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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。

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