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五轴加工机床的结构[详解]

五轴加工机床的结构解析

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1.弯曲式转动工作台

有多家机床制造商生产安装在3轴cnc数控机床上的倾斜式旋转工作台。简单的旋转

工作台已在市场上销售多年，广泛地应用于世界范围内的小型和大型机加工车间，用于零

件的分度，进行各种机加工操作。倾斜式旋转工作台可以使零件旋转，并可按各种角度倾

斜，有利于机床的刀具接近零件的多个加工面，达到真正5轴加工的目的。倾斜式旋转工

作台的工作面相对较小，能够安装夹持工件的类型非常有限，对工件的长度、宽度和重量

都有一定的限制。此外，倾斜式旋转工作台本身的体积较大，占据了主机很大的工作范围。

最大的倾斜式旋转工作台甚至可占据主机75%以上的工作范围。在进行重型切削操作时，

倾斜式旋转工作台不适合于夹持加工零件，因为长度超过12in（1in=25.4mm）的零件可能

会碰撞到周围的表面。虽然，倾斜式旋转工作台对于加工小型零件来说是一个非常合适的

解决方案。

但今天的客户建议机床具备更大的灵活性和宽阔的加工能力。如果这只是5轴加工惟

一可以采用的方法，那么加工车间就无法加工少于它们尺寸和重量管制的工件。

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立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作

台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展，工件

一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空

间曲面进行高精度加工。

2.立式五轴加工中心的结构（脊梁）

一种是工作台回转轴。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，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，配置高档的数控系统、伺服系统以及软件就可加工出复杂的空间曲面。

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。

另一种就是靠立式主轴头的调头。主轴前端就是一个回转头，能够自行环绕着z轴

360度，沦为c轴，回转头上还拎可以环绕着x轴转动的a轴，通常可以超过±90度以上，

同时实现上述同样的功能。这种设置方式的优点就是主轴加工非常灵活，工作台也可以设

计的非常小，客机巨大的机身、非常大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设

计除了两大优点：我们在采用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线旋转轴加工面时，由于

球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切开的工件表面质量可以很差，使用主轴调头的设计，

而令主轴相对工件抬起一个角度，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，这类主轴的回转结

构比较复杂，制造成本较高。

立式加工中心的主轴重力向上，轴承高速空运转回的径向受力就是相等的，调头特性

较好，因此可以提升输出功率，通常高速仅约1,2000r/min以上，新颖的最低输出功率已

达至4,0000转回。主轴系统都备有循环加热装置，循环加热油偷走高速调头产生的热量，

通过制冷器降至最合适的温度，再流往