)梁式龍門(mén)加工中心，其運動(dòng)組合為L(cháng)LLRR。工件安裝在固定工作臺上不動(dòng)，大理石礦物鑄件橫梁在左右兩側立柱頂部的滑座上移動(dòng)（Y軸），主軸滑座沿橫梁運動(dòng)（X軸），主軸滑枕上下移動(dòng)（Z軸），雙擺銑頭作A軸和C軸偏轉。

圖1b是立式加工中心，其運動(dòng)組合為RRLLL。工件固定在A(yíng)軸和C軸雙擺工作臺上，橫梁沿左右兩側立柱移動(dòng)（X軸），主軸滑座沿Y軸移動(dòng)，主軸滑枕沿Z軸上下移動(dòng)。

圖1c也是立式加工中心，但其運動(dòng)組合為RLLLR。工件固定在C軸回轉工作臺上，大理石礦物鑄件工作臺沿X軸移動(dòng)。主軸滑座沿Y軸和Z軸移動(dòng)，萬(wàn)能銑頭可作B軸回轉。

每種運動(dòng)組合可有不同的結構配置方案。例如，動(dòng)梁龍門(mén)式機床和動(dòng)柱龍門(mén)式機床都屬于LLLRR運動(dòng)組合，車(chē)銑復合加工和銑車(chē)復合加工大多屬于RLLLR運動(dòng)組合，而RRLLL運動(dòng)組合可包括A/C軸和B/C軸雙擺工作臺。

具有雙擺工作臺的4種不同工作臺布局的五軸加工中心如圖2所示。

圖2 不同雙擺工作臺布局的五軸加工機床

綜上所述，隨著(zhù)應用領(lǐng)域、加工零件的形狀、尺寸和精度要求不同，五軸加工機床具有多種多樣的結構和配置方案。

典型案例分析

1. 哈默C52加工中心

德國哈默（Hermle）公司的C52加工中心是搖籃式雙擺工作臺五軸加工機床，大理石礦物鑄件適用于航空航天、模具制造、能源和半導體工業(yè)，其外觀(guān)和主要技術(shù)規格如圖3所示。

圖3 哈默C52加工中心

從圖中可見(jiàn)，搖籃式雙擺工作臺采用縱向布局，回轉工作臺直徑為f1 000mm，由力矩電動(dòng)機直接驅動(dòng)，結構緊湊，最高轉速為500r/min。搖籃采用伺服電動(dòng)機和無(wú)背隙齒輪傳動(dòng)，擺動(dòng)范圍為＋100°/－130°，可以進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)的立/臥式車(chē)削加工或五軸聯(lián)動(dòng)銑削加工和5面銑削加工。車(chē)削時(shí)工作臺最大載荷為1 000kg，銑削時(shí)工作臺最大載荷為2 000kg，可以從機床上方裝卸較重的大型工件。

為了提高機床的動(dòng)態(tài)性能，哈默公司研發(fā)了獨特的總體結構配置：移動(dòng)部件輕量化?？蚣苁街鬏S十字滑座在高臺式床身的頂部，完成X－Y方向移動(dòng)，主軸滑枕作Z軸垂直方向移動(dòng)，采用盤(pán)式刀庫，如圖4所示。

圖4 哈默C52加工中心的總體結構配置

1.線(xiàn)性導軌 2.刀庫 3.滾珠絲杠 4.伺服驅動(dòng) 5.雙擺工作臺

從圖中可見(jiàn)，主軸下層滑座由安裝在床身左右兩側壁上的伺服電動(dòng)機和滾珠絲杠沿3根線(xiàn)性導軌移動(dòng)，以實(shí)現重心驅動(dòng)，避免移動(dòng)過(guò)程的偏斜，提高了機床的工作精度。

加工中心在車(chē)銑復合加工時(shí)采用海德漢640數控系統，包括提高動(dòng)態(tài)效率的主動(dòng)顫振控制、自適應進(jìn)給控制和提高動(dòng)態(tài)加工精度的主動(dòng)振動(dòng)阻尼、載荷自適應控制等智能模塊。

2. 西田YMC430-II精密加工中心

日本西田（Yasda）公司的YMC430-II精密加工中心主要用于加工微小的高精度零件，大理石礦物鑄件在結構設計上特別注意提高剛度和減少熱變形的影響，其總體結構配置如圖5所示。