裝備製造業是一個國家工業的基石，它為新技術、新產品的開發和現代工業生產提供重要的手段。隨著現代工業的發展，傳統的三軸機床早已不能滿足日益複雜的零件加工要求。
為了適應多面體和曲面零件的加工，五軸聯動機床應運而生。
五軸聯動機床集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術於一體，其製造難度最大，但其是應用範圍也最廣泛。五軸聯動機床最早應用於航空航天、船舶等軍事領域，後來應用於模具、精密儀器、高精度醫療設備等行業。
五軸聯動加工技術時解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等異形複雜工件的重要手段，有些甚至是唯一手段。國際上把五軸聯動加工技術作為一個國家工業化水平的標誌。五軸加工的一些特殊零件見圖1-1所示。
圖1-1
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技術流
（第005期）
（中建門窗武漢加工廠五軸加工中心，意大利進口）
01
“五軸機床為什麼這麼神？”
＊ 與傳統三軸、四軸機床相比，五軸機床具有哪些優勢？
1.減少拋光工序
五軸加工 三軸加工
2.加工質量高
五軸加工 三軸加工
3.刀具姿態變化，從而改善切削環境
五軸加工 三軸加工
4.刀具可達性好
五軸加工 三軸加工
5.避免過切
五軸加工 三軸加工
6.清角徹底
五軸加工 三軸加工
02
“五軸機床的結構特點有哪些？”
＊ 五軸機床在三個直線軸基礎上增加了兩個旋轉軸，而且可以五軸聯動。五軸機床有定位五軸和五軸聯動兩類：定位五軸機床即3+2 軸機床，刀軸矢量可以改變但固定後沿著整個切削路徑過程不改變，而五軸聯動機床加工時刀軸矢量可根據要求在整個切削路徑上根據要求而改變。我們討論的對象是五軸聯動機床。
＊ 根據兩個轉動軸的結構形式，五軸機床可以分為以下三類：
1.雙轉軸結構
採用這類結構的五軸聯動機床刀軸方向不動，兩個旋轉軸均在工作臺上，如圖1-8所示。
加工時工件隨著工作臺轉動，這類機床能加工尺寸比較小的零件，適用於整體蝸輪、小型精密模具和齒輪等。雙工作臺的結構按照旋轉軸軸線是否與直線軸相垂直主要有兩種結構形式，如圖1-8、圖 1-9所示。
圖 1-9
雙工作臺結構的五軸聯動機床的典型產品有瀋陽機床股份有限公司的VNC-e 系列五軸立式加工中心、大連機床集團的 VDW500型高速五軸立式加工中心、日本 Mazak Variaxis 系列五軸加工中心、瑞士 Mikron UCP710 五軸立式加工中心和德國DMG HSC20/55 型五軸高速高精度加工中心、DMU 70 型 5軸萬能數控加工銑床。
2.雙擺軸結構
採用這類結構的五軸聯動機床工作臺不動，兩個旋轉軸均在主軸上。由於擺軸中間一般有一個帶松拉刀機構的電主軸，所以雙擺軸自身的尺寸一般比較大。
這類機床一般採用龍門式或動樑龍門式結構，能加工的零件尺寸比較大，如機翼肋板等。雙擺軸的結構按照旋轉軸軸線是否與直線軸相垂直主要有兩種結構形式，如圖1-10、圖 1-11 所示。
圖 1-10
雙工作臺結構的五軸聯動機床的典型產品有瀋陽機床股份有限公司的GMCu 系列橋式五軸加工中心、江蘇新瑞機床（集團）有限公司的 XH2725-5X-10五軸高架橋式龍門加工中心、日本牧野公司的 T2/T4 五軸加工中心和美國哈斯公司的 VR-8 五軸立式加工中心。
3.轉軸擺軸結構
採用這類結構的五軸聯動機床兩個旋轉軸分別在主軸和工作臺上，如圖1-12 所示。
單獨的旋轉工作臺使得能加工的工件尺寸範圍比較大，而擺軸讓刀軸方向改變靈活，讓這類五軸聯動機床可以有多種不同的組合以適應不同零件的加工要求。
轉軸擺軸結構的五軸聯動機床的典型產品有臺灣永進機床TCV3000A-5AF 立式加工中心、日本牧野公司的 MAG1 五軸加工中心、德國 DMG HSC 75/105 型五軸高速高精度加工中心。
在這類機床有一類專門用於汽輪機葉片加工的機床，常採用 A 軸和 B 軸結構，如下圖
1-13 所示。
圖 1-13 包含轉軸和擺軸的汽輪機葉片加工機床
典型的機床產品如北京機電院機床有限公司的 XKH 系列五軸聯動葉片加工中心、魯南機床有限公司的 VHP800-5AX五軸聯動加工中心和意大利法拉利機床的 A175 型五軸機床等。
03
“轉軸和擺軸的結構有何特點？”
＊ 根據兩從上面的分析可以看到，擺軸和轉軸間的組合使得五軸機床的結構有了很大的變化，而轉軸和擺軸本身的結構也有很多種類。
＊ 單轉檯的結構介紹
單轉檯的結構按照驅動方式可以分為蝸輪蝸桿、直驅式和齒輪驅動三種。
1.蝸輪蝸桿副驅動轉檯
蝸輪蝸桿副驅動形式在轉檯中使用最廣泛，結構如下圖1-14 所示。
圖 1-14 蝸輪蝸桿副驅動轉檯示意圖
這種形式的轉檯的轉檯通過軸承固定到底座上，蝸輪與轉檯相連。伺服電機通過聯軸器驅動蝸桿旋轉，帶動蝸輪和轉檯轉動。蝸桿兩端通過軸承固定到轉檯底座上。蝸輪蝸桿副的結構根據用途和性能不同已經有很多種結構形式，如圓柱蝸輪蝸桿副、環面蝸輪蝸桿副等。
蝸輪蝸桿驅動的轉檯需要解決的一個重要問題是消除蝸輪蝸桿間的反向間隙，保證蝸輪蝸桿在正轉、反轉轉換時蝸輪與蝸桿間不發生衝擊。常用的消除反向間隙的方法包括：蝸桿採用雙蝸桿結構、採用變齒厚蝸桿及通過雙蝸輪蝸桿副驅動等。如圖1-15、圖 1-16、圖 1-17所示。
圖 1-16 變齒厚蝸桿示意圖
圖 1-17 雙蝸輪蝸桿副消隙示意圖
2.直驅式轉檯
轉檯採用直驅方式時，大大簡化了轉檯的機械結構，並且能夠達到更高的轉速。
如圖1-18、圖 1-19 所示，直驅電機的轉子與轉檯的軸直接相連，省去了聯軸器等中間環節，傳動精度更高，同時其幾何尺寸比蝸輪蝸桿副驅動的轉檯小很多。
圖 1-18 西門子 1FW6 力矩電機結構示意圖
圖 1-19直驅式轉檯結構示意圖
3.齒輪驅動轉檯
齒輪驅動轉檯主要用於大型機床上，如鏜床、滾齒機等。為了消除反向間隙，常採用兩個齒輪同時驅動與工作臺相連的大齒盤。
＊ 雙轉檯的結構介紹
雙轉檯可以看做兩個單轉檯的組合，但是其結構根據實際性能要求有很多種型式，如下圖1-20、圖 1-21、圖 1-22所示。
圖 1-20 Matsumoto 公司的單臂式雙轉檯
圖 1-21 Nikken 5AX-800 型蝸輪蝸桿驅動轉擺臺
圖 1-22 MMK 公司的 DDAT306 型直驅轉擺臺
＊ 單擺軸的結構介紹
單擺軸的驅動方式與單轉檯的驅動方式基本相同，也有蝸輪蝸桿副驅動、直驅式和齒輪驅動三種型式。其主要的結構型式如圖1-23、圖 1-24、圖 1-25所示。
(a) 單邊驅動 (b)兩邊同時驅動 (c)懸臂結構圖
圖1-23 單擺軸的三種結構型式
圖 1-24傾斜式擺頭的結構型式(CYTEC 公司產品)
圖 1-25 兩個西門子 1FW6 力矩電機驅動的轉擺頭
與轉檯不同的是，單擺軸有單邊驅動和雙邊驅動之分，採用雙驅能夠消除反向間隙，同時能夠減小擺軸固定叉形基座的變形。
＊ 雙擺軸的結構介紹
雙擺軸的結構即在單擺軸基礎上增加一個旋轉軸。根據單擺軸的種類和旋轉軸的結構形式，雙擺軸也有很多種不同的結構型式，如下圖1-26 所示。
＊ 抱閘裝置
在加工過程中，當轉軸和擺軸結構需要較長時間固定在一定位置時，需要附加的抱閘裝置來固定轉動部分。在蝸輪蝸桿副驅動的轉檯或轉擺臺中，通過抱閘裝置固定轉動部分可以減小蝸輪與蝸桿間的作用力，提高使用壽命。常用的抱閘方式採用脹緊套或剎緊片由液壓、氣動抱閘。
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