零件的五轴加工

    1.引言
    在五轴加工的发展方面，其应用主耍是因为生产量的变化。以前，主要集中于各轴的联动。这一技术多用于产量极小的模具生产。在飞机工业的机身零件、涡轮和叶片的制造中，五轴加工己应用多年。汽车工业中， 涡轮增压技术大大地提高了产量。这主要集中在减少加工循环时间方面。
   

    图1 五轴加工的市场份额

    
    实际上，五轴加工在大批量生产中的应用日益增多， 有些是零件的某些部位确实需要五轴联动加工，而有些零件的加工完全不需要五轴联动。这种应用的增多是因为零件越来越复杂和零件精度要求越来越高。这类零件是绝大多数五轴加工的代表(图1)。在这种情况下，具有一次装夹完成全部加工的优点，采用五轴加工的原因是可提高加工能力和生产效率。
   
    多数实用五轴机床是由三个直线坐标轴和二个回转轴组成的。除此之外，已经证明刀具一侧有三个直线坐标轴加二个回转坐标轴的3+2轴零件定位(耳轴和行星式结构)是一种很好的解决方案。另一种创新变型设计是刀具一侧使用三个直线轴和一个回转轴，工件只用一个回转轴驱动( 倾斜式头架结构)。下文中将就这两种结构作进一步探讨。全部五轴运动均由刀具一侧完成，而工作不仅是飞机和大型模具等大型零件加工中常用的结构。这是因为零件尺寸和质量太大不可能采用其它结构。最近开发的并联运动机床也正在进入工业化应用(用2)。
   

    图2 并联机床

    
    2. 采用耳轴和行星式结构的五轴加工
    耳轴和行星式结构的五轴加工机床通常是在标准三轴机床的基础上加上一个二轴回转工作台(图3）。这种结构的优点是零件固定在回转中心线上。依据不同尺寸，联动加工过程中回转轴改变其角度时，直线坐标补偿行程最短。在这种运行中及在每次加工循环终了时，进给全受到五个坐标轴中的任意一轴运行状态的限制。通常会由于补偿行程过大而受到直线轴的限制。由于其重量和偏移效应较大，无法有效地提高直线坐标的加速度。与之相反，由于采用直接驱动技术，回转坐标很容易实现高的动态性能。将此与短行程相结合则有助于缩短加工循环时间和提高加工精度。例如，图3所示情况下的循环时间缩短了一半。
   

    图3 Chiron FZ 08 S五轴加工机床的加工实例