零件的五轴数控加工技术

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。

　　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。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。

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。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。

　　补偿行程短通常与五轴定位无关，只有在高速加工时，要求直线坐标和回转坐标几乎同时到达目标位置才会有问题。由于五轴加工零件越来越复杂，需要更多种类的刀具，因而在加工循环过程中会产生大量的换刀时间。另一方面， 由于被加工零件的铸件非常接近实际形状及高性能切削技术的应用，切削时间在缩短。如图所示，在加工铝制汽车转向节时，采用创新的五轴加工概念，切屑至切屑时间只有1.9s，由于在加工左右侧2个零件时，所有刀具只要换一次，因此换刀时间减少了50%。采用了效率更高的上、下料技术。标准化的机器人单元配合整体原料与成品件存放装置，有效地减少了非生产时间。机器人除为两台机床上、下料外，还可以担负加清洁、打标、测量等作业。由于采用可以配备无接缝夹具的行星式工作台，不同加工应用之间的调整时间很短。采用高速直接驱动，可以使二个工作台进行镜像加工，这对对称零件的加工很有意义，例如加工汽车、货车或飞机左右两侧对称的零件等。