五轴数控机床全面介绍

五轴数控机床之主轴倾斜型
五轴数控机床之主轴倾斜型
五轴数控机床之工作台/主轴倾斜型
❖ 一个旋转轴在主轴头的刀具侧，另一个在工作台侧。这类机床的旋 转轴结构布置有最大的灵活性，可以是在A.B.C轴中任意两个组合。
❖ 大部分工作台/主轴倾斜型的旋转轴配置形式是B轴与工作台绕C轴组 合。这种结构设置方式简单、灵活，同时具备主轴倾斜型与工作台 倾斜型机床的部分有点。这类机床的主轴可以旋转为水平状态和垂 直状态，工作台只需分度定位，即可简单的配置为立、卧转换的三 轴加工中心，将主轴进行立、卧转换再配合工作台分度，对工件实 现五面体加工，制造成本低，且非常实用。
五轴数控加工之应用
❖ 复杂曲面在机械制造业，特别是航空航天工业中占有重要的地位。 复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成。复杂曲面零件 如：各种叶轮、球面、各种曲面成型磨具、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。铣刀作包络面来逼近球面。复杂曲面用加工中心加工 时，编程工作量较大，大多数要有自动编程技术。
利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作，如在金属表面上刻字、 刻线、刻图案；在加工中心的主轴上装上高频电火花电源，可对金 属表面进行线扫描表面淬火；用加工中心装上高速磨头，可实现小 模数渐开线圆锥齿轮磨削及各种曲线、曲面的磨削等。
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防止工件的位置移动，必须将工件夹紧，使之固定。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），而且可在计算机数控系统控制下同时协调运动进行加工。
五轴数控机床之概论
❖ 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、 精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，该机床系统对一个国家的航空、航 天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力 。
五轴数控机床之结构
❖ 五轴数控机床有多种不同的结构形式，主要分 为以下三大类：工作台倾斜型、主轴倾斜型和 工作台/主轴倾斜型五轴加工机床。
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五轴数控机床
主轴倾斜型
工作台/主轴 倾斜型
五轴数控机床之工作台倾斜型
❖ 一种是工作台倾斜型。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定 义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有 一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是 360度回转。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 可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、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。
五轴数控机床之工作台/主轴倾斜型
五轴数控加工之应用
五轴联动加工中心适合加工复杂、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能完成加工的零件。
复杂曲面
异形件
箱体类零件
加工对象
特殊加工
盘套板类 零件
五轴数控加工之应用
❖ 箱体类零件一般都需要进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，通常需要经过铣、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工作台 多次旋转加工水平方向四个面，用卧式加工中心合适。
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五轴数控机床
五轴数控机床
1 五轴数控机床之概论 2 五轴数控机床之五轴 3 五轴数控机床之结构 4 五轴数控加工之应用
五轴数控机床之概论
❖ 机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界 的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，它反映了一个国 家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达 国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行 出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义 阵营实行封锁禁运。 “东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖 给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇 的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜 艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要 惩处东芝公司。
❖ 我们知道，三轴机床只有三根正交的运动轴（通常定义为X、Y、Z 轴），只能实现三个方向的直线移动自由度。因此，沿加工刀轴方 向的结构都能加工出来。侧面结构特征无法加工。（三轴机床要通 过设计多套夹具，进行多次安装、定位、夹紧，将整体加工进行分 解，加工周期延长，质量大大降低。）
❖ 不受约束的刀具（或工件）在空间有六个自由度。现实是，在金属 切削过程中，工件与刀具之间会产生巨大的切削力和摩擦力，为了
Байду номын сангаас
五轴数控机床之工作台倾斜型
立式加工中心
五轴数控机床之工作台倾斜型
五轴数控机床之工作台倾斜型
五轴数控机床之主轴倾斜型
❖ 主轴倾斜型。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为 C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上 ，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活 ，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳 都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：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 铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主 轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶 点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非 常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以 做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺 反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂 ，制造成本也较高。
❖ 加工中心综合加工能力强，工件一次装夹后能完成较多的加工内 容，加工精度较高，就中等加工难度的批量零件，其效率是普通 机床的5至10倍，特别是它能完成许多普通机床不能完成的加工 对形状复杂，精度要求高的单价或小批量多品种生产中更为适用 。
五轴数控机床之概论
❖ 在现代制造业中，精密机械加工日趋普遍。实现精密加工的高档数 控机床、模具处于制造业产业链的最前端，而模具产品质量的高低 在很大程度上又受制于数控设备。在激烈的市场竞争中，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品改型加工适应 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采 用了高端的数控加工机床—四轴加工机床和五轴加工机床。
五轴数控加工之应用
❖ 盘套板类零件 ❖ 带有键槽，或径向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盘套或轴类零
件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件等，还有具有较多 孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘 类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。
五轴数控加工之应用
❖ 特殊加工 ❖ 在熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用工具，
叶轮
大型柴油机曲轴
船用螺旋桨
五轴数控机床之五轴
❖ 标准的坐标系统，是一个右手笛卡尔坐标系统 。基本坐标轴为X、Y、Z三根直线轴，对应每 一根直线轴的旋转轴分别用A、B、C轴来表示 。
❖ 图示
五轴数控机床之五轴
❖ 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 且可在计算机数控系统控制下同时协调运动进 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(不包括主轴)可以同时进行 插补(5个伺服轴可以同一时间同时移动进行对 一个零件进行加工)。
❖ 叶轮既指装有动叶的轮盘，是冲动式汽轮机转子的组成部分。又指 轮盘与安装其上的转动叶片的总称。
❖ 汽轮发电机(英语：steam turbine generator )是指用汽轮机驱动 的发电机。由锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片 转动而带动发电机发电，做功后的废汽经凝汽器、循环水泵、凝结 水泵、给水加热装置等送回锅炉循环使用。
五轴数控加工之应用
❖ 异形件是外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工 。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 心加工时应采用合理的工艺措施，一次或二次装夹，利用加工中心 多工位点、线、面混合加工的特点，完成多道工序或全部的工序内 容。