太强了，权威解读：张曙教授谈五轴加工机床现状和趋势

随着航空航天、模具和汽车等工业的发展，产品零件的结构和形状越来越复杂，精度要求越来越高，对五轴加工机床的需求日益增长。五轴加工机床是指具有3个数控直线移动轴和2个数控回转轴的机床。五轴加工机床的配置多种多样，配置各异。从运动设计的角度，假定传动链从工件开始到刀具，直线运动以L表示，回转运动以R表示，具有3个移动轴和2个回转轴的五轴加工中心的运动组合共有7种：RRLLL、LRRLL、LLRRL、LLLRR、RLRLL、RLLRL和RLLLR。其中最常见的运动组合有3种：LLLRR、RRLLL和RLLLR。这3种运动组合及其典型结构配置如图1所示。

图1 五轴加工机床的运动组合和配置形式

图1a所示是动梁式龙门加工中心，其运动组合为LLLRR。工件安装在固定工作台上不动，大理石矿物铸件横梁在左右两侧立柱顶部的滑座上移动（Y轴），主轴滑座沿横梁运动（X轴），主轴滑枕上下移动（Z轴），双摆铣头作A轴和C轴偏转。

图1b是立式加工中心，其运动组合为RRLLL。工件固定在A轴和C轴双摆工作台上，横梁沿左右两侧立柱移动（X轴），主轴滑座沿Y轴移动，主轴滑枕沿Z轴上下移动。

图1c也是立式加工中心，但其运动组合为RLLLR。工件固定在C轴回转工作台上，大理石矿物铸件工作台沿X轴移动。主轴滑座沿Y轴和Z轴移动，万能铣头可作B轴回转。

每种运动组合可有不同的结构配置方案。例如，动梁龙门式机床和动柱龙门式机床都属于LLLRR运动组合，车铣复合加工和铣车复合加工大多属于RLLLR运动组合，而RRLLL运动组合可包括A/C轴和B/C轴双摆工作台。

具有双摆工作台的4种不同工作台布局的五轴加工中心如图2所示。

图2 不同双摆工作台布局的五轴加工机床

综上所述，随着应用领域、加工零件的形状、尺寸和精度要求不同，五轴加工机床具有多种多样的结构和配置方案。

典型案例分析

1. 哈默C52加工中心

德国哈默（Hermle）公司的C52加工中心是摇篮式双摆工作台五轴加工机床，大理石矿物铸件适用于航空航天、模具制造、能源和半导体工业，其外观和主要技术规格如图3所示。

图3 哈默C52加工中心

从图中可见，摇篮式双摆工作台采用纵向布局，回转工作台直径为f1 000mm，由力矩电动机直接驱动，结构紧凑，最高转速为500r/min。摇篮采用伺服电动机和无背隙齿轮传动，摆动范围为＋100°/－130°，可以进行五轴联动的立/卧式车削加工或五轴联动铣削加工和5面铣削加工。车削时工作台最大载荷为1 000kg，铣削时工作台最大载荷为2 000kg，可以从机床上方装卸较重的大型工件。

为了提高机床的动态性能，哈默公司研发了独特的总体结构配置：移动部件轻量化。框架式主轴十字滑座在高台式床身的顶部，完成X－Y方向移动，主轴滑枕作Z轴垂直方向移动，采用盘式刀库，如图4所示。

图4 哈默C52加工中心的总体结构配置

1.线性导轨 2.刀库 3.滚珠丝杠 4.伺服驱动 5.双摆工作台

从图中可见，主轴下层滑座由安装在床身左右两侧壁上的伺服电动机和滚珠丝杠沿3根线性导轨移动，以实现重心驱动，避免移动过程的偏斜，提高了机床的工作精度。

加工中心在车铣复合加工时采用海德汉640数控系统，包括提高动态效率的主动颤振控制、自适应进给控制和提高动态加工精度的主动振动阻尼、载荷自适应控制等智能模块。

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，大理石矿物铸件在结构设计上特别注意提高刚度和减少热变形的影响，其总体结构配置如图5所示。