五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑加工中心是車(chē)床產(chǎn)品皇冠上璀璨的明珠，是在三軸車(chē)削中心基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的?？梢栽谝慌_(tái)車(chē)銑中心上一次裝夾，完成全部車(chē)、銑、鉆、鏜、攻螺紋，甚至熱處理、激光等加工，其工藝范圍之廣和能力之強(qiáng)，已成為當(dāng)今復(fù)合加工機(jī)床的佼佼者。是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及大型柴油機(jī)曲軸等加工最高效的手段。
五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑復(fù)合加工中心經(jīng)一次裝夾后，機(jī)床按不同加工工序進(jìn)行車(chē)削、銑削、削等多工序的復(fù)合加工，自動(dòng)選擇及更換刀具，動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)跡及其它輔助功能，依次完成零件的復(fù)雜空間曲面的力工，產(chǎn)品精度更高，加工更加順暢。但技術(shù)復(fù)雜、加工制造難度大，五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心國(guó)內(nèi)企業(yè)剛涉足，市場(chǎng)份額基本被國(guó)外壟斷。國(guó)內(nèi)用戶(hù)在復(fù)雜零件加工、以及科研、新產(chǎn)品制造上也已使用了大量進(jìn)口的車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)。按照機(jī)床結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心可分為立式和臥式兩大類(lèi)，本文主要介紹臥式五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心的一些情況。
1.發(fā)展歷程
五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心的理念源于歐洲，奧地利的WFL銑車(chē)技術(shù)公司是行業(yè)的開(kāi)拓者，日本復(fù)合加工機(jī)開(kāi)始于上世紀(jì)70年代末80年代初，目前德國(guó)和瑞士的機(jī)床精度最高，綜合起來(lái)，德國(guó)的水平最高，日本的產(chǎn)值最大，全球市場(chǎng)占有率最高。
我國(guó)五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心起步較晚，首臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)銑中心由沈陽(yáng)機(jī)床（SMTCL）與德國(guó)MAX MULLER公司合作生產(chǎn)的SSCKZ63-5五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心，在2001年北展上展出，當(dāng)時(shí)參數(shù)上達(dá)到了國(guó)際90年代末的水平。該機(jī)床可控制X、Y、Z、B、C軸，床身最大回轉(zhuǎn)直徑Φ800mm，主軸2000rpm，主電機(jī)37kw，刀庫(kù)有12把刀，配西門(mén)子840D NC系統(tǒng)。近年間國(guó)內(nèi)主要機(jī)床企業(yè)亦紛紛推出五軸車(chē)銑中心。雖然我國(guó)復(fù)合加工機(jī)發(fā)展起步較晚，但國(guó)內(nèi)用戶(hù)在復(fù)雜零件加工、以及科研、新產(chǎn)品制造上也已使用了大量進(jìn)口的車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)。
2.臥式五軸總體結(jié)構(gòu)
筆者認(rèn)為目前國(guó)際上五軸聯(lián)動(dòng)臥式車(chē)銑加工中心主流結(jié)構(gòu)分為三種：伺服Y軸，直接Y軸，垂直Y軸。
伺服Y軸，斜床身結(jié)構(gòu)，通過(guò)X軸與刀架傾斜運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)合成，插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)Y軸功能，代表機(jī)型MAZAK INTEGREX Ⅳ系列，DMG GMX linear系列，DOOSSAN PUMA MX，SMTCL HTM63150iy系列。目前大部分企業(yè)采用這種結(jié)構(gòu)，思想類(lèi)似源于車(chē)床，以車(chē)加工為主。兩軸插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)Y軸功能，結(jié)構(gòu)緊湊，但Y軸行程受結(jié)構(gòu)限制，如DMG GMX500五軸加工中心 車(chē)削直徑Φ610mm，Y軸行程為210mm；MAZAK INTEGREX 400-Ⅳ五軸加工中心，車(chē)削直徑Φ760mm、Y軸行程為230mm。
直接Y軸，斜床身結(jié)構(gòu)，刀架沿垂直X軸方向上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y軸功能，代表機(jī)型WFL M系列，SMTCL HTM40/80系列。最早由奧地利WFL公司開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)思想基于車(chē)床，加工以車(chē)銑為主體，該結(jié)構(gòu)Y軸行程及B軸刀架整體剛性受機(jī)床結(jié)構(gòu)限制，如WFL M35車(chē)銑加工中心，最大車(chē)削直徑Φ520mm，Y軸行程250mm。
垂直Y軸，近幾年基于臥式加工中心與車(chē)床結(jié)構(gòu)而開(kāi)發(fā)，平床身整體框架結(jié)構(gòu)，刀架沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)Y軸功能。代表機(jī)型，MORI SEIKI NT DCG系列，MAZAK INTEGREX e-H系列，SMTCL HTM63150等。Y軸行程大，受整機(jī)結(jié)構(gòu)限制相對(duì)小，如MORI SEIKI的NT4000 DCG車(chē)銑加工中心，車(chē)削直徑Φ660mm，Y軸行程420mm，比其他結(jié)構(gòu)相近規(guī)格機(jī)床Y軸行程大，銑削范圍廣。
基于以上原因MAZAK臥式五軸分二大系列，車(chē)削直徑φ760mm以下采用伺服Y軸結(jié)構(gòu)INTEGRX Ⅳ系列，車(chē)削直徑Φ610-920mm大規(guī)格采用垂直Y軸結(jié)構(gòu)INTEGRX e-H系列。MORI SEIKI已經(jīng)放棄伺服Y軸結(jié)構(gòu)，全部轉(zhuǎn)向垂直Y軸結(jié)構(gòu)，提出box in box 結(jié)構(gòu)機(jī)床理念。
3.標(biāo)桿機(jī)型
奧地利WFL（13501282025）車(chē)銑技術(shù)公司作為車(chē)銑技術(shù)的發(fā)明者、全世界最大、車(chē)銑機(jī)床專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠家，至今在世界各地安裝了1200多臺(tái)五軸機(jī)床。WFL-M系列車(chē)銑加工中心是高端機(jī)床研發(fā)的方向和對(duì)標(biāo)對(duì)象。
WFL M系列五軸車(chē)銑采用60°灰鑄鐵傾斜床身，車(chē)鏜銑單元采用齒輪驅(qū)動(dòng)，配置特殊機(jī)械設(shè)計(jì)和液壓夾緊系統(tǒng)。該系列機(jī)床還可以進(jìn)行在線測(cè)量，深孔鉆加工，內(nèi)徑加工，滾齒加工，內(nèi)徑花鍵成形加工，高精加工等。借助于B軸，機(jī)床可以完成從任意角度到中心線的加工。 通過(guò)五軸聯(lián)動(dòng)，可以高效的加工各種復(fù)雜幾何形狀的工件，尤其是對(duì)特殊材料，如不銹鋼、鈦、鉻鎳鐵合金、鎳基合金等進(jìn)行安全有效的加工。機(jī)床人性化的設(shè)計(jì)，使操作者可以無(wú)障礙接近工作區(qū)域。為了提高安全性，WFL提供3D離線仿真軟件。為了避免由程序錯(cuò)誤或操作員操作錯(cuò)誤所造成的潛在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，WFL提供了一個(gè)實(shí)時(shí)防撞軟件--碰撞保護(hù)。WFL機(jī)床主要用于加工飛機(jī)起落架，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)軸，大型曲軸，凸輪軸，石油和天然氣行業(yè)的閥體和外殼，印刷滾筒，發(fā)電機(jī)軸，渦輪轉(zhuǎn)子等。
代表機(jī)型M30 MILLTURN銑車(chē)復(fù)合加工中心，最大車(chē)削直徑Φ520mm，最大加工長(zhǎng)度2000mm，車(chē)削主軸最高轉(zhuǎn)速4000r/min，銑削主軸最高轉(zhuǎn)速6000/9000/12000m/min可選，B軸擺角范圍 -110°～110°。配置智能化刀具管理系統(tǒng)，能自動(dòng)修改刀具數(shù)據(jù)。機(jī)床適用復(fù)雜軸類(lèi)及盤(pán)類(lèi)零件的六面加工，復(fù)合了車(chē)削、銑削及鉆削加工工藝，能實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工，還可以根據(jù)需要選擇相應(yīng)的模塊，實(shí)現(xiàn)齒輪加工或深孔加工。
4.國(guó)產(chǎn)機(jī)型有了長(zhǎng)足發(fā)展
隨著用戶(hù)需求向更快、更高、更強(qiáng)，要求機(jī)床向效率高、精度高、可靠性高方向發(fā)展，CIMT2023展會(huì)上五軸復(fù)合是展會(huì)的一大亮點(diǎn)，國(guó)內(nèi)主流機(jī)床企業(yè)都推出了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)形式各異，卻各有特點(diǎn)，產(chǎn)品性能趨于穩(wěn)定，這一趨勢(shì)必將加速推動(dòng)國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展進(jìn)步與應(yīng)用普及。但國(guó)產(chǎn)五軸機(jī)床在智能化、產(chǎn)業(yè)化方面還有漫長(zhǎng)的路要走。
--科德數(shù)控股份有限公司KCX 1200 TM五軸臥式銑車(chē)復(fù)合加工中心。配置對(duì)置的雙車(chē)削主軸、雙下刀塔以及銑削主軸。最大加工直徑Φ400mm，最大加工長(zhǎng)度（兩卡盤(pán)支撐時(shí)）1200mm；車(chē)削主/副主軸箱均采用內(nèi)冷卻力矩電機(jī)，同時(shí)配備高精度電磁角度編碼器+液壓夾緊，控制系統(tǒng)采用科德GNC62系統(tǒng)，可選配BMT65動(dòng)力刀塔、編程尾座頂尖，尾座的頂緊力能夠跟零件直徑尺寸大小進(jìn)行編程控制。
--秦川集團(tuán)寶雞機(jī)床 BHR800V臥式銑車(chē)復(fù)合加工中心。床身上最大回轉(zhuǎn)直徑Φ820mm，車(chē)削主軸最高轉(zhuǎn)速2700/1680r/min，銑削主軸最高轉(zhuǎn)速5000r/min，B軸擺動(dòng)范圍-110°～90°。主軸箱采用雙電機(jī)主從模式，連接齒輪箱，兩檔變速，主軸輸出最大扭矩3340Nm，主軸夾緊力可調(diào)；采用獨(dú)立倉(cāng)儲(chǔ)式刀庫(kù)，配備機(jī)器人實(shí)現(xiàn)刀具及附件頭的快速更換；可實(shí)現(xiàn)各種車(chē)、銑、鏜、鉆、銑齒、磨等復(fù)合高精加工，擅長(zhǎng)于深孔加工，最大加工孔深可達(dá)1500mm，應(yīng)用于能源領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、大型船用柴油機(jī)領(lǐng)域的傳動(dòng)軸等加工。
--天水星火機(jī)床有限責(zé)任公司 CNCX630 五軸銑車(chē)復(fù)合加工中心。是星火與其全資子公司法國(guó)SOMAB合作研發(fā)，床身最大回轉(zhuǎn)直徑Φ630mm，最大加工長(zhǎng)度4000mm，控制系統(tǒng)為華中HNC-840DI，全閉環(huán)控制。配有自定心液壓卡盤(pán)、自定心液壓中心架、程控液壓尾座、B軸動(dòng)力刀塔和自動(dòng)刀庫(kù)。用于高強(qiáng)度鋼制零件的車(chē)削、鉆孔、銑削、銑螺紋、攻絲等加工。
--山東普利森集團(tuán)有限公司 CH6163-5 銑車(chē)復(fù)合加工中心。最大加工直徑Φ630 mm，最大加工長(zhǎng)度1000 mm。主軸單元有分別控制的液壓阻尼和液壓制動(dòng)系統(tǒng)，保證了機(jī)床在高速銑削和低速重力銑削時(shí)主軸平穩(wěn)抗振；Y軸為互為60°夾角的X軸和U軸插補(bǔ)虛擬軸，行程大，剛性好；24位刀庫(kù)安裝在下滑鞍后部與Z軸同時(shí)進(jìn)給，可以在Z軸行程的任意位置裝刀換刀，減少了傳統(tǒng)固定刀庫(kù)的裝刀換刀動(dòng)作故障，并且大大縮短了換刀的輔助時(shí)間。
