摘要：在《中国制造2025》明确的十大重点发展领域中，高端多轴数控机床是重点发展的新一代技术及高端制造装备，其运用是强化工业基础能力、提高工艺水平和产品质量的重要手段。本文由雅力士精机整理摘抄。大家可以参考阅读。

        高端制造装备应用目前主要以五轴加工中心为主，其工艺特点为加工工序高度集中，可在一次装夹中完成多个面的加工工序，减少装夹和校正次数，避免因装夹和校正造成的误差，保证加工精度。同时，五轴加工中心还具备三轴加工中心没有的高柔性、高精度、高集成性及全面加工能力，使复杂零件的加工变得更加容易，缩短加工周期。但是，目前一台五轴加工中心的价格是普通加工中心的10倍左右，这对中小型企业而言，配备五轴加工中心具有一定的经济压力。文章以中小型企业现有装备为基础，就解决新型高精产品的加工问题进行分析研究。

        一、多轴加工中心特点分析

        （一）多轴加工中心结构分析

        五轴联动加工中心大多是“3+2”的结构，即x、y、z三个直线运动轴加上分别围绕x、y、z轴旋转的a、b、c三个旋转轴中的两个旋转轴组成。按两个旋转轴的组合形式来分，大体有双转台式、转台加上摆头式和双摆头式三种形式。这三种结构分别决定了机床的规格和加工对象。其中，双转台结构的五轴联动机床在运作时，工件需要在两个旋转方向运动，因此，只适合加工小型零件，如小型整体涡轮、叶轮、小型精密模具等。双轴台式五轴联动机床结构简单，价格相对低廉，因此也是数量最多的一类五轴联动数控机床，如图1所示。

        （二）多轴加工工艺分析

        多轴加工是在三轴加工中心的基础上，增加两个旋转轴，从而实现多轴联动和旋转轴辅助定向的加工工艺。多轴联动加工可同时实现1～3个直线轴和1～2个旋转轴的联动切削加工，常用于空间多变、复杂形面的切削，如叶轮、叶片等复杂形面零件。多轴联动加工增加了旋转轴摆动的频率，摆动中工装夹具及工件的位置也会发生变化，提高了切削过程中发生碰撞的概率。除此以外，伴随旋转轴的转动，各项切削参数也会随之发生变化，导致切削效率和加工质量得不到保证。因此，在多轴加工中，除特殊零件（如叶轮）采用多轴联动进行加工外，更多地使用多轴定向加工工艺，来提升多轴加工效率，保证切削参数的稳定性，提高零件加工质量。多轴定向加工利用两旋转轴（AB或AC）改变工件加工位置，通过三轴或四轴加工工艺完成对工件切削加工的工艺方案。多轴定向加工路径编写相比多轴联动加工简单，它只需在原三轴刀路编写的基础上改变加工刀轴即可实现，编程操作简单，加工过程更易于控制和掌握[2]。多轴定向加工在保持传统三轴加工优势的同时，也展现了多轴机床的优点，是理想的数控加工工艺方法。

        二、实现多方向定位加工结构分析

        普通加工中心在机械加工行业已基本普及，并具有一定的加工能力。受装备以及工艺的限制，多数企业仍采用传统工艺方案，难以胜任工序集中、高精度要求的产品加工。想要在现有设备上寻找突破口，可参考AC五轴加工中心结构，通过外部装备来实现多轴定向加工工艺，解决中小型企业在高复杂产品加工中的难题。AC轴结构五轴加工中心把工作台设计成可绕X轴和Z轴双向转动，取代普通加工中心工作台仅能在固定坐标轴实现双向直线移动的结构，扩大了产品加工的范围。

        目前，不少企业配备了可旋转动力头A轴，它价钱便宜，仅是机床价格的1/20左右，对各中小型企业而言不构成经济压力。把旋转动力头应用于机床结构改造中，将工作台面上移到动力头旋转中心，将增加一个可使工作台旋转的A轴。机床增加可绕X轴旋转工作平台，可满足工件在Y轴向上所有部位的加工要求。如果工件加工部位较多，X轴向存在加工部位，可通过调整装夹方案或增加工装夹具来满足工件所有部位的加工要求。新的结构改变了传统的三轴加工工艺方案，把加工工序集中起来，借助旋转平台以及工装夹具实现了工件多方向的快速定位加工，减少了工件装夹与校正次数，避免了因操作失误而导致加工工件质量的下降。并且这种结构更易于实现复杂零件的中小批量生产需求，有效解决了中小型企业面临的复杂铣削类零件的加工难题，同时也保证了中小企业在高端设备发展背景下仍具有一定的竞争力。

        三、多方向定位加工的应用与操作

        （一）多方向定位加工设置与编程

        在普通加工中心中，实现多方向定位加工主要借助装备来改变加工位置。由于不具备五轴加工中心的刀尖跟随功能（RTCP），在加工位置发生改变时，需要人为地对加工位置原点进行设置，并要求对应CAM软件的编程原点。这种多向定位加工工艺在改变加工位置时，需要重新给定加工原点，并在机床G54-G59工件坐标系中进行设置。

        采用常规三轴加工编程。编程时，要求编程原点必须与加工原点对应。对不同加工位置进行编程时，无需随加工位置的改变调整加工模型，可相应地在模型加工位置增加与机床对应的坐标系，采用常规三轴加工编程方法编写加工路径，编程操作与常规操作相同，不改变模型位置，各加工部位路径不受影响，整个工件加工编程更易于掌控。

        （二）多方向定位加工操作与应用加工工件、坯料是精铸而成的，着色部位为该工件加工位置，分布在多个加工方向。如果采用普通加工中心加工该工件，按加工位置方向划分，至少需要安排5次装夹才能完成加工，并且每次装夹对工件的找正、分中、对刀等都存在一定的难度。因此，普通加工中心难以胜任此类产品的加工要求。当增加可绕X轴旋转的转动平台后，可通过平台转动直接改变工件加工位置。工件在加工时，采用如图3所示的工装装夹，无需拆装，可在一次装夹中完成所有位置的加工，有效减少了装夹次数，避免了因多次装夹产生的误差。同时，通过增加可旋转平台集中加工工序，能有效解决受产品结构影响而无法在二次装夹中找到可靠定位和校正基准的难题，充分体现了多轴加工工艺的优势，完成了原加工中心无法完成的零件加工，较好地提升了普通加工中心对产品加工的适应性。

        四、结语

        目前，绝大部分制造企业具备多方向定位加工机床结构改造条件。机床结构改造后，虽不能完全充当多轴加工设备使用，但能解决中小型企业复杂铣削类零件加工时遇到的难题，对没有能力购置高端设备的中小型企业来说，不失为保持竞争力的好办法。比如，雅力士精机生产的各类简易卧加，轮毂加工中心，卧式cnc加工中心，高速加工中心，龙门加工中心等等，均可根据需要加装四轴转台，也可以加装五轴转台。龙门加工中心可以配备双向头，从而实现多面加工。充分利用系统的四轴五轴开放的功能，从而实现公司产品加工的升级。