一、主體結(jié)構(gòu)
在五軸機床運行時，工件質(zhì)量為關(guān)鍵參數(shù)，不僅對承載質(zhì)量的伺服軸有直接影響，還對承載工件軸的速度、加速度、慣量及響應性能等均有決定性的影響。
對于大型工件，較大的質(zhì)量不僅影響機床的速度、效率，還影響了五軸機床的表面粗糙度及精度。因此在選擇雙擺頭式龍門機床時，一般選擇橫梁移動式龍門結(jié)構(gòu)，因其工件固定不動，工作臺的承載可不受限制。同時相對于工作臺移動式機床長期負重運動，必然導致導軌磨損加速，精度下降迅速。橫梁移動式龍門結(jié)構(gòu)，由于質(zhì)量負載是定值，只要在設計時選擇合適的導軌，機床即可長久保持精度。當然作為五軸龍門機床的主體結(jié)構(gòu)，以下優(yōu)點才是關(guān)鍵點。
1、快移速度和加速度：工作臺移動式龍門機床在空載時一般都能達到其標注的設計速度，但隨著工件質(zhì)量的增加，其移動速度必然大幅下降影響效率。而工作臺固定式龍門機床由于工件負載與移動無關(guān)，無論承載多重的工件， 均能確保保持設計速度，這在較大機床上很有意義。
用戶在關(guān)注快移速度時，往往忽略加速度。其實快移速度對加工效率的影響遠遠不如加速度的影響，尤其是在一些復雜形狀的工件加工上，加速度提高后有時加工效率能提高數(shù)倍。由于工作臺移動式龍門機床的工作臺負載是個變量，一旦其設置較大的加速度，放置較重工件后，機床就會發(fā)生振動、沖擊等進而損壞傳動系統(tǒng)；龍門移動式機床盡管工件不參與運動，但龍門框架重心高，過高的加速度容易產(chǎn)生較大傾覆力，造成機床損壞，也不宜設置過高的加速度；而橫梁移動式龍門由于運動重心在橫梁上，沒有大的傾覆力矩，且運動質(zhì)量保持不變，因此只要選擇合適的伺服電動機便可獲得很高的加速度，甚至可以接近于立式加工中心。這樣不僅能夠提高加工效率，還能提高加工表面質(zhì)量。
2、結(jié)構(gòu)對加工精度和表面粗糙度的影響：工作臺移動式龍門機床的工作臺傳動由于自重較重，必須采用伺服電動機加行星減速箱減速才能提供足夠的驅(qū)動力。在工作臺不重或移動速度不快時，行星減速箱的間隙一般可以通過系統(tǒng)補償?shù)簦堥T機床一般承載都較大，且工作臺本身就比較重，一旦在高速反向時因大慣量，間隙便無法忽略，產(chǎn)生過切。對橫梁移動式龍門，采用雙邊驅(qū)動，不能使用有間隙的機構(gòu)，因此一般較小規(guī)格的龍門機床采用伺服電動機與絲杠直連。
大型龍門機床由于使用齒輪齒條傳動，齒輪齒條和減速箱結(jié)構(gòu)均有間隙，因此國際上較先進方法是采用同向差速消隙同步運動結(jié)構(gòu)，即橫梁的兩邊各采用兩個伺服電動機帶行星減速箱驅(qū)動，通過先后運動產(chǎn)生一個拉緊力來消除減速箱和齒輪齒條間的間隙。同時，兩邊的兩組還必須保持同步運動。由于橫梁移動式龍門機床的無間隙傳動，因此極大地避免了過切，尤其是提高加速度后仍能保持高加工精度。
既然沒有間隙，就不存在過切現(xiàn)象，就能提高加速度，同時機床運動負載不變，這樣慣量比也能保持出廠所調(diào)試的較高值。此時可調(diào)高例如增益等關(guān)鍵性電器參數(shù)值，機床電器性能得到提升，進而得到高表面質(zhì)量。
二、電氣精度及響應性能
普通機床買家在選擇機床時，一般會重視機床的幾何精度，誠然其對五軸龍門機床來說非常重要，但電氣精度和響應性能同樣關(guān)鍵。動梁式龍門機床結(jié)構(gòu)具備運動質(zhì)量恒定不變的特點，因此在電氣性能上有著先天性穩(wěn)定優(yōu)勢。
運動質(zhì)量對伺服慣量比及加速度有本質(zhì)性影響，如果運動質(zhì)量產(chǎn)生變化，則慣量一定變化，亦即電氣精度參數(shù)一定變化，而機床出廠時所確定的參數(shù)是依據(jù)調(diào)試時的負載而設定的，一旦運動質(zhì)量有較大變化，伺服電動機的負載也產(chǎn)生變化，但此時用戶一般無法調(diào)整這些參數(shù)，直接導致電氣精度降低。此時所指高精度不是點位運動的精度，亦不是幾何精度，而是插補精度同向差速消隙同步運動精度。這就是客戶在驗收機床時工件精度合格，但放上較大工件后精度變化嚴重下降的問題所在。而橫梁移動式機床由于運動部件的質(zhì)量是恒定值，工件無論輕重都不影響各軸的伺服性能，因此在電氣參數(shù)的穩(wěn)定性和一致性上具有極高優(yōu)勢。
當雙擺頭式五軸聯(lián)動龍門機床的五軸頭旋轉(zhuǎn)軸擺動角度時，機床的線性軸需要跟隨到達預定位置，稱為RTCP功能。高精度數(shù)控機床若要得到高精度，各軸響應必須一致。因此各軸要有很好的伺服特性和慣量匹配，進而必須控制穩(wěn)定的運動質(zhì)量，這樣才能保證特性并通過循圓來驗證。
RTCP，在高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)里，認為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我們常說的刀尖點跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點軌跡及刀具與工件間的姿態(tài)時，由于回轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生刀尖點的附加運動。數(shù)控系統(tǒng)控制點往往與刀尖點不重合，因此數(shù)控系統(tǒng)要自動修正控制點，以保證刀尖點按指令既定軌跡運動。業(yè)內(nèi)也有將此技術(shù)稱為TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其實這些稱呼的功能定義都與RTCP類似，嚴格意義上來說，RTCP功能是用在雙擺頭結(jié)構(gòu)上，是應用擺頭旋轉(zhuǎn)中心點來進行補償。而類似于RPCP功能主要是應用在雙轉(zhuǎn)臺形式的機床上，補償?shù)氖怯捎诠ぜD(zhuǎn)所造成的的直線軸坐標的變化。其實這些功能殊途同歸，都是為了保持刀具中心點和刀具與工件表面的實際接觸點不變。
因此在龍門機床的三種結(jié)構(gòu)中，工作臺移動式龍門機床一般得不到高精度和高的表面質(zhì)量；而龍門移動式機床在急加減速時會產(chǎn)生一個傾覆力矩，導致該結(jié)構(gòu)不能有快速響應，否則會導致精度變化及過切。因此這兩種結(jié)構(gòu)均不適合大型工件的高精度五軸加工要求；橫梁移動式結(jié)構(gòu)由于運動質(zhì)量可控且沒有傾覆力矩，非常適合高速高精度加工，也是國際上普遍使用的大型高速銑和五軸龍門的結(jié)構(gòu)。
那么為了鑒別電氣精度是否滿足高水平機床的要求，筆者建議采用各線性軸兩兩循圓（各五軸系統(tǒng)均支持，可在現(xiàn)場看到），循圓采用的參數(shù)為F4 000～F5 000mm/min（ 接近于使用速度）， 圓直徑為50mm，越小越能看出響應性能。在全閉環(huán)下可達到0.01mm以內(nèi)的誤差值，此時全閉環(huán)反映的是實際結(jié)果，半閉環(huán)反映的僅是電氣性能本身。對于工件加工檢測，選擇在NAS件基礎上增加在斜圓錐面法相銑孔，這時測量孔的形狀和位置誤差應小于0.1mm。
三、五軸頭如何選擇？
作為五軸機床的最關(guān)鍵部件，五軸頭的選擇也十分關(guān)鍵，下面就五軸頭的選擇做一些簡單介紹。首先應根據(jù)機床所要加工的工件來選擇， 一般分為鋁加工、鈦合金等難加工材料、高檔塑料模具的精加工以及復合材料的加工。對于鋁材料加工來說，主軸扭矩一般能夠達到30N·m以上，功率20～35kW，主軸采用HSK A63形式，最高轉(zhuǎn)速18000r/min。對于鈦合金等難加工材料，如主軸為電主軸，則建議主軸扭矩至少應在300～500N·m才能滿足一般的中等余量切削，主軸為A100，此時最高轉(zhuǎn)速為8000r/min。如果切削余量較大則建議選擇機械式主軸，扭矩可達到1 000N·m，可滿足一些重切削的要求，但轉(zhuǎn)速一般不會超過3000r/min。高檔模具尤其是高檔塑料模具的加工，一般以精加工為主，盡管模具鋼材料硬度較高，但前工序已經(jīng)大量去除余量，在五軸機床上僅是找平式的粗加工，加工余量在0.2mm內(nèi)，但對精度及表面粗糙度的要求近乎苛刻， 因此主軸扭矩一般在60N·m以上，功率為25kW，主軸為A63，最高轉(zhuǎn)速18000r/min。
復合材料應視具體材料而定，但一般主軸扭矩應在20N·m以上，功率為15kW，要注意五軸頭應具有吸塵及密封的功能。
從AC 旋轉(zhuǎn)軸的驅(qū)動來看，一般應以力矩電動機傳動為主，速度、加速度及精度保持性均較高，選擇時應該注意是否需要剎車。當然主軸扭矩達500N·m～1 000N·m后，AC軸也有采用機械式的，此時剛性較好，但由于耐磨性及速度響應性不好，一般在轉(zhuǎn)速要求較低的難加工材料加工場合選用。
五軸頭從形式上說有兩種主流形式，一種是雙臂式，另一種是單臂式，直觀地看，雙臂式由于A軸雙邊驅(qū)動，驅(qū)動力增大，但需要考慮大驅(qū)動力是否有實際應用意義。比如單臂的力矩是否也滿足了應用要求，應考慮加工尺寸干涉，尤其是對一些內(nèi)腔加工，往往雙臂式會產(chǎn)生干涉，導致刀具加長。在一些特殊工件加工時，由于單臂式的主軸中心到主軸外的尺寸很小，可以滿足于狹窄尺寸，而且當C 軸旋轉(zhuǎn)180°后，可實現(xiàn)對邊狹窄位置加工，因此實際加工范圍大于雙臂式，這點需要用戶重點考慮。但在有重切削尤其是難加工材料加工時，還是建議選擇雙臂式。如果雙臂式不是雙電動機驅(qū)動，應盡量避免選擇，無驅(qū)動邊不僅不一定能夠起到支撐作用，還可能產(chǎn)生非線性阻力，影響精度和表面粗糙度。在選擇雙邊驅(qū)動的雙臂式五軸頭時，還要注意雙電動機的同步控制。
很多用戶在選擇五軸機床時想功能全面，這時一定要慎重， 如果選擇不好，不僅效率低，還會造成五軸頭的損壞，影響使用。這時需要盡量客觀地從實際加工工藝出發(fā)，理性選擇。
根據(jù)以往經(jīng)驗，在選擇滿足模具加工的五軸頭基礎上，也可以加工鋁件，同時可以加工中粗精度的一般鋼件，該方法目前通用性較高。有些航空航天的用戶在選擇五軸時，期望既能加工鈦合金類產(chǎn)品，又能加工鋁，但很可能會出現(xiàn)鈦合金加工時剛性不足、扭矩不夠，而鋁加工時轉(zhuǎn)速不夠，效率、精度都不能滿足的情況。
四、機床其他零部件的選擇
在選購雙擺式五軸龍門機床時還應注意一些主要部件的選擇。目前市面上出現(xiàn)了直線電動機的驅(qū)動，速度快、加速度高，但應注意所有線性軸和旋轉(zhuǎn)軸是否均為直線電動機驅(qū)動。若還有絲杠驅(qū)動，有可能造成加速度不匹配，否則要遷就最弱的一向，不能完全發(fā)揮作用。同時還應注意直線電動機的能耗，絲杠和齒輪齒條傳動均是減速增力機構(gòu)，實際耗能減少，而直線電動機是電轉(zhuǎn)磁力直接驅(qū)動，相應耗電成倍提高。
光柵尺是五軸龍門機床必不可少的功能部件，全閉環(huán)提高的精度是位置環(huán)精度，而非速度環(huán)和電流環(huán)精度，因此在點位加工時，全閉環(huán)可以提高加工精度，但在插補運動中，要得到好的輪廓精度和表面粗糙度，依靠的是速度環(huán)及電流環(huán)等電氣參數(shù)匹配以及獲得好的全閉環(huán)循圓效果。
激光對刀儀也是建議選擇的功能部件，由于五軸機床主軸高速旋轉(zhuǎn)，因此一般選擇熱縮式刀柄或液壓張緊式刀柄。不建議采用普通夾頭式刀柄，如果刀柄本身動平衡不好或裝夾不好，經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)后不僅精度變化大，而且對主軸軸承的壽命也有一定影響。
當然在雙擺頭式五軸龍門機床選型時還應注意很多問題，例如有些采用鋼結(jié)構(gòu)焊接的床身，應注意焊接結(jié)構(gòu)設計、焊接工藝和時效工藝等，建議用戶慎重選擇；地基制作時應注意一定要設計合理、承載富余（有些南方地形還建議打樁）、保養(yǎng)充分；在選擇復合材料加工時要注意吸塵及車間環(huán)境影響等。因此建議用戶理性選擇，在技術(shù)上可充分交流。
銷售進口五軸加工中心，電話：135 2207 9385
五、總結(jié)
綜上所述，目前行業(yè)主流的大型高速銑及雙擺頭式五軸聯(lián)動龍門機床基本采用動梁式龍門結(jié)構(gòu)。環(huán)球機械專業(yè)生產(chǎn)各種類型的龍門式五軸機床，技術(shù)成熟穩(wěn)定，加工精度、效率及表面光潔度達到歐州同類機型水平。已成功應用于精密模具、航空航天等諸多行業(yè)，成為眾多大型模具企業(yè)、航空航天等領域客戶的重要合作伙伴。
