5轴加工的优越性

选用一种在实际应用中切实可行的方案，才能充分体现出5轴加工的优越性，并对最终的加工效果产生深远的影响。

适用于多轴加工的技术和设备早已出现在我们的周围。在航空、石油、医疗和模具制造等行业中，采用5轴联动加工的方法基本上都差不多，但每个行业都有其特殊的应用方式，他们需要确定如何使制造厂更好地完成生产任务。

在立式和卧式铣削加工中，又在现有的X、Y和Z轴基础上增加了两根轴。一般来说，这两根轴都是旋转轴，一根围绕Z轴旋转，另一根是倾斜轴，围绕Y或X轴旋转。

目前，采用5轴联动铣削加工技术的主要有三种方法：专用5轴加工中心；采用倾斜式旋转或耳轴式工作台；采用主轴加工头附件。

图1  图中所示的主轴附件重约150lb(0.45kg)，它为3轴CNC数控铣床能获得5轴动力加工提供了一种经济的方法

专用5轴加工中心

目前在美国销售的机床中，大约有15家以上的5轴加工中心原始设备制造厂。它们大部分都属于大型设备，其功率强大、加工精度高、价格昂贵，一般在5~15万美元，甚至更高。如今市场上最便宜的加工中心，其起步价约在2.5万美元左右。

专用5轴加工机床的主要缺点是：它们的运动范围十分有限，一般只限于±30 ；需要陡坡角度切削加工的工件必须采用手工二次定位和再次启动。而且，这类机床的刚性不如同尺寸和同类型的3轴机床。

近年来，许多公司开始采用专用5轴加工中心，它的倾斜式工作台与铣床的工作台组合在一起安装。尽管这种机床所能加工的零件尺寸和重量十分有限，但这类混合型机床的价格也是相当昂贵的。

倾斜式旋转工作台

有多家机床制造商生产安装在3轴CNC数控机床上的倾斜式旋转工作台。简单的旋转工作台已在市场上销售多年，广泛地应用于世界范围内的小型和大型机加工车间，用于零件的分度，进行各种机加工操作。

倾斜式旋转工作台可以使零件旋转，并可按各种角度倾斜，有利于机床的刀具接近零件的多个加工面，达到真正5轴加工的目的。

倾斜式旋转工作台的工作面相对较小，能够安装夹持工件的类型非常有限，对工件的长度、宽度和重量都有一定的限制。此外，倾斜式旋转工作台本身的体积较大，占据了主机很大的工作范围。最大的倾斜式旋转工作台甚至可占据主机75%以上的工作范围。

在进行重型切削操作时，倾斜式旋转工作台不适合于夹持加工零件，因为长度超过12in(1in=25.4mm)的零件可能会碰撞到周围的表面。虽然，倾斜式旋转工作台对于加工小型零件来说是一个非常合适的解决方案，但今天的客户要求机床具有更大的灵活性和宽广的加工能力。如果这只是5轴加工惟一可选用的方法，那么加工车间就无法加工超过它们尺寸和重量限制的工件。

图2  这台大型3轴CNC数控铣床可在30min内转换成一台全可编程的5轴加工中心

主轴加工头附件

主轴加工头附件的主要优点是：它能够接近加工中心工作范围的所有点。主轴加工头对需要加工的工件尺寸没有限制。

今天，只有很少几家美国、意大利和德国的公司制造和销售可编程的主轴加工头附件，它们用于大型3轴铣床。如果安装合理的话，这些主轴加工头还是相当可靠的，加工精度将会很高，只是价格较贵。由于它们的尺寸和重量问题，其不适合于安装到中、小型加工中心上，只适合于大型龙门式铣床。并且安装是永久性的，要求专门的制造和装配。这类主轴加工头附件的价格为17.5~30万美元，再加上专门的调试和安装费用。
惟一例外的是，目前有一种全可编程式主轴头附件，使用它可将任何3轴CNC数控机床转变成真正的5轴联动加工中心。如果添加一个可倾斜±90°和旋转360°的功能，其刀具就可以接近加工中心工作范围内的任何一个加工点。

由于这种独特的加工头移动方便，可在30min内安装到机床上，从而使客户既能达到3轴铣床精度高、刚性好和切削速度快的优点，而且能够使附件在安装到机床上以后，完成5轴加工的任务，例如轮廓外形的加工、钻孔和型腔隐窝加工等。其费用大致与大型倾斜式旋转工作台的费用相当。

5轴加工的优越性

对某种特定的应用领域和5轴加工能力进行分析之后，发现采用5轴加工可以为模具制造商带来极大的效益。

采用一把平底端铣刀，并对复杂的加工表面保持垂直的状态，就可大幅度地减少加工时间。这个成果是由于刀具整个直径都投入跨步切削而完成的，因为这种加工方式可减少在工件表面上的走刀次数。这个加工原理也同样适用于带角度表面的侧面铣削加工。这种工艺也可以消除由球端立铣刀加工所造成的肋骨状纹路，达到较为理想的表面质量，削减因清理表面而增加的人工铣削和手工作业量。

5轴加工技术解除了工件在复杂角度再次定位所需的多次调试装卡。这不但节约了时间，而且还大大降低了误差，并且节约了安装工件就位所需的工装夹具等所需的昂贵费用。它使机床能够加工复杂的零件，这是采用其他方法不可能办到的，包括复杂表面上通常所需要的钻孔、型腔隐窝和锥度加工。

5轴加工通过采用较短的刀具，可一次性完成整个零件的加工，不需再次装卡或采用同类3轴加工中所需的较长刀具，而且可以在较短的时间内交工，零件的表面质量也比较理想。由于刀具通过枢轴支点延伸安装，因此以主轴为基础的附件，当加工模具里面的型腔时，实际上还可以在主机规定的行程外进行铣削加工。