任务3.1.1 机床选用
一、机床选型及型号确定
五轴与数控铣区别
1.加工工艺范围的认识
五轴数控机床的经济性和技术复杂性限制了其大范围应用，适用于精密、复杂零件加工；周期性重复投产零件加工；多工位、多工序集中的零件加工；具有适当批量的零件加工等。主要加工对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘、套、板类零件等，如图3.1.1 所示。
图3.1.1 五轴数控机床加工典型表面
（a），（b）发动机缸体；（c）螺旋零件；（d）叶轮；（e）板类零件；（f）异形件；（g）盘类零件
加工中心类型
2.五轴数控机床的选择
五轴数控机床一般根据轴运动的配置形式进行分类，其轴运动的配置形式有工作台转动和主轴头摆动两类，通过不同的组合，可以构成主轴倾斜型五轴数控机床、工作台倾斜型五轴数控机床以及工作台／主轴倾斜型五轴数控机床三大类。
（1）主轴倾斜型五轴数控机床
两个旋转轴都在主轴头一侧的机床结构，称为主轴倾斜型五轴数控机床（或称为双摆头结构五轴数控机床）。主轴倾斜型五轴数控机床是目前应用较为广泛的五轴数控机床配置形式之一，这种五轴数控机床的结构特点是，主轴运动灵活、工作台承载能力强且尺寸可以设计得非常大。此外，该结构的五轴数控机床，适用于加工舰艇推进器、飞机机身模具、汽车覆盖件模具等大型部件。但是将两个旋转轴都设置在主轴头一侧，使得旋转轴的行程受限于机床的电路线缆，无法360°回转，并且主轴的刚性和承载能力较低，不利于重载切削。
主轴倾斜型五轴数控机床可以进一步分为以下两种形式：
①十字交叉型双摆头结构（图3.1.2）。一般该结构的旋转轴部件A 轴（或者B 轴）与C 轴在结构上十字交叉，并且刀轴与机床Z 轴共线。
②刀轴俯垂型结构（图3.1.3）。刀轴俯垂型结构又称为非正交摆头结构，即构成旋转轴部件的轴线（B 轴或者A 轴）与Z 轴成45°夹角。非正交摆头型五轴数控机床通过改变摆头的承载位置和承载形式，从而有效提高了摆头的强度和精度。但采用非正交形式回转轴会增加操作难度和CAM 软件的后置处理定制难度。
（2）工作台倾斜型五轴数控机床
两个旋转轴都在工作台一侧的机床结构，称为工作台倾斜型五轴数控机床（或称为双转台五轴结构数控机床）。这种结构的五轴数控机床的特点在于主轴结构简单，刚性较好，制造成本较低。工作台倾斜型五轴数控机床的C 轴回转台可以无限制旋转，但由于工作台为主要回转部件，尺寸受限，并且承载能力不大，因此不适合加工过大的零件。
图3.1.2 十字交叉型双摆头结构
图3.1.3 刀轴俯垂型结构(https://www.daowen.com)
工作台倾斜型五轴数控机床可以进一步分为以下两种形式：
①图3.1.4 所示为正交和俯垂工作台结构，B 轴为非正交45°回转轴，C 轴为绕Z 轴回转的工作台。该结构五轴数控机床能够有效减小机床的体积，使机床的结构更加紧凑，但由于摆动轴为单侧支撑，因此在一定程度上降低了转台的承载能力和精度。
②图3.1.5 所示为双转台（摇篮式）结构。A 轴绕X 轴摆动，C 轴绕Z 轴旋转。该结构是目前最常见的五轴结构，其转台的承载能力和精度均能够控制在用户期望的使用范围内，且根据不同的精度需求，可以选择摆动轴单侧驱动和双侧驱动两种形式，转台是单侧或双侧驱动结构不是决定机床转台精度的唯一标准，还需要综合考虑转台本身的刚性和设计结构等。
图3.1.4 正交和俯垂工作台结构
图3.1.5 双转台结构
（3）工作台／主轴倾斜型五轴数控机床
两个旋转轴中的一个旋转轴设置在刀轴一侧，另一个旋转轴在工作台一侧，该结构称为工作台／主轴倾斜型五轴结构（或称为摆头转台式）。此类机床的特点在于，旋转轴的结构布局较为灵活，可以是A、B、C 三轴中的任意两轴组合，其结合了主轴倾斜型和工作台倾斜的特点，加工灵活性和承载能力均有所改善。图3.1.6 所示是常见的摆头转台式五轴数控机床。
图3.1.6 常见的摆头转台式结构
二、结构布局及主要参数的认识
1.机床结构布局的认知（图3.1.7）
图3.1.7 TH5140 ×5 五轴数控机床机体结构
2.机床主要参数的认识（表3.1.1）
表3.1.1 TH5180 ×5 五轴数控机床技术数据与特性
续表
3.机床型号的认识
数控机床目前主流的两大系统是SIEMENS 和FANUC，西门子主流型号是828D、840D SL等，FANUC 数控系统主流型号是0I-F、31i、32i 等，本书选用SINUMERZIK 840D SL 型号五轴数控加工机床。