立式加工中心（三軸）***有效的加工麵僅為工（gōng）件的頂麵，臥式加工中心借助回轉工作台，也隻能完成工（gōng）件（jiàn）的四麵加工。目前（qián）高檔的加工中（zhōng）心正朝著五軸控製的方向發展，工件一次裝夾就可（kě）完成（chéng）五麵（miàn）體的加工。如配置上五（wǔ）軸聯動的高（gāo）檔數控係統，還可以對複雜的空間曲麵（miàn）進行高（gāo）精度加（jiā）工。立式五軸加工中心這類加工中心的回轉軸有兩種方式，一種是工作台回（huí）轉軸（圖（tú）1）。設置在床身上的工作台可以環繞（rào）X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作範（fàn）圍+30度至-120度。工作台的中間還設有一個回轉台（tái），在圖示的位置上環繞Z軸回轉，定（dìng）義為C軸，C軸都是（shì）360度回轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作台上的工件除了底麵之外，其餘的五個麵都可以由立式（shì）主軸（zhóu）進行加（jiā）工。A軸和C軸***小分度值一般為0.001度（dù），這樣（yàng）又可以把工件細（xì）分成（chéng）任（rèn）意角度，加（jiā）工出傾斜（xié）麵、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實現聯（lián）動，就可加工（gōng）出複雜的空間曲麵，當然這需要高檔的數控係統、伺服係統以及軟件的支持。這種設置方式的優點是主軸的（de）結構比較簡單，主軸剛性非（fēi）常好，製造成本比較低。但一般工作台不能設計太大，承重也（yě）較（jiào）小，特別是當A軸回轉（zhuǎn）大於等於90度時，工件切削時（shí）會對工作台帶來（lái）很大的承載力矩。
圖1 工作台回轉的立式五軸加工中心
另一種是依靠立式主軸（zhóu）頭的（de）回轉（圖2）。主（zhǔ）軸前端是一個回（huí）轉頭，能自行環繞Z軸360度，成為C軸，回轉（zhuǎn）頭（tóu）上還帶可（kě）環繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上（shàng），實現上述同樣的功能（néng）。這種設置（zhì）方式的優（yōu）點是主軸加工非常靈（líng）活（huó），工作台也可以設計的非常大，客機龐大的機身、巨大的（de）發動機殼都可以在這類加工中心上加工（gōng）。這種設計還有一大優點：我們在使用（yòng）球麵銑刀加工（gōng）曲麵時，當刀（dāo）具中心線垂直於加工麵時，由於球麵（miàn）銑刀的頂點線速度為（wéi）零，頂點切出的工件表麵質量會很差，采用主軸回轉的（de）設計，令主軸（zhóu）相對工件（jiàn）轉過（guò）一個角度，使球麵（miàn）銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表麵加（jiā）工質量。這（zhè）種結構非常受模具高精度曲麵加工的歡迎，這是工（gōng）作台回轉式加工中心難（nán）以做到的（de）。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉軸還配置了圓（yuán）光柵尺反饋，分度精（jīng）度都在幾秒以內，當然這類主軸的回轉結（jié）構比（bǐ）較複雜，製造（zào）成本（běn）也較高。
圖2 主軸回轉的立式五軸加工中心
立式加工中心的主軸重力向下，軸（zhóu）承高速空運轉的徑向受力是均等的，回轉特性很好，因此可提高轉速，一般高速可達1,2000r/min以上，實用的***高（gāo）轉速已達到4,0000轉。主軸（zhóu）係統都配有循環冷卻裝置（zhì），循環冷卻油帶走高速（sù）回（huí）轉產生的熱量，通過製冷器（qì）降到合適的溫度，再流回主軸係統。X、Y、Z三直線軸也可采用（yòng）直線（xiàn）光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級以（yǐ）內。由於快速進給達到（dào）40～60m/min以上，X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同（tóng）主軸係統一樣（yàng），由（yóu）經過製冷的循環油流過滾珠（zhū）絲杠的中心，帶走熱量。臥式五軸加工中心此（cǐ）類加工（gōng）中心的回轉軸也有兩種方式，一種是臥式主軸擺動作為一個回轉軸，再加上工作台的一個回轉軸，實（shí）現五軸聯動加工。這種設置方式簡便靈活，如需（xū）要主軸立、臥轉（zhuǎn）換，工作台隻需分度定位，即可簡單地配置為立、臥轉（zhuǎn）換的三軸加工中心。由主軸立、臥（wò）轉換（huàn）配合工作台分度，對工件實現五麵體加工，製造成（chéng）本降低，又（yòu）非常實用。也可對工作台設（shè）置數控軸，***小分度值0.001度，但不（bú）作聯（lián）動，成為立、臥（wò）轉換的四軸加工中心，適應不同加（jiā）工（gōng）要求，價格非常具（jù）有（yǒu）競（jìng）爭力。
圖3 工作台回轉的臥式（shì）五軸加工中心葉輪
另（lìng）一種為傳統的（de）工作台回轉軸（zhóu）（圖3），設置在床（chuáng）身上的工作台A軸一般工（gōng）作範圍+20度至-100度。工作台的（de）中（zhōng）間（jiān）也設（shè）有一（yī）個回轉台 B軸，B軸可雙向360度回轉。這種臥式五軸加工中心的聯動（dòng）特（tè）性比******種方式好，常用於加工大型葉輪的（de）複雜曲麵。回轉軸也可配置（zhì）圓光柵尺反饋，分度精度達到幾秒，當然這種回轉軸結構比較複雜，價格也昂貴。目前臥式加工中心工（gōng）作台可以做到大於1.25m2，對******種五（wǔ）軸（zhóu）設置（zhì）方式沒有什麽影響。但是第二種（zhǒng）五軸設置方式比較（jiào）困難，因為1.25m2的工作台做A軸的回轉，還要（yào）與工作台中間的（de）B軸回轉（zhuǎn）台聯（lián）動確實勉為其難（nán）。臥式加工中心的（de）主軸轉速（sù）一般在10,000rpm以上，由於臥式設置的主軸在徑向有自重力，軸承高（gāo）速空運轉時徑向受力不均等，加上還要采用較大的BT50刀柄，一般***高可達20,000rpm。臥式加工中心快速進給達到30～60m/min以上，主（zhǔ）軸電機（jī）功率22-40KW以上，刀（dāo）庫容量按（àn）需要可從40把增加到（dào）160把，加工（gōng）能力遠（yuǎn）遠超過一般立式加工中心，是重型（xíng）機械加工的******。加工中心大多可設計成雙工（gōng）作台交換，當一個工（gōng）作（zuò）台在加工區（qū）內運行，另一（yī）工作台則在加工區外更換工件，為下一個工件的加工做準（zhǔn）備，工作台（tái）交換的時間視工作台大小，從幾秒到幾十秒即可完成。***新設計的加工中心考慮到結構上要適合組成模塊式製造單元（FMC）和柔（róu）性生產線（FMS），模塊式製造單元一般至少有兩台加工中心和四個交換工作台（tái）組（zǔ）成，加（jiā）工（gōng）中心全部並排放置，交換工作台在機（jī）床前一字形排開，交（jiāo）換工作台多的可以排成兩行、甚至雙層設計。兩（liǎng）邊各有一個工（gōng）位（wèi）作為上下工件的位置，其餘（yú）工位上（shàng）的交（jiāo）換工作台安裝著工件等待加工，有（yǒu）一輛小車會按照（zhào）係統指令，把裝著工件的（de）交換工作台送進加（jiā）工中心，或從加工中心上取出完成加工的交換工作台，送到下一個工位（wèi）或直接送到下料工（gōng）位，完成整個加工操作。柔性生產線除了小車、交換工（gōng）作台之外，還有統一的（de）刀具庫，一般會有幾百把刀具，在係統中存入刀具的身份編碼信息，再通（tōng）過刀具輸送（sòng）係統送進加工中心，並把（bǎ）用完的刀具（jù）取回，柔性（xìng）生產線往往還需要一台FMS的控製器來指揮運行。過去五軸加（jiā）工中心多為德國、美（měi）國（guó）、日本、意大利製造，令人欣喜的是今年3月在上海舉行（háng）的中國數控機床展覽會上，展出了（le）多台國內生產的五軸加工中心（xīn）。如（rú）濟南二（èr）機床集（jí）團公司展出的龍門式五軸聯動加工中心，工（gōng）作台長（zhǎng）6m,寬2m，采用（yòng）立式主軸回轉，A軸轉角（jiǎo）±100度，C軸轉角±200度，這個龐然大物吸引了許多參觀（guān）者，它標誌著中國數控機床工業達到了******水平。上海第三機床廠、第四機床廠製造的立臥加工中心，工作台630mm2，采用高速內冷電主軸，主軸可立、臥轉換（huàn），工作台可以360度等（děng）分，類似於上述簡單配置為立、臥轉換的三軸加工中心，可對工件實現五麵體加工，盡管（guǎn）還沒有配置（zhì）五軸，也非常實用。加工中心的發展與未來（lái）現在加工中心逐漸成為機械（xiè）加工業（yè）中***主要的設備，它加工範圍廣，使（shǐ）用量大。近年來在（zài）品種、性能、功能方麵有很大（dà）的發展。品種：有（yǒu）新型的立、臥五軸聯動加工（gōng）中心（xīn），可用於航空（kōng）、航天（tiān）零件加工；有專門（mén）用於模具加工的高（gāo）性能加工中（zhōng）心，集成三（sān）維CAD/CAM對模具複雜的曲麵超精加工；有適用於汽車、摩托車大批量零件加工的（de）高速加工中心（xīn），生產效率高且具備柔性化。性能：普遍采用了萬轉以上的電主軸，***高可達6～10萬轉；直線（xiàn）電機的應用使機床加速度達到了3-5g；執行ISO/VDI檢測標準，促使製造商提（tí）高加工中心的（de）雙向定位精度。功（gōng）能：糅（róu）合了激光加工的複合功（gōng）能，結構上（shàng）適合於組成模塊式製（zhì）造單元（FMC）和柔性生產線（FMS），並具有機電、通訊一體化功能。領先一步的機床製造商正在構想未來的加工中心，它將（jiāng）是******型的設備，可用於車、銑、磨、激光加工等，成為真正意義上的加工中心（xīn）。全自動地（dì）從材（cái）料（liào）送進（jìn），到成品產出，粗精加工、淬硬處（chù）理、超精加工，自（zì）動檢測（cè）、自動校（xiào）正，將無所不能。設備將重視環保、節（jiē）能，呈現出綠色製造業的（de）標誌。21世紀時代特征的IT功能是******不可（kě）少的，設備將通過網絡與外界交換（huàn）信息，獲得***新的技術成果，人類的智慧將在高（gāo）科技產品加（jiā）工中心上得到充分的展現。
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