第３期（总第１８４期） ２０１４年Ｏ６月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ０ＭＡＴ１０Ｎ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ． 文章编号：１６７２—６４１３（２０１４）０３—０１９３—０２ 基于立式加工中心的五轴加工曲面特性分析 齐孟雷 （辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 １１８００９） 摘要：以立式加工中心为例介绍了五轴数控加工中心的坐标系和旋转轴配置型式，通过与三轴联动加工中心 的曲面加工路径的对比，分析并归纳了五轴数控加工中心的加工特性和优势，为工业生产中制造设备的选用 提供了理论依据。 关键词：五轴加工；加工中心；特性分析 中图分类号：ＴＧ６５９ 文献标识码：Ｂ １立式五轴数控加工中心的型式［１］ 立式加工中心的加工特性如下： 五轴加工因为多了两个旋转轴，因而具备了一些 三轴加工所没有的优点，如生产率较高和较短的设定 时间，而且极适合用于复杂几何曲面的加工，如涡轮叶 片、叶轮和其他高附加值的产品。 数控加工中心机构上的运动坐标系通常以右手直 （１）型式ａ：工作台倾斜型，即两旋转轴在工作台。 ①主轴可在Ｘ，ｙ，Ｚ三轴上作移动，平台在Ａ，Ｃ轴上 可旋转；②此型式为在一般三轴机器的平台上加装倾 斜与旋转伺服机构，降低夹具成本，是最经济的方式， 也是应用较普遍的机型；③主轴负载较小、刚性高，可 承受重切削；④沿Ｃ轴动作，在环形和轮廓外形上有 较好的复杂曲面加工能力；⑤适用于中小型工件加工， 因为大型工件需要较大扭矩的旋转移动平台；⑥实际 角笛卡尔坐标系定义：ｘ，ｙ，Ｚ三个线性移动轴和分别 绕着Ｘ，ｙ，Ｚ轴旋转的Ａ，Ｂ，Ｃ轴，线性轴依手指所指 方向为正方向，旋转轴依手指指向的顺时针为正方向， 如图１所示。所以五轴数控加工中心泛指包含３个直 线轴及２个旋转轴，可同时进五轴同步运动加工的机 器。因为５轴数控加工中心具备５个自由度，若按旋 转轴的旋转方向不同来规划刀具的切削移动方向则可 以配置出许多型式，见表１。从中归纳出的３种最基 本的五轴立式加工中心的布局如图２所示。 加工时，只需沿着Ｚ轴就能轻松进退刀，加工倾斜面 及孔时，可用三轴加工进行程序设计，并可用刀具补偿 功能。 （２）型式ｂ：主轴倾斜型，即两旋转轴在刀具轴。 ①由主轴头在旋转分度以及倾斜分度的动作来完成切 削加工；②因主轴具有５个自由度，不适合重切削；③ 适合大型工件加工，如汽车钣金模具或航天零件。 （３）型式Ｃ：工作台／主轴倾斜型，即两个旋转轴分 别在刀具轴及工作台，具有３个平移和１个旋转自由 度的主轴及一个旋转平台。 表１ 五轴立式加工中心的旋转轴位置型式分类 型式 旋转第一轴 工作台 ｂ 刀具轴 刀具轴 工作台 旋转第二轴 工作台 刀具轴 工作台 刀具轴 图１ 右手坐标系定义示意图 因为五轴立式加工中心的旋转轴配置方式不同， 故加工特性也不同，应根据加工工件来选择适当的加 工中心，以避免加工困难和精度不够。不同构型五轴 收稿日期：２０１３—１１—１３；修回日期：２０１３—１２—２５ ２五轴加工特性分析 作者简介：齐孟雷（１９７９一），男，河北衡水人，讲师，工程硕士，主要研究方向：机械制造与自动化。
