庞钧文

　　摘　要：主要分析了五轴联动加工工艺的应用特征，分别从工作台和主轴头之间，把五轴联动数控机分为回转符合工作台型+摆动、回转复合主轴头型+白龙、工作台回转复合型+主轴头摆动，而后对各类机床的应用特征进行了相应分析和阐述，对其优缺点进行了介绍，Z后对五轴联动数控机床在航空航天工业、模具制造业和汽车制造业中的应用进行详尽的探析，以下为详述。
　　关键词：五轴联动；数控机床；应用

　　五轴联动数控机床可谓是数控机床制造技术中的代表，也是数控技术应用难度Z大、应用范围Z为广泛的技术手段，上已经将五轴联动数控机床加工技术作为国家工业发展水平的代表，它集合了精密加工技术、计算机控制和高性能伺服驱动为一体，主要应用于复杂曲面、高效、精密和自动化的加工过程之中，特别是航空航天、高精密仪器、船舶以及模具等，这些生产环节都会应用到五轴联动数控机床加工技术，特别是军工部门和民用工业部门都会涉及到这些关键的加工设备类型。
　　五轴联动数控加工技术应用的过程中，一般都会通过增设机床回转轴、工件或是刀具等，对位姿角的加工进行实时调整，这些工具的应用，可以更为便捷的实施加工手段，防止出现工件或是刀具干涉的情况，仅需要通过一次性装夹来实现基面外全部面的清洗工作，完成Z终的加工任务，此外，在对斜面进行加工时，可以借助工件或是刀具的摆动情况，使刀具可以更好的接近需加工的表面位置，对刀具的伸长度进行良好的控制，间接的可以提高刀具的使用寿命，不仅如此，还能利用直线轴的实际运动轨迹，对内凹表面实现精密的加工，这些都更适用于复杂且多面的零件类型，例如，舰艇、航空发动机以及汽轮机等，五轴联动数控技术的应用和三轴联动加工技术的应用相比较，五轴联动数控技术的位姿更为灵活，应用平刀线接触成形可以促使加工之后的表面更为光滑，体现出的连续性更强，实用性强，落实效率更高。
　　一、五轴联动数控机床的结构类型分析
　　五轴联动数控机床之中不仅涵盖着X/Y和Z三个直线运动坐标系，同时还存在着两个旋转坐标轴，实现旋转进给运动，工作台和主轴头之前，还存在这多轴联动机制，实现连续性的进给运动，Z终完成曲面加工工作任务。
　　五轴联动数控机床可以按照工作台和主轴头二者的配合运动形式，将其分为回转复合工作台型+摆动、回转复合工作台型+摆动、工作台回转混合+主轴头摆动，其主要结构型式可以分为以下几点。
　　（一）对于回转符合工作台型+摆动的运作方式分析
　　回转复合工作台型+摆动的五轴联动数控机床运作形式，一般可以分为两个旋转坐标轴，而后可将其作用到工件之中，通过床身的AB轴摆动，此后沿着C轴完成回转动作，这些都需要工作台的作用实现。可以在原有的三种数控加工机床的运作基础上，此后配备数控摆动回转工作台发展而成^[1]。
　　工作台型一般可以分为左右双支承，其实际刚性较大，如果台面转向后侧时，它可控的运动空间就相对较小，所以，它的一般摆角较小时，它的实际摆角范围则较大，同时易于观察，更加适用于小型零件的加工，工作台应当按照（ABC）轴组合运作的形式，完成工作运转，不仅可以促使工作台中的安装底面之外的其余五个面都应当借助主轴完成技加工，同时可以加工成倾斜孔或是倾斜面等，ABC轴组合运动的形式完成工作任务，其中安装台上的底面和其余五个面都由主轴加工，ABC轴可以和XYZ三个直线轴完成联动，而后加工出繁杂的空间曲面，比如，大型的叶轮的曲面等^[2]。
　　这种型式的机床一般是受三轴数控机床的运作基础上，配备回转工作台和数控摆动构建而成，主轴的结构通常都较为简洁，其实际刚性较佳，所涉及的工艺范围也较广，应用较为简洁，此时的工作台的设计环节，要确定其实际承载度，这一工艺措施是中小型五轴加工机床应用率Z高的结构类型。
　　（二）回转复合主轴头型+摆动的运作方式分析
　　回转复合主轴头型五轴联动数控机床+摆动的运作形式，可谓是转动坐标轴的过程，同时这些都会作用到刀具之上，并都由刀具一侧的复合主轴头来完成，对其构成要素进行分析，可知，复合主轴头是由可回转的主轴头和回转头所构成，其中可回转的主轴头可以围绕着Z轴实现360°的旋转，而回转头则可围绕着XY轴实现回转，这一机床类型还可分为诸多的系列，比如：HPM/Mikron等等。
　　复合主轴头型联动数控机床之上可以应用球头铣刀完成复杂曲面的加工，还可以应用主轴对工件进行弯转，转过一个角度之后，可以令球头铣刀对零线速度顶点进行切削和规避，这样可以更好的满足精度曲面加工的实际需求，符合加工质量的需要。
　　此类型的加工机床可以制作为多头式主结构，也就是刀具安装的主轴头可以分为多个，此时，可以参照不同类型和型号等参数，实现交换和择选，此后，还可以基于加工需求，择选Z为适宜的转矩和转速。
　　这样的主轴加工方式较为灵活，但是，复合主轴头部件的设计和制造的过程中，对于工艺水平的需求极高，实施难度较大，如若仅仅保持工件或是工作台的固定性，那么，此時的五个坐标轴的运动，即：X/Y/Z/A/B等，都由复合主轴头来实现，工作台的设计都较大，都可以应用加工工具，完成大型复杂曲面的安装，重型壳体件等都需要应用这一工艺措施，比如，大型发动机壳体、飞机龙骨以及翼梁等，此工艺措施的应用也体现出了一定的缺陷，运动部件质量较大，同时惯性也较大，这一工艺措施不可应用于过高的进给速度或是加速度的环节，所以，这种结构和型式一般会应用到重型机床亦或是大型机床中应用，例如，济南机床集团所开发的XKV2745型龙门移动式大型五轴联动数控铣床，就是典型代表^[3]。
　　（三）工作台回转混合型+主轴头摆动的运作方式分析
　　工作台回转型五轴联动数控机床+主轴头摆动的运作形式，第二个转动坐标轴分别由刀具一侧主轴头摆动和工件一侧的工作台回转完成，应用主轴头摆动作为回转轴，加之工作台其中的一个回转轴完成五轴联动的加工目的，主轴头可以通过摆动实现刀具的摆动，或可应用牢固加紧的措施，使其定位在摆动的范围内。
　　工作台的运转过程中，需要承受较多的重量，同时也可以应用标准交换工作台，现阶段的五轴联动数控数控机床所广泛应用。
　　二、对于五轴联动数控机床在模具制造业中的应用方式分析
　　五轴联动数控机床，适合应用到复杂型腔曲面零件的制作中，模具制造生产领域都会广泛的应用。
　　模具零件的形状通常都较为繁杂，同时对表面加工质量和加工精度的要求极高，例如，矿泉水塑料模具、汽车后视镜模具以及轮胎模具等，都会应用到这一工程手段，这一过程中会对模具加工水平提出了更高的要求，此时可以应用五轴联动数控加工方式，复杂模具的零件进行加工，仅需一次，就可以完成安装面之外的全部加工任务，这样可以极大的提高模具的加工效率，缩减模具的交货期，提高五轴联动数控机床的性价比，和三轴加工水平相比，它所应用的刀具较短，提升其应用稳定性，保证其加工的精准度。
　　结束语
　　综上所述，自从进入到二十一世纪以来，科学技术发展水平就在不断进步，各类科学技术手段都开始融入到人们的生产生活中，极大的便捷了人们的生活，同时也提高了生产水平，五轴联动数控机床的技术水平，一定程度的体现了整个国家的工业发展水准，笔者对此技术的应用进行了相应的分析，而后对其应用方式提出了相应的思考，希望给相关的五轴联动数控技术人员以一定的借鉴和启迪。
　　参考文献
　　[1]杜玉湘，陆启建，刘明灯等.五轴联动数控机床的结构和应用[J].机械制造与自动化，2013，37（3）：14-16，20.
　　[2]徐晓风，高永祥.基于UG的五轴联动数控加工技术在吹塑模具的应用[J].机械设计与制造，2013，68（3）：237-239，243.
　　[3]彭志军，刘大炜，宋智勇等.一种五轴联动机床动态精度检测及优化方法[J].制造技术与机床，2013，48（8）：35-39.

来源：《中国科技博览》2017年30期