关于五轴联动机床的发展 new.docx

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关于五轴联动机床的发展new

关于五轴联动机床的发展、结构、功能、运动特性和加工特点介绍

提纲：

一，当今加工行业因产品结构调整和精度提高，要求加工设备发展和提升来适应各行各业的日益发展的需求。

二，五轴联动机床结构和运动特性的分类

1，运动形式：

X/Y/Z/A/C，X/Y/Z/B/C，X/Y/Z/A/B，台面摆动，主轴摆动，台面移动，横梁移动，参阅照片，

2，结构形式：

C型结构、框架结构、动柱式结构，龙门桥式结构，落地镗削立柱结构

3，结构特点介绍

4，数控机床的加工特点介绍

三，结合五轴数控机床的功能和实际应用实例介绍

4.1航空、航天，飞机部件加工

4.2风力行业、汽轮和水利行业，叶轮、叶片、叶盘的加工

4.3机械行业，高精密和复杂零部件的加工

4.4模具、汽车复合试件行业，冲模和制造模具的加工

4.5加工实例介绍，视频

结束语

互动：

提问回答

一，五轴联动数控加工中心的发展

1，五轴联动数控机床的战略意义

　　对于装备制造业来说是一个国家基础的水平体现，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可缺的战略性产业。

即使是发达工业化国家，也非常重视。

近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。

因为机床先进性是一个国家制造业水平的象征。

而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。

五轴联动数控机床技术水准对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。

现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。

所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助五轴数控机床。

由于五轴联动数控机床价格比较昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴加工机床难以普及和应用。

要使中国装备制造业迎来一个崭新的时代！

对装备制造的发展业必须注入强劲的动力，投入更大资金。

同时也对它提出更高要求，可以更加突出机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。

作为国民经济增长和技术升级的原动力，所以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。

预计在不久的将来，随着五轴联动数控机床的普及推广，将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础！

2，国外五轴联动数控机床现状

国外五轴联动数控机床发展到现在已经有几十年历史，刚开始起步，当然，是为适应多面体和曲面零件加工而出现的。

目前，随着当今机床复合化技术的新发展，在常规的五轴数控机床的基础上,又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心和加工中心的铣车复合加工中心。

五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，有时甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。

市场的需求推动了五轴联动数控机床的发展。

我们常见的五轴联动数控机床在品种上有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的复杂零件加工。

五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。

它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。

五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。

国际上把五轴联动数控技术作为一个国家工业化水平的标志。

二、五轴联动加工中心分类

1，加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心，立式加工中心最有

效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完

成工件的四面加工。

目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展，

五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五

面体的加工。

如配上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高

精度加工，更能够适宜像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。

2，立式五轴加工中心分类：

有摇篮式、立式、卧式NC工作台+NC分度头、

NC工作台+90°B轴、NC工作台+45°B轴、NC工作台+A轴°、二轴NC主

轴等。

这类加工中心的回转轴归纳为有两种方式，一种是工作台回转轴。

设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转。

这样通过A轴与C轴的组合，

固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进

行加工。

A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间

曲面，当然这需要高档的数控系统例如SIEMENS和HEIDENHAIN伺服系统

以及软件的支持。

这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性

非常好，制造成本比较低。

另一种是依靠立式主轴头的回转。

主轴前端是一个回转头，能自行环

绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一

般可达±90度以上，实现上述同样的功能。

这种设置方式的优点是主轴

加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的

发动机壳都可以在这类加工中心上加工。

这种设计还有一大优点：

我们

在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面

铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回

转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，

保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。

这种结构非常受模具高精

度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。

为了达到

回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几

秒以内，当然这类主、轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。

3，机床结构特点和新技术应用

3.1小型五轴加工中心

*原来工作台结构是摇篮式，由蜗轮和蜗杆驱动。

（速度慢、动力大、反向间隙大精度较低）

*目前发展到现今的新型结构是双摆动工作台由力矩马达结构（图片）。

（功率和扭矩相当，反向间隙小，精度高）

3.2中、大型五轴加工中心

*原来的A/C主轴摆角铣头是采用双蜗杆消隙机构驱动，交叉滚柱轴承支撑，刚度高，动力大，精度较低，适合粗加工

*新型的力矩驱动的A/C主轴摆角铣头，无间隙，精度高，保证了主轴进给刚度及精度，实现A轴转角±90-95°，C轴连续转角0-190-200°，可实现叶片、叶轮等复杂空间曲面的加工（图片）

--高速、分层切削、保护主轴；

3.3多功能混联机床的特点

*主运动集中在并联构件上，运动部件质量轻，运动速度快，可以完成高速切削加工。

相比之下，机床重量可降低四分之一，在加工水轮机叶片和曲面中，表明该机床性能可以满足加工要求（图片）

3.4直线电机驱动高速立式加工中心

*原来直线轴驱动方式：

普遍采用直线丝杆驱动，齿轮和齿条（图片）

*由于现在加工行业的需求，加工中心的长度不断增加和对机床移动速度提出更高要求，诞生了直线电机驱动高速立式加工中心，通过对具有高加速度和高速度性能的直线电机驱动的进给部件及其防护装置的合理设计，关键在相关控制系统和软件的匹配及调试、直线电机部件的装配调试等关键技术，解决了在高加速及高速运动条件下保证机床刚性和精度的机床结构问题（图片）。

3.5五轴车铣复合加工中心

*车床加上铣削功能，包括多轴复合车。

运动方式：

有X、Z、C、Y、B扩

展X’、Z’、C’和Y’等

例如加工：

飞机发动机主轴、起落架、船用发动机活塞、增压器蜗杆差速换向器、螺旋叶片合装的高速高效加工等。

特点以车为主，增加了铣削，现在有双主轴，双刀架（带铣削头）等

3.6五轴铣车复合加工中心

*立式或卧式加工中心加上车削功能，特点以铣削加工为主，扩展为具有车削功能的五轴铣车复合加工中

运动方式：

有X、Y、Z、A、C、（C’）

发动机机壳等组件，主要复杂和复合回转件的零件

3.7高速主轴技术

*分离式高速主轴和内装式高速主轴（电主轴）关键技术是动平衡、装配调试、试验等关键,选用时主要注重动平衡G等级；主轴配有独立冷却装置，来保证主轴高速运转后，主轴温度保持恒温状态，轴承间隙恒定，从而延长主轴使用寿命。

还有重要因素机床结构对主轴寿命响应很大。

例如：

桥式结构与单臂式结构，寿命大约相差一倍到二倍。

3.8高速转台与刀库

*原来采用双凸轮机构发展为伺服电机；

*现在已经发展为由力矩电机直接驱动的回转刀库，双向最优路径选用。

3.9高速工具系统研究

*五轴数控机床的技术发展后，主轴速度响应提高，例如：

主轴18,000rpm;24,000rpm;42,000rpm.刀具系统也要跟着改进，HSK系列为内涨式与BT/ISO为内卡式的区别。

通过对HSK工具系统结构特性的有限元分析和数值模拟、仿真计算，系统地研究了HSK工具系统的工作机理、建立了力学模型、动平衡数学模型和动平衡失稳性的数学模型；通过HSK工具系统的高速切削实验研究，初步提出了高速加工中切削能与加工质量的关系、动平衡精度的实际意义与原则.

3.10五轴软件应用

CATIA–航空认证，Boeing，Airbus，Aerospace

Power-mill-CAM加工叶轮，叶片

UG-II+Siemens联合有利于CAM

Pro-e–CAD

MasterCam，Solidworks-早期的数控编程软件

4.数控机床的加工特点介绍

4.1.对零件加工的适应性强：

为了满足产品设计要求，通过改变加工程序和装卡方式，可对不同零件进行加工后来提高精度，特别是适应于目前多品种、小批量、产品更新快的生产特征。

4.2.自动化程度高：

一般情况下，除了装卸工件外，其它大部分加工过程都由机床自动完成，大大减轻了工人的劳动强度。

4.3.加工质量稳定：

在加工过程，机床自始至终都在给定的控制指令下工作，消除了操作者的技术水平及情绪变化对加工质量的影响，因而加工质量稳定且一批零件的尺寸一致性好。

4.4.生产效率高：

数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，另外在加工中心上，由于刀库的使用，可实现在一台机床上进行多道工序的连续加工，大大减少了零件的加工时间和辅助时间，因而生产率高。

4.5.利于生产管理现代化：

数控机床使用数字信号与标准代码作为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。

三，结合五轴数控机床的功能与实际应用实例介绍

4.1航空、航天，飞机部件加工

4.2风力行业、汽轮和水利行业，叶轮、叶片、叶盘的加工

4.3机械行业，高精密和复杂零部件的加工

4.4模具、汽车复合试件行业，冲模和制造模具的加工

4.5加工实例介绍，视频

结束语:

展望

目前，我国机床制造业存在的主要矛盾（如部分关键技术的掌握，自主创新与消化吸收再创新能力的提高，中高档数控机床的开发水平、用户加工工艺的了解及服务水平等）有了初步的缓解，并取得较大的进步，但尚未从根本上解决，还需继续不断努力，赶上世界技术发展的步伐。

国民经济建设和国防工业建设（包括能源、交通、船舶、机械、冶金、航空、航天、军工等）重点领域对我国机床制造业提出了新的要求。

未来，装备制造业发展规划纲要中明确提出，国家把以数控机床为代表的基础装备作为重点发展的七大领域之首，提出了重点发展的方向。

围绕发电设备、航空、航天、船舶需要的高精、大型、专门化工作母机和工艺复合化机床，汽车制造业需要的成套、高效、高精度、高可靠性及柔性制造系统以及IT工业对专用设备的需求，我国机床制造业任重而道远。

友盛（上海）精密机械有限公司

王伟德

2010年7月