車銑復(fù)合機(jī)床的五軸頭(以下簡(jiǎn)稱車銑五軸頭)可以說(shuō)是車銑復(fù)合機(jī)床的心臟(見(jiàn)圖1)。由于車銑復(fù)合機(jī)床的形式很多，五軸頭的形式也多種多樣。車銑五軸頭不但要像鏜銑主軸一樣，除具有銑、鉆、攻絲、鏜等功能，還具備車的功能，即實(shí)現(xiàn)刀具動(dòng)力主軸定向停車、鎖緊。這是車銑五軸頭區(qū)別于鏜銑五軸頭的一個(gè)標(biāo)志。它比鏜銑五軸頭更復(fù)雜，技術(shù)含量更高。下面就車銑五軸頭的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)加以論述。

1.幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)(1)動(dòng)力主軸鎖緊

　　動(dòng)力主軸鎖緊是車銑五軸頭的一個(gè)特殊要求。在車削過(guò)程中，車刀是非旋轉(zhuǎn)刀具，且需保證準(zhǔn)確的中心高，要求動(dòng)力主軸限制原有的旋轉(zhuǎn)自由度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定向停止。由于車削過(guò)程中主軸受力較大，限制旋轉(zhuǎn)自由度的力相應(yīng)很大，這種限制只有通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)，而任何一種機(jī)械式結(jié)構(gòu)都會(huì)不可避免地產(chǎn)生超定位。

　　目前常見(jiàn)的鎖緊機(jī)構(gòu)為三齒盤(pán)。由于三齒盤(pán)結(jié)構(gòu)在軸向和徑向同時(shí)定位，限制了六個(gè)自由度，而原有主軸已限制了五個(gè)自由度，這樣就有五個(gè)自由度超定位。其優(yōu)點(diǎn)是可以獲得非常好的剛度，但對(duì)零件加工精度、零件裝配精度的要求就會(huì)大幅度提高，給零件制造、裝配都提出了更高的要求。三齒盤(pán)鎖緊機(jī)構(gòu)在車銑五軸頭中的位置對(duì)加工性能有很大影響，通常有兩種形式。一種是裝在主軸前軸承的前端(見(jiàn)圖2)。這樣鎖緊位置離車削受力點(diǎn)近，對(duì)重切和震切非常有利；另外三齒盤(pán)的液壓夾緊機(jī)構(gòu)有消振作用，對(duì)長(zhǎng)刀桿切削有利。另一種是裝在主軸前軸承的后端(見(jiàn)圖3)，這種形式在銑削時(shí)，刀具受力點(diǎn)距主軸前軸承的距離短，有利于銑削，對(duì)提高鏜、銑削剛度，提高表面加工質(zhì)量十分有利。

　　三齒盤(pán)裝在主軸前軸承前端，裝配相對(duì)容易；三齒盤(pán)裝在主軸前軸承后端，裝配難度較大，且不利于維護(hù)。一般實(shí)現(xiàn)主軸定向的角度認(rèn)別機(jī)構(gòu)因其體積大，不能用于車銑五軸頭。

(2)松夾刀機(jī)構(gòu)

　　車銑復(fù)合機(jī)床都帶有一個(gè)自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖2)。由于車銑五軸頭主軸比一般鏜銑主軸短，而一般松夾刀機(jī)構(gòu)均較長(zhǎng)，這就給松夾刀機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)難度。此外松夾刀機(jī)構(gòu)的松夾力一般在1300kN以上，且是瞬間動(dòng)作，沖擊力很大，對(duì)主軸軸承有損害。如何使主軸軸承不受沖擊，而且在一個(gè)有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)松夾刀，是車銑五軸頭的另一個(gè)難題。

(3)油、水、氣通道

　　車銑五軸頭要求有主軸定向松夾，刀具松夾外冷卻、內(nèi)冷卻和氣密封、自動(dòng)潤(rùn)滑，要有八個(gè)以上油、水、氣通道(見(jiàn)圖4)。相關(guān)的執(zhí)行元件要有檢測(cè)，需要有6~9個(gè)電線組，油、水、氣和電的配送易發(fā)生故障，其結(jié)構(gòu)布置對(duì)車銑五軸頭的可靠性有重要的影響。

(4)車銑五軸頭的B軸

　　車銑五軸頭的B軸(圖5)在旋轉(zhuǎn)功能上與銑削五軸頭有很大的區(qū)別。一般銑削五軸頭只需任意角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而車銑五軸頭除了需要任意角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)外，還需要有限指定角度鎖緊、任意角度鎖緊。任意角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)是加工連續(xù)曲面的要求，技術(shù)關(guān)鍵是傳動(dòng)鏈消隙和具有足夠的轉(zhuǎn)矩。

　　固定角度鎖緊是為了滿足加工指定角度平面或定向結(jié)構(gòu)的要求。由于B軸轉(zhuǎn)動(dòng)鏈很難做到無(wú)隙，即使做到傳動(dòng)剛度也不夠。為了能實(shí)現(xiàn)有限指定角度強(qiáng)力切削，一般采用定向三齒盤(pán)鎖緊。這種鎖緊方式可實(shí)現(xiàn)高剛度。

    任意角度鎖緊是為了實(shí)現(xiàn)任意角度定向加工要求而設(shè)計(jì)的。由于三齒盤(pán)結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)有限角度鎖緊，任意角度的鎖緊必須用其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其鎖緊方式各個(gè)生產(chǎn)廠家則均有自己的訣竅。

2.關(guān)鍵技術(shù)的解決思路

　　 動(dòng)力主軸定向鎖緊方式要根據(jù)主軸實(shí)際應(yīng)用中是側(cè)重車削還是銑削。以切削方式來(lái)選擇有利于發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，保證加工件的質(zhì)量；松夾刀機(jī)構(gòu)的解決方案關(guān)鍵是主軸在松夾刀過(guò)程中不受力。結(jié)構(gòu)上一定要使松夾刀成為主軸內(nèi)力；配油、水、汽主要要考慮由于管路曲折，壓力損失大，應(yīng)盡量加大管路直徑；B軸的關(guān)鍵是解決任意角度的鎖緊，主要應(yīng)考慮選擇一種剛度好的方案，可靠性高。B軸的任意角度旋轉(zhuǎn)主要應(yīng)解決如何消除傳動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙和小間隙傳動(dòng)。

　　車銑五軸頭可以是機(jī)械式主軸，也可以是電主軸，文中提到的關(guān)鍵技術(shù)是共性的。每個(gè)關(guān)鍵技術(shù)均有多種解決方案，文中所提出的思路在國(guó)外和國(guó)內(nèi)都有成功的應(yīng)用案例，正確的使用會(huì)少走很多彎路。如果上述難點(diǎn)能得到創(chuàng)造性解決，車銑五軸頭的性能就有可能趕上或超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品水平。

    3.采用雙向交替轉(zhuǎn)動(dòng)順序進(jìn)行測(cè)量，即先從一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量各目標(biāo)位置(0b~360b)，再?gòu)南喾吹姆较蜣D(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量一次(360b~0b)。按照這一測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)順序，直至完成所要求的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)。另外，在編輯測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)程序時(shí)，還要充分考慮首目標(biāo)位置和末目標(biāo)位置的越程，通常選擇5b，主要考慮消除轉(zhuǎn)向時(shí)的間隙。

    4.系統(tǒng)控制被測(cè)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，編輯一段測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)程序，該程序與計(jì)算機(jī)主菜單設(shè)置的數(shù)據(jù)采集程序相一致。然后，按照測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)程序依次轉(zhuǎn)動(dòng)到每個(gè)目標(biāo)位置上，并在每個(gè)目標(biāo)位置上停留一段足夠長(zhǎng)的時(shí)間。以便RX10回轉(zhuǎn)軸精度測(cè)量軟件，監(jiān)控被測(cè)回轉(zhuǎn)軸的每個(gè)目標(biāo)位置，并等候穩(wěn)定在/讀數(shù)穩(wěn)定性0允許范圍之內(nèi)，隨即RX10回轉(zhuǎn)軸測(cè)量軟件以每秒5次的測(cè)量速度進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。停留時(shí)間長(zhǎng)短由/測(cè)量期0參數(shù)決定。采集數(shù)據(jù)的時(shí)間，由計(jì)算機(jī)屏幕上不斷增加的箭頭顯示來(lái)表明。當(dāng)箭頭結(jié)束/測(cè)量期0時(shí)，RX10回轉(zhuǎn)軸測(cè)量軟件將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，計(jì)算出該目標(biāo)位置的角度誤差并顯示于屏幕誤差欄中，同時(shí)也顯示出角度誤差趨勢(shì)圖形。隨著測(cè)量次數(shù)的增加，所顯示角度誤差趨勢(shì)圖形也隨之改變，因此，可比較直觀的反映和觀察到每次測(cè)量角度的誤差值。按照測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)順序重復(fù)5次雙向交替數(shù)據(jù)采集后，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤(pán)。

    5.啟動(dòng)數(shù)據(jù)分析軟件，可以根據(jù)GB10931-89或國(guó)際上通用的ISO230、VDI/DGQ3441等標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)評(píng)定被測(cè)數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸的位置精度。包括定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差和位置偏差。并且可以打印出每次測(cè)量各目標(biāo)位置的原始偏差數(shù)據(jù)及回轉(zhuǎn)軸位置精度的偏差趨勢(shì)分析圖形。借此直觀地反映出被測(cè)回轉(zhuǎn)軸的實(shí)際偏差情況，得到被測(cè)回轉(zhuǎn)軸偏差的參考數(shù)據(jù)，以便改進(jìn)裝配工藝和補(bǔ)償修正。