五轴加工机床:现状和趋势

概述

    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，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，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。

    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，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2 不同双摆工作台布局的五轴加工机床

    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f1000mm，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1000kg，铣削时工作台最大载荷为2000kg，可以从机床上方装卸较重的大型工件。