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一、 五軸概念及DMG MORI結(jié)構(gòu)形式

1.五軸加工中心的概念

根據(jù)DIN 66025標(biāo)準(zhǔn)定義，加工中心至少有三個(gè)數(shù)控軸，以及自動(dòng)換刀裝置和刀庫。五軸加工中心由三個(gè)線性軸（X、Y和Z）和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（A、B或C）組成。與三軸配置相比，工件可以在任意角度進(jìn)行加工，還可以加工傾斜孔等。

根據(jù)適用的行業(yè)對象，五軸加工有兩種加工模式：分度式五軸加工（“3+2”定位加工）和聯(lián)動(dòng)式五軸加工。分度式五軸加工適合平面加工，而聯(lián)動(dòng)式五軸加工適合曲面加工。DMG MORI研究發(fā)現(xiàn)，目前，在五軸機(jī)床上加工的工件中，大約75%是通過分度式五軸加工切削。

由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸可根據(jù)需要分配給工件和主軸，因此五軸加工中心的設(shè)計(jì)多種多樣。刀庫的技術(shù)實(shí)現(xiàn)和自動(dòng)工件更換裝置（如托盤更換器）的設(shè)計(jì)也各不相同。

目前，綜合市場上各類五軸機(jī)床，主要有以下機(jī)械結(jié)構(gòu)形式（見圖1）：

（a）兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸，一個(gè)作用在刀具上，一個(gè)作用在工件上      （b）兩個(gè)坐標(biāo)軸在工作臺(tái)上，但旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直

（c）兩個(gè)坐標(biāo)軸在刀具頂端，但旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直          （d）兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸直接控制空間的旋轉(zhuǎn)

（e）兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)軸直接控制刀具軸的方向

圖1

2.DMG MORI五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)形式

DMG MORI的五軸機(jī)床配置大直徑軸承的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和用于強(qiáng)力B軸加工的MASTER系列主軸，以確保高剛性和穩(wěn)定的加工精度。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)軸的位置，DMG MORI的五軸控制機(jī)床主要分為三種類型：

（1）回轉(zhuǎn)傾斜工作臺(tái)型（見圖2）

圖2

·中小型批量生產(chǎn)工件；

·工作臺(tái)不水平移動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊；

·主控制軸無旋轉(zhuǎn)軸，坐標(biāo)易于直觀理解；

·適用機(jī)床：第三代DMU 50、DMU monoBLOCK系列、DMC monoBLOCK系列、DMU eVo系列。

（2）旋轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn)工作臺(tái)型（見圖3）

圖3

·中型至大型工件；

·加工難切削工件和需要強(qiáng)大切削力的重型切削；

·工作臺(tái)不傾斜，可穩(wěn)定切削重型工件；

· 適用機(jī)床：DMU duo BLOCK系列、DMC duo BLOCK系列。

（3）回轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)頭型（見圖4）

圖4

·超大/超重型工件；

·2,000mm或以上的大型工件；

·工作臺(tái)不傾斜，龍門式結(jié)構(gòu)；

·適用機(jī)床：DMU Portal系列、DMC Portal系列、DMU Gantry系列。

一、 DMG MORI的工藝集成

技術(shù)集成意味著在一臺(tái)機(jī)床上結(jié)合了車-銑/銑-車技術(shù)、磨削應(yīng)用、齒輪銑削、超聲波加工和測量功能，甚至是增材制造等多個(gè)工序，大量減少工件安裝和耗時(shí)的刀具更換，不僅具有高動(dòng)態(tài)性能和優(yōu)異的接近性能及操作舒適性，還能確保高生產(chǎn)力的靈活性和高性能的切削能力及高精度。

此外，托盤處理系統(tǒng)極大地提高了機(jī)床的效率和成本效益。通宵或周末的自主生產(chǎn)大大增加了主軸的工作時(shí)間。

1.銑/車復(fù)合加工（FD）– 在五軸銑削加工中心上車削，轉(zhuǎn)速可達(dá)1,200r/min，空間精度小于15μm

對應(yīng)的機(jī)床系列：CMX U系列、DMU系列、NMV系列、DMU eVo系列、DMU/DMC monoBLOCK系列、DMF系列、DMU/DMC H monoBLOCK系列、DMF系列、DMU/DMC duoBLOCK系列、DMU Gantry系列、DMU/DMC Portal系列和DMU 600 P/FD。

2.車/銑復(fù)合加工– 六面完整加工，集成的B軸銑削配直接驅(qū)動(dòng)

對應(yīng)的機(jī)床系列：CLX TC系列、NTX 5000、NTX系列、CTX beta TC系列、CTX gamma TC系列、NT系列、NT 6600和NZ系列。

3.車/銑（銑/車）復(fù)合加工+磨削加工– 磨削表面質(zhì)量Ra 達(dá)0.1μm

對應(yīng)的機(jī)床系列：CLX TC系列、DMU/DMC monoBLOCK系列、DMU/DMC duoBLOCK系列和DMU/DMC Portal系列。

4. 車/銑（銑/車）復(fù)合加工+齒輪加工

對應(yīng)的機(jī)床系列：CTX（包括Y軸）系列、NTX1000、CTX betaTC系列、NTX 3000、CTX gammaTC系列、DMU eVo系列、DMF系列、DMU/DMC FD系列、DMU/DMC monoBLOCK系列、DMU/DMC duoBLOCK系列、DMU/DMC Portal系列和Gantry系列。

三、DMG MORI五軸機(jī)床的行業(yè)應(yīng)用

幾乎所有行業(yè)都能使用五軸加工來加快單個(gè)部件或批量生產(chǎn)的工藝流程，以更低的成本生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀或自由曲面的部件。

根據(jù)不同的加工應(yīng)用，五軸加工可分為：

·自由曲面（例如，模具制造）；

·渦輪機(jī)和驅(qū)動(dòng)齒輪部件（例如，葉輪、葉片）；

·結(jié)構(gòu)件（例如，航空航天）。

1.醫(yī)療器械

除了骨科產(chǎn)品（如骨板）外，醫(yī)療產(chǎn)品制造商還使用五軸聯(lián)動(dòng)加工小型器械（見圖5）。在不銹鋼和鈦合金等材料的選擇方面，重要的是在整個(gè)制造過程中始終確保極高的精度。以內(nèi)窺鏡手術(shù)器械中使用的勺鉗部件為例，其尺寸僅為0.8mm，由此可見，始終如一的絕對精度是多么重要。

膝關(guān)節(jié)                                                       肩關(guān)節(jié)

圖5

2.半導(dǎo)體

半導(dǎo)體行業(yè)的精度要求達(dá)到微米。例如，在部件生產(chǎn)中（見圖6），要求體積精度小于30μm，定位精度小于4μm。此外，還要求形狀和位置公差小于3μm，且需要一次裝夾進(jìn)行五面加工。在加工硬脆材料（如工業(yè)玻璃或陶瓷）時(shí)，由于對工件的嚴(yán)格要求，超聲波技術(shù)的集成為加工帶來了更多優(yōu)勢。

圖6

3. 航空航天

航空航天制造的特殊之處在于工件材料和幾何形狀的多樣性以及部件的價(jià)值。重點(diǎn)是輕量化和降成本，以及鈦合金和鎂合金、Ti基復(fù)合材料、C/C復(fù)合材料、SiC基陶瓷復(fù)合材料等金屬材料的采用和開發(fā)。

在大多數(shù)情況下，五軸加工是實(shí)現(xiàn)可靠加工的先決條件。在銑削之后進(jìn)行車削，以切割特殊形狀的工件。此外，工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)可提高切屑的處理性能。航空航天領(lǐng)域部分典型零件如圖7所示。

                     風(fēng)扇葉盤                   翼肋

圖7

4.能源行業(yè)

能源行業(yè)或其供應(yīng)鏈中的企業(yè)也越來越重視五軸加工，例如，水輪機(jī)。與鑄鐵水輪機(jī)的加工相比，鍛鋼水輪機(jī)的生產(chǎn)要復(fù)雜得多。五軸加工中心可以提高銑削效率。圖8為渦輪機(jī)葉片。

圖8

5.機(jī)械工程

在機(jī)械工程領(lǐng)域，機(jī)器的通用性和所需功能的配置能力尤其重要。此外，穩(wěn)定性和精度以及主軸與被切削材料的匹配度也是核心所在，因?yàn)榻?jīng)常需要切削難加工的材料。此外，考慮到巨大的生產(chǎn)量，為了降低成本，還需要關(guān)注刀具的使用壽命。機(jī)械工程領(lǐng)域的典型零件如圖9所示。

圖9

6.汽車

汽車行業(yè)一直在努力提高各環(huán)節(jié)的效率，其核心要求是穩(wěn)定的生產(chǎn)流程。此外，電動(dòng)汽車領(lǐng)域的發(fā)展也帶來了材料方面的變化。例如，越來越多的零部件采用鋁材制造。利用五軸加工中心可以在這種輕質(zhì)材料上鉆斜孔，從而減少了汽車行業(yè)鋁制部件的安裝次數(shù)。此外，排屑等參數(shù)使單獨(dú)配置的五軸加工中心成為首選技術(shù)。例如，配備水平主軸并與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合用于外殼生產(chǎn)的五軸加工中心。汽車領(lǐng)域的典型加工零件如圖10所示。

7.模具制造

在模具制造領(lǐng)域，穩(wěn)定性和表面加工質(zhì)量是核心要求。在五軸加工中心的傾斜軸和工作臺(tái)上，使用短刀具就可以加工深區(qū)域。傾斜刀具可以優(yōu)化刀面的使用，從而提高工件表面質(zhì)量。領(lǐng)域的典型加工件如圖11所示。

四、結(jié)論

與所有其他行業(yè)一樣，制造業(yè)目前也正在經(jīng)歷一場革命。目前，工業(yè)制造商面臨著熟練工人的短缺、機(jī)械加工技術(shù)勞動(dòng)力的老化、供應(yīng)鏈的動(dòng)態(tài)、競爭和成本壓力等一系列問題。

高動(dòng)態(tài)機(jī)床系統(tǒng)可以對部件進(jìn)行完整的加工，比快速加速和快速軸動(dòng)節(jié)省更多時(shí)間。從定量和定性的角度來看，在不同類型的機(jī)床上大幅減少不同的工作步驟，從而消除昂貴的重復(fù)設(shè)置，是對復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行完整加工的黃金標(biāo)準(zhǔn)。目的是在完全不需要重新裝夾的情況下進(jìn)行部件生產(chǎn)，并通過新的加工策略減少刀具更換，從而減少誤差、提高質(zhì)量、提高機(jī)床利用率、降低勞動(dòng)力和提升生產(chǎn)效率。

作為一種對部件進(jìn)行完整加工的策略，五軸加工中心將不同的工序整合到一臺(tái)機(jī)器上，只需一人即可操作?？傊?，能夠減少原材料和刀具的處理以及裝夾時(shí)間，為工業(yè)制造商帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

因此，有越來越多的工業(yè)制造商采用五軸加工中心來應(yīng)對日益增長的市場和質(zhì)量要求、供應(yīng)鏈內(nèi)部動(dòng)態(tài)、熟練工人短缺以及自身對垂直整合和部件完整加工的需求。