模具行業(yè)五軸機(jī)床的應(yīng)用越來越多。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)形式會使機(jī)床在剛性、動態(tài)性能和精度穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生一些差異。本文主要針對立式主軸擺動、立式主軸不動工作臺擺動（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)和檢測中心是位于主軸上的，如圖1所示。而工作臺擺動機(jī)床的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和檢測中心位于機(jī)床的床身，圖2所示。

圖1 頭擺機(jī)床和工作臺擺動機(jī)床的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)和檢測中心

圖2 頭擺機(jī)床和搖籃式工作臺擺動機(jī)床的檢測中心示意圖

 

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)床在加工的過程中，由于主軸擺動，使得主軸的剛性相對差；而工作臺擺動機(jī)床，由于是工作臺擺動，所以不會對主軸的剛性產(chǎn)生任何影響。

2. 機(jī)床加工的效率對比

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. 刀具長度對機(jī)床加工精度的影響

擺動誤差=擺臂×擺角

對頭擺機(jī)床來講，刀具長度是擺臂的一部分。

也就是說，在頭擺的情況下，刀具的長度影響擺臂長度，放大誤差。即誤差會隨刀具的長度增長而增大，如圖1所示。而如圖2所示，對于搖籃式工作臺擺動機(jī)床，刀具長度與擺臂的長度無關(guān)。頭擺機(jī)床和搖籃式工作臺擺動機(jī)床的加工誤差與刀具長度的關(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)床中刀具長度與位置誤差的關(guān)系

 

圖5  搖籃式工作臺擺動機(jī)床長度與位置誤差的關(guān)系

 

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

 

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

　　

　　圖7  搖籃式工作臺擺動機(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，工件直徑方向的加工范圍將會縮小，也就是說，主軸擺動角度時(shí)會吃掉行程，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；而工作臺擺動機(jī)床的工作臺擺動，對工件水平方向的尺寸不會產(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分析比較。通常情況下，同樣的行程，采用搖籃式工作臺擺動結(jié)構(gòu)的機(jī)床五軸加工范圍會比頭擺式機(jī)床更大。#p#分頁標(biāo)題#e#

 

結(jié)論

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

　　頭擺機(jī)床主軸的剛性相對較差，加工效率相對較低；加工精度會隨刀具長度的增長而降低；加工會產(chǎn)生形狀誤差；主軸擺動角度時(shí)會吃掉行程，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，工作臺擺動機(jī)床由于需要克服工件自重的原因，如果工件很重，對夾具有更高的要求；還有，加工大型重型零件時(shí)機(jī)床無法實(shí)現(xiàn)工作臺擺動，就只能采用頭擺的方式。