・机械制造与研究・

杜玉湘，等・五轴联动数控机床的结构和应用

各种不同的组合，以适应不同的加工对象，如加工汽轮发

电机的叶片，需要口轴加上ｂ轴，其中口轴需要用尾座顶

尖配合顶住工件，如果工件较长同时直径又细，则需要两

头夹住并且拉伸工件来进行加工，当然这里一个必要条件

是两个转台必须严格同步旋转；

再如加工如图２所示零件，采用ｃ轴加上ｂ轴，由于

工件仅在ｃ轴上旋转运动，所以工件可以很小，也可以较

大，直径范围可由几十毫米至数千毫米，ｃ轴转台的直径

也可以从１００—２００ ｍｉｌｌ至２～３ ｍ，机床的规格、质量也从

几吨至十几吨甚至数十吨。这也是一类应用十分广泛的

五轴联动数控机床，其价格居中，随机器规格大小、精度和

性能的不同相差很大。

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—５００

ｎ＇ｆｉｎ

图２

Ｃ轴＋曰轴五轴联动机床加工模具

左右，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２

０００—３ ０００

ｍｉｌｌ以

上为好。

图３双摆头式结构的五轴联动机床

早期的双摆头一般采用可调间隙的蜗轮蜗杆结构或

者可消除间隙的齿轮结构，机器的性能（刚性和精密度）

往往由双摆头传动链的刚性来决定，即传动齿轮的间隙一

定是负值，传动齿轮在一定弹性变形状态下工作，其变形

量的大小取决于该传动环节的预加载荷。图３（ａ）为西班

牙式双摆铣头，采用齿轮传动和鼠牙盘定位结构，刚性远

好于一般的双摆铣头，特别适合五面体的高效ａｎｔ。

比较新的五轴联动机床旋转轴的结构一般采用所谓

“零传动”技术的扭矩电机，如瑞士的米克朗、德国的德马

吉等著名五轴联动加工中心产品品牌。零传动技术在旋

转轴中的应用，也许是解决其传动链刚性和精度的最理想

的技术路线，随着技术的发展，扭矩电机的制造成本大大

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。图３（ｂ）为瑞士米克朗采

用扭矩电机技术的龙门式五轴联动加工中心。

２

五轴联动机床加工的加工造型、

编程（ＣＡＤ／ＣＡＭ系统）

五轴加工一般不可能再用手工编程，编制加工程序必

须采用ＣＡＤ／ＣＡＭ系统。经过几十年的发展，ＣＡＤ／ＣＡＭ

技术在五轴联动、五面体加工等高端的应用也已经相当广

泛，在中国，引进的有关ＣＡＤ／ＣＡＭ系统就有Ｃｉｍａｔｒｏｎ，

Ｄｅｌｃａｍ，Ｍａｓｔｅｒｃａｍ，Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ（ＵＧ），Ｓｏｌｉｄｅｇｅ，Ｓｏｌｉｄ．

ｗｏｒｋｓ，Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ和ＯＰＥＮ ＭＩＮＤ等，国内自主品牌的

ＣＡＤ／ＣＡＭ系统几乎只有北航海尔的ＣＡＸＡ系统。对于

五轴加工，根据不同的加工对象，这些系统各有所长，比如

说：在模具制造的五轴加工方面，Ｄｅｌｃａｍ的Ｐｏｗｅｒｍｉｌｌ功能

模块在特征技术、后处理、干涉检查、加工循环和仿真切削

等方面都比较强大，操作使用方便；ＯＰＥＮ ＭＤＭＩ在五轴联

动加工方面也很有特色。针对不同的加工行业和加工对

象，好的ＣＡＭ系统都有相应的软件包，专业专用，很难有

一种软件可以包打天下。

３

五轴联动数控系统

由于“东芝事件”的深远影响，日本发那科在最近若

干年内五轴联动的数控系统都是不可能卖给中国的。近

年来，中国陆续推出五轴联动机床的厂家（如沈阳、大连、

北京、济南、常州、桂林和齐齐哈尔等地的机床厂）越来越

多，各式五轴联动数控机床在北京、上海等国际机床展上

不断亮相。但是，这些五轴联动机床一个共同特点就是所

采用的数控系统基本上都是西门子的８４０Ｄ系统，而且，

其中的功能大都是经过适当裁减的。即使这样，配上

８４０Ｄ数控系统的五轴联动机床的用户也要接受他们的定

向使用审查而受其限制。

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