?1.引言

　　在五軸加工的發展方面，其應用主耍是因為生產量的變化。以前，主要集中于各軸的聯動。這一技術多用于產量極小的模具生產。在飛機工業的機身零件、渦輪和葉片的制造中，五軸加工己應用多年。汽車工業中， 渦輪增壓技術大大地提高了產量。這主要集中在減少加工循環時間方面。

　　實際上，五軸加工在大批量生產中的應用日益增多， 有些是零件的某些部位確實需要五軸聯動加工，而有些零件的加工完全不需要五軸聯動。這種應用的增多是因為零件越來越復雜和零件精度要求越來越高。這類零件是絕大多數五軸加工的代表。在這種情況下，具有一次裝夾完成全部加工的優點，采用五軸加工的原因是可提高加工能力和生產效率。

　　多數實用五軸機床是由三個直線坐標軸和二個回轉軸組成的。除此之外，已經證明刀具一側有三個直線坐標軸加二個回轉坐標軸的3+2軸零件定位(耳軸和行星式結構)是一種很好的解決方案。另一種創新變型設計是刀具一側使用三個直線軸和一個回轉軸，工件只用一個回轉軸驅動( 傾斜式頭架結構)。下文中將就這兩種結構作進一步探討。全部五軸運動均由刀具一側完成，而工作不僅是飛機和大型模具等大型零件加工中常用的結構。這是因為零件尺寸和質量太大不可能采用其它結構。最近開發的并聯運動機床也正在進入工業化應用。

2. 采用耳軸和行星式結構的五軸加工

　　耳軸和行星式結構的五軸加工機床通常是在標準三軸機床的基礎上加上一個二軸回轉工作臺。這種結構的優點是零件固定在回轉中心線上。依據不同尺寸，聯動加工過程中回轉軸改變其角度時，直線坐標補償行程最短。在這種運行中及在每次加工循環終了時，進給全受到五個坐標軸中的任意一軸運行狀態的限制。通常會由于補償行程過大而受到直線軸的限制。由于其重量和偏移效應較大，無法有效地提高直線坐標的加速度。與之相反，由于采用直接驅動技術，回轉坐標很容易實現高的動態性能。將此與短行程相結合則有助于縮短加工循環時間和提高加工精度。

　　補償行程短通常與五軸定位無關，只有在高速加工時，要求直線坐標和回轉坐標幾乎同時到達目標位置才會有問題。由于五軸加工零件越來越復雜，需要更多種類的刀具，因而在加工循環過程中會產生大量的換刀時間。另一方面， 由于被加工零件的鑄件非常接近實際形狀及高性能切削技術的應用，切削時間在縮短。如圖所示，在加工鋁制汽車轉向節時，采用創新的五軸加工概念，切屑至切屑時間只有1.9s，由于在加工左右側2個零件時，所有刀具只要換一次，因此換刀時間減少了50%。采用了效率更高的上、下料技術。標準化的機器人單元配合整體原料與成品件存放裝置，有效地減少了非生產時間。機器人除為兩臺機床上、下料外，還可以擔負加清潔、打標、測量等作業。由于采用可以配備無接縫夾具的行星式工作臺，不同加工應用之間的調整時間很短。采用高速直接驅動，可以使二個工作臺進行鏡像加工，這對對稱零件的加工很有意義，例如加工汽車、貨車或飛機左右兩側對稱的零件等。

3. 采用可傾式主軸結構的五軸加工

　　可傾主軸機床也是在標準三坐標機床的基礎上發展而來的.只是將其中一個回轉坐標整合到主軸頭架上，使主軸可從垂直位置做+/-100度的傾斜擺動。圖示為大力矩電機驅動的，具有很好動態性能的主軸頭架，它可在任意角度位置定位。機床工作臺配置了第二回轉坐標，也是采用大力矩電機驅動，最高轉速可達1000r/min。這種立式機床在加工重型零件方面具有很大優勢，因為工件重量加上附件重量無法用耳軸式擺動坐標進行傾斜加工。傾斜擺動就由重量輕得多的主軸來完成。而上、下料則可在一個水平面上進行，操作簡便。

　　工作臺可在五軸加工過程中以1000r/min的速度回轉。因而可以如同更換銑刀一樣，從刀庫上調用車刀。在車削作業過程中，主軸可使車刀始終保持一個固定傾角，而進給運動則由直線坐標完成，從而減少了零件精加工所需的機床數量和零件傳輸次數。

　　這種主軸可傾式機床還可以配備水平耳軸擺動坐標。對于加工航空工業用鋁制零件來說，能承載重型零件和夾具的回轉坐標是一種很好的解決方案，加工鋁件時的金屬去除率要比加工普通零件高80%。切除率是項重要指標。利用回轉的耳軸工作臺，切屑可直接落下并收入集成于機床床身的排屑裝置中。

　　除此耳軸式坐標之外，在某些情況下，增加一種簡單的回轉坐標或車削主軸，因其具有高效特點，可能更為實用。這種結構適用于加工棒料或型材。在回轉軸中配置一個內徑為65 mm的空心軸，用于安放相當直在的棒料和型材。這樣，除了能具有五軸回轉功能外，還可以4500r/min的轉速進行車削作業。當零件需要在其一端定心時，可將卡盤作為尾架，因棒料的長度無法采用直線NC控制作進給運動。當零件從棒料上切下時，也可利用卡盤使其保持夾持狀態，然后利用另一個帶垂直NC坐標的工作臺使其轉向。這樣，便可以對零件的背面進行五軸加工，即一次裝夾完成全部車銑加工。若配置成品件的下料功能，便可實現全自動加工。因此，這種極為簡單的卡頭和夾緊方法，就成為一種最為有效的棒抖加工柔性自動化解決方案。這就構成了直徑32mm以下零件的五軸加工機床配置。例如各種儀器、儀表、鐘表等小型高精度零件的生產。請注意，這類零件日益復雜，甚至五軸聯動加工也無法滿足要求。

　　為了減少包括空轉測試零件加工程序或首件加工調試的調整時間，計算機模擬不失為一種有放工具。最新版本的模擬軟件具有檢測編程錯誤，機床、刀具、夾具和零件之間的沖突，優化刀具長度與行程等等功能。因此，五鈾加工已經沒有什么懸念并得到廣泛應用。這類機床將成為未來各種機床變型結構的標準設備。