高速龙门铣床五轴联动的结构设计

对现在机床的五轴联动结构进行了结构分析、对比，设计出了高速龙门铣床五轴联动的结构。五轴联动结构设计中又主要对五轴联动铣头（行业中称“五轴头”）进行了详细设计，结构中采用了精密齿轮啮合与双导程蜗轮蜗杆驱动，既保证了结构紧凑，精度也较高。 关键词：五轴联动 结构设计 五轴联动铣头 双导程蜗轮蜗杆。

****近10多年来，数控技术快速发展，特别是数控系统大容量存贮技术的解决，开放体系结构控制器（OAC）的应用，快速处理器和运动控制，日益完善的人机接口软件（Human Machine Interface，HMI）以及工厂自动化设备支持通过网络的互联性，使5轴数控机床潜在生产能力能够被充分发挥；高速加工ＨＳＭ技术，高速电主轴或复合主轴头技术的发展，有力推动了机床设计／制造技术的发展与*，使5轴数控机床制造技术难度大大降低，造价也大幅度减少，许多中小型5轴联动立／卧式加工中心（VMC，HMC）一般制造企业已能接受；计算机软硬件技术快速发展和费用持续降低，使5轴联动和3轴联动控制系统价格已相差无几了；5轴联动CAM编程软件价格（包括5轴程序检验软件）也已大幅度下降，使得许多制造企业可接受使用它，尽管其价格还是偏高；软件技术的进步，特别是仿l真技术和虚拟NC加工等可视化技术的应用，用户掌握和应用5轴加工编程软件较以前也容易得多了。加上用户对5轴数控机床的需求日益迫切，因此，包括从适应轻载切削、中载切削到重载切削的各种（高速）5轴数控机床在宇航、汽车、装备、运输、模具以及医l疗器械等制造行业中得到了越来越广泛应用。

①加工复杂空间曲面的产品零件

②大型复杂结构件的高l效率加工

③复杂多面体带孔系结构件的高生产率加工

④取代EMD加工

⑤取代快速原型制造（RP）

⑥个性化产品零件加工

⑦组成柔性生产系统用于中/小批量产品的加工

高速龙门五轴加工中心横梁同时承受重力、拉力和弯矩作用。为了减小变形， *****振性，横梁要求有较好的刚度。高速龙门五轴加工中心横梁焊接件与铸件对比有以下特点：

由于钢板焊接件重量比铸件轻，相同刚性的钢板焊接结构的重量仅为铸件的60％左右，五轴龙门加工中心厂家定做，所以根据公式ωn=K/m姨（其中ωn为固有频率，K为刚度，m为质量）可知，减轻重量可以****固有频率，有利于避免共振的发生。 合理的焊接结构固有频率可以比铸造结构高50％。而龙门横梁跨距大，重量减轻也可以减小下垂，****机床几何精度；同时，对于直驱式龙门机床，减轻重量对****快移速度和加速度起决定性作用。

铸铁的内阻尼比钢平均高出3.2倍。但焊接件阻尼主要来自于钢板材料内阻尼和构件结合面间的摩擦，而材料内阻尼只占很小比例，构件结合面间的摩擦阻尼却约占全部阻尼的90％左右。 所以，其*振性并不比铸件低多少，通过合理的焊接方法和焊接结构，焊接件的阻尼甚至可以高于铸件。

焊接结构生产周期短，生产过程不需要制造木模和浇注，节省部分制造成本，适合小批量和单件生产。 经过以上对比分析不难看出，首先焊接件刚度优于同等外形尺寸的铸件；其次，同等外形尺寸焊接件结构重量比铸件小，对于龙门机床横梁这种大跨距的结构，减轻重量便可以减小弯曲变形的程度，减轻横梁重量也就是减轻了移动部件的质量；同时焊接件用材少，也节省了成本；对于单件或小批量生产，焊接件生产周期相对较短。所以无论是从性能，还是从工艺、成本、周期等诸方面因素来看，焊接件都是更适合于龙门机床横梁的制造形式；尤其是对于直驱式高速龙门五轴加工中心，要求具有高速度、 高加速度，还要求高刚性，焊接横梁更能体现出其优于铸造件的各项性能。