選用一種在實際應(yīng)用中切實可行的方案，才能充分體現(xiàn)出5軸加工的優(yōu)越性，并對最終的加工效果產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

適用于多軸加工的技術(shù)和設(shè)備早已出現(xiàn)在我們的周圍。在航空、石油、醫(yī)療和模具制造等行業(yè)中，采用5軸聯(lián)動加工的方法基本上都差不多，但每個行業(yè)都有其特殊的應(yīng)用方式，他們需要確定如何使制造廠更好地完成生產(chǎn)任務(wù)。

在立式和臥式銑削加工中，又在現(xiàn)有的X、Y和Z軸基礎(chǔ)上增加了兩根軸。一般來說，這兩根軸都是旋轉(zhuǎn)軸，一根圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)，另一根是傾斜軸，圍繞Y或X軸旋轉(zhuǎn)。

目前，采用5軸聯(lián)動銑削加工技術(shù)的主要有三種方法：專用5軸加工中心；采用傾斜式旋轉(zhuǎn)或耳軸式工作臺；采用主軸加工頭附件。

圖1  圖中所示的主軸附件重約150lb(0.45kg)，它為3軸CNC數(shù)控銑床能獲得5軸動力加工提供了一種經(jīng)濟(jì)的方法

專用5軸加工中心

目前在美國銷售的機床中，大約有15家以上的5軸加工中心原始設(shè)備制造廠。它們大部分都屬于大型設(shè)備，其功率強大、加工精度高、價格昂貴，一般在5~15萬美元，甚至更高。如今市場上最便宜的加工中心，其起步價約在2.5萬美元左右。

專用5軸加工機床的主要缺點是：它們的運動范圍十分有限，一般只限于±30 ；需要陡坡角度切削加工的工件必須采用手工二次定位和再次啟動。而且，這類機床的剛性不如同尺寸和同類型的3軸機床。

近年來，許多公司開始采用專用5軸加工中心，它的傾斜式工作臺與銑床的工作臺組合在一起安裝。盡管這種機床所能加工的零件尺寸和重量十分有限，但這類混合型機床的價格也是相當(dāng)昂貴的。

傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺

有多家機床制造商生產(chǎn)安裝在3軸CNC數(shù)控機床上的傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺。簡單的旋轉(zhuǎn)工作臺已在市場上銷售多年，廣泛地應(yīng)用于世界范圍內(nèi)的小型和大型機加工車間，用于零件的分度，進(jìn)行各種機加工操作。

傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺可以使零件旋轉(zhuǎn)，并可按各種角度傾斜，有利于機床的刀具接近零件的多個加工面，達(dá)到真正5軸加工的目的。

傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺的工作面相對較小，能夠安裝夾持工件的類型非常有限，對工件的長度、寬度和重量都有一定的限制。此外，傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺本身的體積較大，占據(jù)了主機很大的工作范圍。最大的傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺甚至可占據(jù)主機75%以上的工作范圍。

在進(jìn)行重型切削操作時，傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺不適合于夾持加工零件，因為長度超過12in(1in=25.4mm)的零件可能會碰撞到周圍的表面。雖然，傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺對于加工小型零件來說是一個非常合適的解決方案，但今天的客戶要求機床具有更大的靈活性和寬廣的加工能力。如果這只是5軸加工惟一可選用的方法，那么加工車間就無法加工超過它們尺寸和重量限制的工件。

圖2  這臺大型3軸CNC數(shù)控銑床可在30min內(nèi)轉(zhuǎn)換成一臺全可編程的5軸加工中心

主軸加工頭附件

主軸加工頭附件的主要優(yōu)點是：它能夠接近加工中心工作范圍的所有點。主軸加工頭對需要加工的工件尺寸沒有限制。

今天，只有很少幾家美國、意大利和德國的公司制造和銷售可編程的主軸加工頭附件，它們用于大型3軸銑床。如果安裝合理的話，這些主軸加工頭還是相當(dāng)可靠的，加工精度將會很高，只是價格較貴。由于它們的尺寸和重量問題，其不適合于安裝到中、小型加工中心上，只適合于大型龍門式銑床。并且安裝是永久性的，要求專門的制造和裝配。這類主軸加工頭附件的價格為17.5~30萬美元，再加上專門的調(diào)試和安裝費用。
惟一例外的是，目前有一種全可編程式主軸頭附件，使用它可將任何3軸CNC數(shù)控機床轉(zhuǎn)變成真正的5軸聯(lián)動加工中心。如果添加一個可傾斜±90°和旋轉(zhuǎn)360°的功能，其刀具就可以接近加工中心工作范圍內(nèi)的任何一個加工點。

由于這種獨特的加工頭移動方便，可在30min內(nèi)安裝到機床上，從而使客戶既能達(dá)到3軸銑床精度高、剛性好和切削速度快的優(yōu)點，而且能夠使附件在安裝到機床上以后，完成5軸加工的任務(wù)，例如輪廓外形的加工、鉆孔和型腔隱窩加工等。其費用大致與大型傾斜式旋轉(zhuǎn)工作臺的費用相當(dāng)。

5軸加工的優(yōu)越性

對某種特定的應(yīng)用領(lǐng)域和5軸加工能力進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)采用5軸加工可以為模具制造商帶來極大的效益。

采用一把平底端銑刀，并對復(fù)雜的加工表面保持垂直的狀態(tài)，就可大幅度地減少加工時間。這個成果是由于刀具整個直徑都投入跨步切削而完成的，因為這種加工方式可減少在工件表面上的走刀次數(shù)。這個加工原理也同樣適用于帶角度表面的側(cè)面銑削加工。這種工藝也可以消除由球端立銑刀加工所造成的肋骨狀紋路，達(dá)到較為理想的表面質(zhì)量，削減因清理表面而增加的人工銑削和手工作業(yè)量。

5軸加工技術(shù)解除了工件在復(fù)雜角度再次定位所需的多次調(diào)試裝卡。這不但節(jié)約了時間，而且還大大降低了誤差，并且節(jié)約了安裝工件就位所需的工裝夾具等所需的昂貴費用。它使機床能夠加工復(fù)雜的零件，這是采用其他方法不可能辦到的，包括復(fù)雜表面上通常所需要的鉆孔、型腔隱窩和錐度加工。

5軸加工通過采用較短的刀具，可一次性完成整個零件的加工，不需再次裝卡或采用同類3軸加工中所需的較長刀具，而且可以在較短的時間內(nèi)交工，零件的表面質(zhì)量也比較理想。由于刀具通過樞軸支點延伸安裝，因此以主軸為基礎(chǔ)的附件，當(dāng)加工模具里面的型腔時，實際上還可以在主機規(guī)定的行程外進(jìn)行銑削加工。