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五轴机床的结构特点
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五轴机床的结构特点

五轴加工机床与一般机床的最大区别在于它除了具有通常机床的三个直线坐标轴外,还有至少2个旋转坐标轴,而且可以五轴联动加工。

而五轴加工机床之间的区别,除了有立式、卧式之分外,则主要还在于他们实现五轴运动的结构型式和五个运动的分配(配置)上。一般而言,五轴机床有三种结构型式和三种运动配置方式,这两者的组合,就可以得到有9种可能的五轴机床的结构类型。为便于叙述,我们分别用Aij来代表各种不同的结构类型,如表1所示。

j运动配置方式 i结构形式
1
传统(串连)结构 2
并联结构 3
串、并(混)联结构
1
五个运动全在刀具侧 A11 A21 A31
2
五个运动全在工件侧 A12 A22 A32
3
五个运动分配在刀具和工件侧 A13 A23 A33


A11型,如表1中定义,是传统的串联结构的机床,五个坐标运动(X、Y、Z、A、C)全部集中在刀具一侧来完成,其代表性产品有如日本丰和机公司的Millac 853 PE-5X工作台固定式五轴立式加工中心和济南二机床集团公司开发生产的龙门移动式大型五轴联动数控铣床。他们的特点都是工件/工作台不动,五个运动都由具有旋转和摆动功能的主轴头(即刀具一侧)来完成。这种结构的机床,优点是适合于加工具有复杂形面的大型、重型壳体件,如飞机龙骨、翼梁、大型发动机壳体等。缺点是运动部件质量大,惯性力大,不适宜于用过高的进给速度和加速度加工。不过运动部件的质量虽大,但较恒定,因为刀具重量相对较小,改变刀具时,对运动部件重量变化影响不大,故机床的运动特性还是比较稳定的。另一缺点是带A、C轴功能的主轴头部件设计和制造要求高,难度大。特别是采用蜗轮/蜗杆和齿轮传结构时,主轴头体积较大。


A12型是传统串联结构的机床,但五个坐标运动均集中在工件一侧来完成。一种简单易行的实施方案是在一台三轴数控的升降台立式铣床上再装上一个数控回转工作台,工件装在回转工作台上完成四轴运动(尚不是五轴加工),主轴头则可以固定不动。


A13型也是传统串联结构的机床,但五个坐标运动分别配置在刀具一侧和工件一侧来完成。这种结构型式的机床产品很多,应用也最广,最普遍。在这A13型中,又可按二个转动坐标轴的配置方式进一步分为三种结构型式的机床。第一种除工件一侧至少有一个移动坐标轴外,二个转动坐标轴均由刀具一侧的复合主轴头来实现,这主要为大、重型机床所采用,比如工作台移动式五轴联动的龙门铣床或加工中心。第二种是二个转动坐标轴分别由主轴头摆动和工作台回转来实现,此种型式工作台能承受较大重量且可以采用标准交换工作台,而主轴头结构又比第一种简单,现多为中型五轴加工机床所采用.第三种二个回转坐标轴都在工作台一侧,大多是在原三轴控制机床基础上配备数控摆动、回转工作台发展而成,系中、小型五轴加工机床采用较多的一种结构型式,其缺点是工作台成为刚度相对薄弱的环节,特别是在需要工作台有较高的转动进给速度和加速度时,所承受的工作重量受到一定限制。图6所示为瑞士Mikron公司在三轴控制高速铣削加工中心HSM 400的基础上改变工作台类型发展起来的五轴联动加工机床HSM 400U。
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