１ 立式五軸數(shù)控加工中心的型式
五軸加工因?yàn)槎嗔藘蓚€(gè)旋轉(zhuǎn)軸，因而具備了一些三軸加工所沒有的優(yōu)點(diǎn)，如生產(chǎn)率較高和較短的設(shè)定時(shí)間，而且極適合用于復(fù)雜幾何曲面的加工，如渦輪葉片、葉輪和其他高附加值的產(chǎn)品。
數(shù)控加工中心機(jī)構(gòu)上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系通常以右手直角笛卡爾坐標(biāo)系定義：Ｘ，Ｙ，Ｚ 三個(gè)線性移動(dòng)軸和分別繞著Ｘ，Ｙ，Ｚ 軸旋轉(zhuǎn)的Ａ，Ｂ，Ｃ 軸，線性軸依手指所指方向?yàn)檎较颍D(zhuǎn)軸依手指指向的順時(shí)針為正方向，如圖１所示。所以五軸數(shù)控加工中心泛指包含３個(gè)直線軸及２個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，可同時(shí)進(jìn)五軸同步運(yùn)動(dòng)加工的機(jī)器。因?yàn)椋递S數(shù)控加工中心具備５個(gè)自由度，若按旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向不同來規(guī)劃刀具的切削移動(dòng)方向則可以配置出許多型式，見表１。從中歸納出的３種最基本的五軸立式加工中心的布局如圖２所示。
因?yàn)槲遢S立式加工中心的旋轉(zhuǎn)軸配置方式不同，故加工特性也不同，應(yīng)根據(jù)加工工件來選擇適當(dāng)?shù)募庸ぶ行模员苊饧庸だщy和精度不夠。不同構(gòu)型五軸立式加工中心的加工特性如下：
（１）型式ａ：工作臺傾斜型，即兩旋轉(zhuǎn)軸在工作臺。①主軸可在Ｘ，Ｙ，Ｚ 三軸上作移動(dòng)，平臺在Ａ，Ｃ 軸上可旋轉(zhuǎn)；②此型式為在一般三軸機(jī)器的平臺上加裝傾斜與旋轉(zhuǎn)伺服機(jī)構(gòu)，降低夾具成本，是最經(jīng)濟(jì)的方式，也是應(yīng)用較普遍的機(jī)型；③主軸負(fù)載較小、剛性高，可承受重切削；④沿Ｃ 軸動(dòng)作，在環(huán)形和輪廓外形上有較好的復(fù)雜曲面加工能力；⑤適用于中小型工件加工，因?yàn)榇笮凸ぜ枰^大扭矩的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺；⑥實(shí)際加工時(shí)，只需沿著Ｚ 軸就能輕松進(jìn)退刀，加工傾斜面及孔時(shí)，可用三軸加工進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并可用刀具補(bǔ)償功能。
（２）型式ｂ：主軸傾斜型，即兩旋轉(zhuǎn)軸在刀具軸。
①由主軸頭在旋轉(zhuǎn)分度以及傾斜分度的動(dòng)作來完成切削加工；②因主軸具有５個(gè)自由度，不適合重切削；③適合大型工件加工，如汽車鈑金模具或航天零件。
（３）型式ｃ：工作臺／主軸傾斜型，即兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸分別在刀具軸及工作臺，具有３個(gè)平移和１個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度的主軸及一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺。
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２ 五軸加工特性分析
傳統(tǒng)三軸數(shù)控加工中心只有３個(gè)正交的Ｘ，Ｙ，Ｚ軸，刀具只能沿著此三軸做線性平移，而使加工工件幾何形狀受限，而五軸數(shù)控加工中心多了２個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，在同步運(yùn)動(dòng)控制下，允許刀具以適當(dāng)?shù)膬A斜方向?qū)ぜ庸ぃ姷督?jīng)由刀軸方向改變而提高表面精度及提升加工效率。圖３為三軸加工中心在凹凸曲面加工路徑中出現(xiàn)的干涉。
圖４為三軸與五軸齒輪加工模式比較。三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床利用端銑刀銑削加工齒輪時(shí)，由于機(jī)床無法旋轉(zhuǎn)刀具軸向，只能線性移動(dòng)加工銑削齒輪表面輪廓，其表面加工紋理如圖４（ａ）所示，在齒輪高速傳動(dòng)時(shí)，兩齒面間的摩擦?xí)斐蓢Ш线\(yùn)動(dòng)不順暢且噪聲較大，故該加工方式只適用于低轉(zhuǎn)速機(jī)械傳動(dòng)齒輪的加工。采用五軸數(shù)控加工中心進(jìn)行齒輪銑削加工時(shí)，因刀具軸向可根據(jù)加工方式改變，也可規(guī)劃不同刀具進(jìn)給方向或可規(guī)劃較小的刀具路徑間距來滿足需求，可得到良好的加工結(jié)果，所以五軸加工較三軸加工效果好。
３ 結(jié)論
綜上所述，應(yīng)用五軸加工的特點(diǎn)如下（見圖５）：①加工多個(gè)斜角倒勾曲面時(shí)，利用旋轉(zhuǎn)軸直接旋轉(zhuǎn)工件可避免刀具干涉，并節(jié)省校正精度的時(shí)間；②采用五軸加工方式及刀軸角度變化，可以避免刀具頂點(diǎn)摩擦，延長刀具壽命；③使用刀側(cè)切削可減少加工道次，獲得最佳質(zhì)量，提升加工效能；④當(dāng)傾斜角很大時(shí)，可降低工件變形量；⑤可減少使用各種成型刀，通常用一般刀具即能完成加工。
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