模具行業(yè)五軸機(jī)床的應(yīng)用越來(lái)越多。五軸機(jī)床的五個(gè)軸通常是由三個(gè)直線軸外加兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸組成的，其結(jié)構(gòu)方式卻有很大差別。不同的結(jié)構(gòu)形式會(huì)使機(jī)床在剛性、動(dòng)態(tài)性能和精度穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生一些差異。本文主要針對(duì)立式主軸擺動(dòng)、立式主軸不動(dòng)工作臺(tái)擺動(dòng)（搖籃式）這兩種不同結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床進(jìn)行分析比較，以便用戶充分了解其結(jié)構(gòu)形式，從而有利于其根據(jù)自己產(chǎn)品的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)能力挑選合適的機(jī)床。

頭擺機(jī)床的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和檢測(cè)中心是位于主軸上的，如圖1所示。而工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和檢測(cè)中心位于機(jī)床的床身，圖2所示。

圖1 頭擺機(jī)床和工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和檢測(cè)中心

圖2 頭擺機(jī)床和搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床的檢測(cè)中心示意圖

 

這里以兩種機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°加工同一個(gè)零件上的空間垂直孔為例，說(shuō)明兩種機(jī)床的區(qū)別。

                       

圖3  此零件需要在兩個(gè)相鄰面上加工兩個(gè)相互垂直的通孔

 

1. 機(jī)床主軸剛性比較

頭擺機(jī)床在加工的過(guò)程中，由于主軸擺動(dòng)，使得主軸的剛性相對(duì)差；而工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床，由于是工作臺(tái)擺動(dòng)，所以不會(huì)對(duì)主軸的剛性產(chǎn)生任何影響。

2. 機(jī)床加工的效率對(duì)比

由于旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的不同，刀尖實(shí)現(xiàn)同樣的位移時(shí)，頭擺機(jī)床的主軸需要擺動(dòng)更大的角度（類似杠桿原理），所以加工同樣的零件，頭擺機(jī)床的效率更低。

3. 刀具長(zhǎng)度對(duì)機(jī)床加工精度的影響

擺動(dòng)誤差=擺臂×擺角

對(duì)頭擺機(jī)床來(lái)講，刀具長(zhǎng)度是擺臂的一部分。

也就是說(shuō)，在頭擺的情況下，刀具的長(zhǎng)度影響擺臂長(zhǎng)度，放大誤差。即誤差會(huì)隨刀具的長(zhǎng)度增長(zhǎng)而增大，如圖1所示。而如圖2所示，對(duì)于搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床，刀具長(zhǎng)度與擺臂的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。頭擺機(jī)床和搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床的加工誤差與刀具長(zhǎng)度的關(guān)系在圖4和圖5中可以得到很明顯的展示。

圖4  頭擺機(jī)床中刀具長(zhǎng)度與位置誤差的關(guān)系

 

圖5  搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床長(zhǎng)度與位置誤差的關(guān)系

 

4. 隨著擺動(dòng)，兩種機(jī)床都會(huì)產(chǎn)生位置誤差，但是頭擺機(jī)床還會(huì)產(chǎn)生形狀誤差，而工作臺(tái)擺動(dòng)則不會(huì)產(chǎn)生形狀誤差

頭擺機(jī)床刀具旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生位置誤差。與此同時(shí)，加工孔的進(jìn)給方向和刀具的回轉(zhuǎn)中心發(fā)生偏離，情況如圖6所示，所以加工孔產(chǎn)生位置誤差的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生形狀誤差，出現(xiàn)楔形孔。

圖6 頭擺機(jī)床在產(chǎn)生位置誤差的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生形狀誤差

 

　　而工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床的位置誤差是由工作臺(tái)擺動(dòng)造成，主軸的進(jìn)給方向和刀具的旋轉(zhuǎn)中心始終重合，所以不會(huì)再附加產(chǎn)生形狀誤差。這是搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)與頭擺相比另一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。

　　

　　圖7  搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床不產(chǎn)生形狀誤差

 

5. 五軸加工大小范圍的比較

    隨著頭擺機(jī)床主軸的擺動(dòng)，工件直徑方向的加工范圍將會(huì)縮小，也就是說(shuō)，主軸擺動(dòng)角度時(shí)會(huì)吃掉行程，從而導(dǎo)致五軸加工所能加工最大工件的直徑范圍比其三軸加工時(shí)小；而工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)擺動(dòng)，對(duì)工件水平方向的尺寸不會(huì)產(chǎn)生任何影響，從這個(gè)意義上講，五軸加工和三軸加工時(shí)的工件大小范圍是相同的。但是五軸加工工件的最大范圍還需考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)引起的干涉。用戶應(yīng)該要求機(jī)床供應(yīng)商提供五軸加工干涉示意圖來(lái)分析比較。通常情況下，同樣的行程，采用搖籃式工作臺(tái)擺動(dòng)結(jié)構(gòu)的機(jī)床五軸加工范圍會(huì)比頭擺式機(jī)床更大。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

 

結(jié)論

　　搖籃式的工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床主軸的剛性好，加工效率高；刀具長(zhǎng)度對(duì)加工精度不會(huì)產(chǎn)生影響；加工不會(huì)產(chǎn)生形狀誤差；同樣的行程，機(jī)床五軸加工范圍會(huì)比頭擺式機(jī)床更大。

　　頭擺機(jī)床主軸的剛性相對(duì)較差，加工效率相對(duì)較低；加工精度會(huì)隨刀具長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而降低；加工會(huì)產(chǎn)生形狀誤差；主軸擺動(dòng)角度時(shí)會(huì)吃掉行程，從而導(dǎo)致能夠加工的最大工件尺寸變小。

　　另外需要補(bǔ)充的是，工作臺(tái)擺動(dòng)機(jī)床由于需要克服工件自重的原因，如果工件很重，對(duì)夾具有更高的要求；還有，加工大型重型零件時(shí)機(jī)床無(wú)法實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)擺動(dòng)，就只能采用頭擺的方式。