科德數控教你如何技術性選擇五軸數控機床

　　科德數控股份有限公司成立于2008年，為大連光洋科技集團有限公司的全資子公司。公司主營各類五軸設備及相關核心功能部件，擁有200余人的技術研發團隊及完善的生產，市場，售后體系為用戶提供最優質的服務，科德始終堅持自主創新，致力于各類五軸設備的研發與制造，為用戶提供完整的解決方案。

　　擁有亞洲最大的恒溫恒濕地下車間以提供最優質的機加及裝配環境及多種類型國外高端先進設備作為加工母機，是專業配套自主化高檔數控系統和關鍵功能部件的高檔數控機床制造商。數控產品廣泛應用于航天、航空、汽車、醫療等眾多領域。科德一直以來奉行用戶第一、員工第二、專精新特、開放包容、永恒卓越、百年永駐的理念，不斷開拓創新，力求成為國內領先、國際知名的智能加工裝備供應商與智能制造系統化解決方案服務商。

　　數控機床在數字化控制下實現工件與刀具間任意軌跡的相對運動，從而實現各種型面的加工。在實際應用中由于零件復雜程度越來越高，許多零件加工需求能夠再一次裝卡下盡可能多的完成盡可能多的表面加工，甚至完成復雜凹曲面和異形腔體的加工，于是誕生了五軸機床，既在傳統三坐標基礎上加入回轉坐標，以完成特殊工件和刀具間姿態調整的要求。

　　五軸機床實現了工件和刀具間便利的姿態調整，除了可以避免干涉，還可以充分實現刀具更好的切削條件，包括規避刀尖點極低的實際切削線速度，還可以使用更短的刀具進行加工，提升系統剛性，減少刀具的數量，減少專用刀具的應用。由于五軸機床的控制和制造技術的復雜性，此類設備率先用于軍工制造領域，包括航空發動機，飛機結構件，艦船引擎，乃至于五軸機床作為國家戰略物資被嚴格監管和限制，由此還演繹出著名的東芝事件

　　科德數控教你如何技術性選擇五軸數控機床

　　高速切削理論和實踐成為機床設計的重要影響趨勢!

　　高速、高效切削在航空制造業中、有色金屬加工中廣泛應用，近年來隨著刀具材料及涂層技術的進步以及液氮冷卻切削等一系列新切削技術的實踐，高速加工開始推廣到黑色金屬、鈦合金及難加工材料的切削加工領域。

　　有當用戶面對這些各種類型的昂貴的五軸加工設備時，常常因繁多的技術炫技造成選擇上的困惑。什么結構的五軸數控機床最好?這其實是很難回答的問題，因為不同結構的機床都有其適用的工藝能力和加工范圍。如何選擇適合零件的五軸機床呢?本文筆者將科德數控股份有限公司五軸數控系統研發和五軸數控機床研發中的一點體會供讀者參考。

　　文章作者：科德數控陳虎、劉立新

　　高效五軸聯動加工機床屬于專機范疇

　　受被加工零件的多樣性和機床速度、精度及剛度等要素的制約，高效五軸聯動加工機床還是一種專用機床，暫時沒有通用萬能的五軸聯動機床出現。因此，設計及選擇五軸聯動機床首先要從被加工零件及典型加工軌跡開始。

　　刀具與零件相對運動軌跡特征：

　　刀尖點運動軌跡特征：三維空間軌跡。

　　刀具運動軌跡特征：三維空間矢量運動軌跡。約定了機床五軸復合運動形態，導致高效五軸聯動加工機床是專機，而不是通用萬能機床。

　　刀具運動精度：

　　零件材質、表面精度、粗糙度和刀具等要素約定了刀具運動精度。

　　刀具運動速度：

　　切削參數、加工效率需求等要素約定刀具運動速度。

　　刀具運動空間;

　　約定了機床尺寸規格。

　　五軸聯動機床運動軸的分類： 2個旋轉軸+3個直線軸、3虛擬軸+2直線軸、3虛擬軸+2旋轉軸。

　　五軸聯動機床精度檢驗

　　1、幾何精度

　　2、定位精度

　　3、復合運動精度常用球頭替代刀尖，將五軸空間矢量問題，簡化為空間點的軌跡精度來檢測和標定。這也與曲面常用球頭刀加工相吻合;

　　4、工作精度

　　5、復合運動精度：我們將五軸聯動機床在約定運動速度下達到的軌跡精度稱之為復合運動精度。其中，它包括機床空間位置精度和空間運動速度精度。

　　高速五軸聯動機床設計和選擇的基本原則

　　1、機床結構運動特征是否符合刀具相對零件表面的運動軌跡特征?

　　2、機床復合運動精度是否滿足刀具運動軌跡精度和運動速度要求?

　　3、機床尺寸規格是否滿足刀具運動軌跡所需空間?

　　運動組件輕量化

　　運動組件輕量化的技術原則同樣適用于五軸機床，以謀求更高的加工速度、加速度、加加速度帶來的效能，高動態特性帶來的更高的輪廓精度，以及更低的能耗。上述設計理念甚至被大型龍門機床制造廠商接受，這也是輕量化的天車式五軸龍門機床被市場認可的主要原因。

　　五軸機床結構選型，也應考慮零件及工裝的重量及運動部件合理分配。對于小型零件、輕量零件，工件直接回轉和移動的選型;而對于重型零件，大型零件應該考慮主軸參與回轉和移動的選型。正確的部署運動部件的質量分配是高效能機床的基因，是實現高效能加工決定性因素。

　　回轉中心應當盡可能接近切削區域

　　(1)搖籃結構加工區域更集中在回轉中心附近

　　主要加工區域集中在雙回轉軸中心，在輕量復雜零件加工中效能優勢明顯，而且占地面積還更加緊湊。

　　(2)科德KTurbomill3000葉片專用五軸加工中心的彎脖設計

　　在葉片加工中，許多廠商采用經典的彎脖設計，將主軸提升，使刀尖點盡量接近回轉中心。

　　(3)45度銑頭實現刀尖點接近回轉中心

　　在擺角銑頭中，45度的擺角頭設計也很受青睞，也是因為刀尖點距離回轉坐標中心更近。盡管此設計不能實現負角度加工也不善于內表面加工。

　　(4)加工螺旋槳的五軸龍門銑的雙擺頭加轉臺的配置

　　傳動復雜而價格昂貴的AB擺在航空結構件加工中仍然比AC擺受到歡迎，很重要的原因也是因為AB擺的切削點距離回轉中心更近，更易于實現高材料去除效率，盡管扇形傳動精度和弧形導軌的導向精度和剛度難于與閉合的整圓比較。

　　(5)加工螺旋槳的五軸龍門銑的雙擺頭加轉臺的配置

　　當回轉工作臺半徑超過一定的尺度，理想的加工方案中，大直徑的轉臺在大多數情況下就沒有參與五軸聯動的必要，因為重型轉臺談不上動態性能。這種情況下往往配置轉臺加雙軸擺頭效能更高。

　　高精度的空間孔系加工應回避擺角銑頭

　　五軸加工零件中有很大部分為空間斜面上的孔系加工，例如傳動箱體、機匣等。依靠擺角銑頭在找正空間姿態后，沿刀具軸線方向的鉆孔、鏜削、螺紋加工等動作必須依靠多直線軸插補完成，無論機器的幾何精度如何好，插補控制的精度如何高，此類插補直線運動精度與單一直線軸導軌約束下直線運動從精度到剛度上都是無法比較的。

　　在面向大型、重型零件，不得不選擇擺頭的情況下，主軸上附加W軸運動可能是昂貴的彌補措施。

　　當然有很多情況下，零件的特殊性導致只能選擇擺頭，例如回轉體類零件在車銑復合上的加工，由于零件長回轉體特點，只能將車床結構作為首選，也很難配置帶W軸運動的擺頭。