定義

 五軸機(jī)床主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)、機(jī)床主體和其他輔助裝置組成，是一種科技含量高、精度高的數(shù)控機(jī)床。其通常配備高性能的數(shù)控系統(tǒng)，通過先進(jìn)的算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜軌跡的準(zhǔn)確控制。在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，至少有5個(gè)坐標(biāo)軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工[1]，可以使數(shù)控刀具相對(duì)于工件的位置和姿態(tài)更加靈活多樣，能夠加工出各種復(fù)雜曲面和異形零件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、能源電力、低空經(jīng)濟(jì)裝備、人形機(jī)器人裝備、船舶、醫(yī)療器械、精密模具、精密儀器和光學(xué)、電子制造等高端制造業(yè)領(lǐng)域。

 加工原理

 五軸加工技術(shù)是基于五軸機(jī)床實(shí)現(xiàn)的，基本工作原理涉及復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和數(shù)控系統(tǒng)控制。

 （1）五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)原理　五軸機(jī)床具有5個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)軸，包括3個(gè)線性坐標(biāo)軸X、Y、Z軸，以及2個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸即A、B、C軸中的2個(gè)軸，能夠?qū)ぜ亩鄠€(gè)面和復(fù)雜形狀進(jìn)行準(zhǔn)確的切削和加工。

 （2）直線坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的協(xié)同作用　直線坐標(biāo)X、Y、Z軸與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B或C軸相互配合，實(shí)現(xiàn)多方位的加工。其中，機(jī)床主軸軸線方向或者裝夾工件的工作臺(tái)垂直方向?yàn)?/span>Z軸；與工件安裝面平行的水平面，或者在水平面內(nèi)選擇垂直于工件的旋轉(zhuǎn)軸線方向?yàn)?/span>X軸，遠(yuǎn)離主軸軸線的方向?yàn)檎较颍?/span>Y軸垂直于X軸和Z軸，且與二者共同構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系，其具體方向取決于機(jī)床結(jié)構(gòu)和工件安裝方式。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中，繞X軸旋轉(zhuǎn)為A軸；繞Y軸旋轉(zhuǎn)為B軸；繞Z軸旋轉(zhuǎn)為C軸。五軸機(jī)床主要有XYZ+A+B、XYZ+A+C、XYZ+B+C三種形式，不同的組合形式適用于不同的加工場景。

 分類

 1）按照聯(lián)動(dòng)方式可以分為兩種：一種是五軸聯(lián)動(dòng)，即5個(gè)軸可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)；另外一種是五軸定位加工，實(shí)際上是五軸三聯(lián)動(dòng)，即2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)定位，只有3個(gè)軸可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)加工，俗稱3+2模式。五軸五聯(lián)動(dòng)具有RTCP功能，即刀尖點(diǎn)跟隨功能，能保持?jǐn)?shù)控刀具中心點(diǎn)和數(shù)控刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)不變，在加工過程中，控制工件與數(shù)控刀具運(yùn)動(dòng)的5個(gè)自由度還可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而加工出任意曲面；而五軸三聯(lián)動(dòng)，另外2個(gè)軸只起到定位功能。五軸聯(lián)動(dòng)加工與五軸定位加工適用的行業(yè)對(duì)象不同，聯(lián)動(dòng)加工適合曲面加工，如各類復(fù)雜模具型腔件的加工，而定位加工適用于工件不同部位的平面、孔和槽等表面的加工[2]。

 2）按照主軸位置關(guān)系分為三大類：臥式、立式和立臥轉(zhuǎn)換。其中立式較普遍，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為主軸是垂直布置的。臥式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為主軸是水平布置的，在高度方向占用空間相對(duì)較小，專用翻板銑五軸機(jī)床可以歸為臥式。立臥轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是主軸可以在立式和臥式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具備多種運(yùn)動(dòng)方式，由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要考慮到立臥轉(zhuǎn)換的空間需求。

 3）按旋轉(zhuǎn)主軸和直線運(yùn)動(dòng)的關(guān)系分為三大類：雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、一轉(zhuǎn)一擺和雙擺頭。雙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)（以A+B為例）適用于小型渦輪、葉輪及小型緊密模具等的加工。在B軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)上疊加一個(gè)A軸的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，通過多軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀工件的高精度加工。一轉(zhuǎn)一擺（分為A+B、B+C，通常稱為搖籃式）這種結(jié)構(gòu)形式剛性好、精度高，能夠滿足對(duì)加工精度要求較高工件的加工需求。在航空航天領(lǐng)域的一些關(guān)鍵零部件加工中，一轉(zhuǎn)一擺結(jié)構(gòu)的五軸機(jī)床能夠發(fā)揮重要作用。雙擺頭結(jié)構(gòu)工作臺(tái)大，一般為龍門式（或者橋式），旋轉(zhuǎn)部分都是在頭部，適合加工大型工件，在大型模具制造、船舶柴油機(jī)及能源電力制造等領(lǐng)域，雙擺頭結(jié)構(gòu)的大型五軸機(jī)床能夠憑借其工作臺(tái)大的特點(diǎn)，高效完成大工件加工任務(wù)。

 4）按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為：減材、增材和復(fù)合五軸機(jī)床。減材五軸機(jī)床是指通過去除毛坯材料來獲得最終零件形狀的加工方式。五軸增材機(jī)床通常采用激光作為能量源，通過送粉/送絲裝置將材料（金屬粉末/絲材、熱塑性材料等）逐層沉積，結(jié)合五軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的無支撐成型。復(fù)合五軸機(jī)床，將增材、減材、激光以及超聲波加工等多種加工制造方式集成在一臺(tái)機(jī)床上，在加工過程中可根據(jù)需要靈活切換，實(shí)現(xiàn)高效加工。例如，先通過增材制造方式構(gòu)建零件的大致形狀，然后利用減材加工對(duì)其進(jìn)行精加工，提高零件的精度和表面質(zhì)量。

 綜上所述，五軸機(jī)床的分類方式豐富多樣，不同的分類方式對(duì)應(yīng)著不同的應(yīng)用場景和加工需求，為高端制造業(yè)提供了多樣化的解決方案。

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