五軸聯(lián)動頭擺和工作臺擺兩種結(jié)構(gòu)的對比

1、五軸聯(lián)動頭擺和工作臺擺兩種結(jié)構(gòu)的對比 模具行業(yè)五軸機床的應(yīng)用越來越多。五軸機床的五個軸通常是由三個直線軸外加兩個回轉(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)的五軸機床進行分析比較，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)品的特點和經(jīng)濟能力挑選合適的機床。頭擺機床的旋轉(zhuǎn)點和檢測中心是位于主軸上的，如圖1所示。而工作臺擺動機床的旋轉(zhuǎn)點和檢測中心位于機床的床身，圖2所示。圖1 頭擺機床和工作臺擺動機床的旋轉(zhuǎn)點和檢測中心 圖2 頭擺機床和搖籃式工作

2、臺擺動機床的檢測中心示意圖 這里以兩種機床旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90°加工同一個零件上的空間垂直孔為例，說明兩種機床的區(qū)別。                         圖3  此零件需要在兩個相鄰面上加工兩個相互垂直的通孔  1. 機床主軸剛性比較頭擺機床在加工的過程中，由于主軸擺動，使得主軸的剛性相對差；而工作臺擺動機床，由于是工作臺擺動，所以不會對主軸的剛性產(chǎn)

3、生任何影響。2. 機床加工的效率對比由于旋轉(zhuǎn)點的不同，刀尖實現(xiàn)同樣的位移時，頭擺機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，頭擺機床的效率更低。3. 刀具長度對機床加工精度的影響擺動誤差=擺臂×擺角對頭擺機床來講，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床，刀具長度與擺臂的長度無關(guān)。頭擺機床和搖籃式工作臺擺動機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  頭擺機床中刀具長度與位置誤差的關(guān)系

4、60; 圖5  搖籃式工作臺擺動機床長度與位置誤差的關(guān)系  4. 隨著擺動，兩種機床都會產(chǎn)生位置誤差，但是頭擺機床還會產(chǎn)生形狀誤差，而工作臺擺動則不會產(chǎn)生形狀誤差頭擺機床刀具旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生位置誤差。與此同時，加工孔的進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，還會產(chǎn)生形狀誤差，出現(xiàn)楔形孔。圖6 頭擺機床在產(chǎn)生位置誤差的同時會產(chǎn)生形狀誤差 而工作臺擺動機床的位置誤差是由工作臺擺動造成，主軸的進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明顯的優(yōu)勢。圖

5、7  搖籃式工作臺擺動機床不產(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?。欢ぷ髋_擺動機床的工作臺擺動，對工件水平方向的尺寸不會產(chǎn)生任何影響，從這個意義上講，五軸加工和三軸加工時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床結(jié)構(gòu)引起的干涉。用戶應(yīng)該要求機床供應(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)的機床五軸加工范圍會比頭擺式機床更大。 結(jié)論搖籃式的工作臺擺動機床主軸的剛性好，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，機床五軸加工范圍會比頭擺式機床更大。頭擺機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；主軸擺動角度時會吃掉行程，從而導(dǎo)致能夠加工的最大工件