五轴高速加工数控技术应用分析

1、 五轴高速加工数控技术应用分析 0 引言五轴联动数控机床是数控机床中难度最大、应用范围最广的数控加工设备。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术等于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。大家普遍认为，五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助五轴联动数控机床。高速切削加工是近年来迅速崛起的一项先进制造技术。高速切削加工在航空航天、汽车、模具、信息等行业的应用，使得生产率和制造质量显著提高，取得了巨大的经济效益。高速切削加工已成为本世纪制造业一场影响深

2、远的技术革命，是近年来加工工艺及装备更新换代的新趋势。在发达国家，高速切削加工大有普及之势，国内的发展也十分的迅速。新型高速五轴加工技术是目前机械加工领域的“制高点”，适合于表面形状特别复杂而精度要求相当高的工件的加工，具有高技术、高精度、高效益等特点。五轴联动通常是在x、y、z三个线性移动轴基础上，增加a、b、c回转轴中的任意两个回转轴组合而成。不同类型的机床根据需要可以作出不同的配置。1 工作台回摆五轴联动的特点与应用五轴联动数控机床回转轴最早采用的配置方式为工作台回摆方式，也就是在数控铣床工作台上附加一独立ac双轴回摆转台，如图1所示，工作台可以环绕x轴(水平)摆动，定义为a轴，4轴一般

3、工作范围+30度至一120度。工作台的中间还设有一个回转台，可以环绕z轴回转，定义为c轴，c轴都是360度回转。再配上五轴联动数控系统，实现x、y、z三个线性移动坐标和a、c两个回转坐标的联动控制。这种配置方式由于层次多，刚性差，因此出现了专门将ac转轴的支座与机床工作台或床身制成一体的结构，如图2所示。这样通过a轴与c轴的组合，固定在工作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进行加工。a轴和c轴最小分度值一般为0001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轴与x、y、z三直线轴联动，就可加工出复杂的空间曲面。图1 独立双轴回摆转台图2一体化双轴回摆

4、转台这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当a轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。综上所述，工作台回摆结构一般适合于中小规格的五轴联动数控机床，用于中小规格的多面复杂零件的加工。2 主轴头回摆五轴联动的特点与应用主轴头回摆方式是五轴联动数控机床的又一典型配置形式。如图3所示，这种主轴头在其垂直方向有一回转轴，能自行环绕z轴360旋转，成为c轴。回转头上还带有可环绕水平x轴旋转的a轴，旋转角度一般可达90以上，实现上述同样的功能。图3双轴回摆主轴头这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，可进行

5、任意角度的加工和五面加工，可加工具有复杂轮廓型腔的工件和其它结构铣头无法加工的部位。工作台可以设计得非常大并固定不动，所有的坐标运动都可以由主轴头实现，因此，运动部件的运动惯量与工件大小重量无关，机床动态性能稳定良好，客机庞大的机身、巨大的发动机壳体等都可以在这类机床上加工。当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。图4双轴回摆主轴头应用实现五轴联动双轴回摆(a/b或a/c)主轴头的应用，可以大大扩展数控铣床的加工范围，提高数控铣床的适应性。在现有的立式三轴铣床上可以很方便的配置这种铣头，实现五面体加工和空间多方位加工，提高机床的柔性化水平。大型五轴联动镗铣床和龙门铣床，可以通过更换各种不同的主轴头，实现a/c轴大转矩和高速等功能。目前，双轴回摆主轴头较多的