五轴联动数控加工中心的结构

五轴联动加工中心大多是“3+2”的结构，即X,Y,Z三个直线运动轴加上分别国绕X YZ轴旋转的A，B，C三个旋转轴中的两个旋转轴组成。这样，从大的方面分类，就有X，Y，Z，A，B；X，Y，Z，A，C；X，Y，Z，B，C三种形式。根据二个旋转轴的组合形式不同来划分，大体上有双转台式、转台加摆头式和双摆头式三种形式。这三种结构形式由于物理上的原因，分别决定了五轴联动机床的规格大小和加工对象的范围。

1.双转台结构的五轴联动机床

如图1所示，为A轴+C轴的双转台结构。设置在床身上的工作台可以围绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30°至一120°。工作台的中间还没有一个回转台绕Z轴旋转，定义为C轴，C轴一般能进行360°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，其余的五个面部可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴小分度值一般为0.001°，这样又可以招工件细分成任意角度，加工出倾斜面、顾斜孔等。A轴和C轴如与X、Y、Z三个直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要的数控系统、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。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大干等于90°时，工件切削时会对工作台带来很大的承裁力矩。

图1.双转台结构的五轴联动机床

2.转台加摆头式结构的五轴联动机床

    如图2所示，由于转台可以是A轴、B轴或C轴，摆头也是一样，可以分别是A轴、B轴或C轴，所以转台加上摆头式结构的五轴联动机床可以有各种不同的组合，以适应不同的加工对象。这种卧式加工中心厂家设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计得非常大。客机庞大的机身、巨大的发动机壳部可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心钱垂直于加工面时，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。

这种结构非常适合模具高精度曲面加工，同时也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，分度桔度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。

图2.转台加摆头式（C轴+B轴）五轴联动机床

3.双摆头式结构的五轴联动机床

    如图3所示，由于结构本身的原因摆头中间一般有一个带有松拉刀结构的电主轴，所以双摆头自身的尺寸不容易做小，一般在400一500mm，加上双摆头活动范围的需要，所以双摆头结构的五轴联动机床的加工范围不宜太小，而是越大越好，一般为龙门式或动梁龙门式，龙门的宽度在2000一3000mm以上为好。

图3.双摆头式结构的五轴联动机床

    目前较先进的双摆头式五轴联动机床的摆头结构一般采用“零传动”技术的扭矩电动机，“零传动”技术在旋转轴中的应用是解决其传动链刚性和精度的理想的技术路线。随着技术的发屁，扭短电动机的制造成本大大下降，市场价格也随之下降，这一进程将促使五轴联动机床的制造技术大大地前进一步。