五軸聯(lián)動車銑加工中心是車床產(chǎn)品皇冠上璀璨的明珠，是在三軸車削中心基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?？梢栽谝慌_車銑中心上一次裝夾，完成全部車、銑、鉆、鏜、攻螺紋，甚至熱處理、激光等加工，其工藝范圍之廣和能力之強，已成為當今復(fù)合加工機床的佼佼者。是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機轉(zhuǎn)子及大型柴油機曲軸等加工最高效的手段。
五軸聯(lián)動車銑復(fù)合加工中心經(jīng)一次裝夾后，機床按不同加工工序進行車削、銑削、削等多工序的復(fù)合加工，自動選擇及更換刀具，動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和刀具相對工件的運動跡及其它輔助功能，依次完成零件的復(fù)雜空間曲面的力工，產(chǎn)品精度更高，加工更加順暢。但技術(shù)復(fù)雜、加工制造難度大，五軸聯(lián)動車銑中心國內(nèi)企業(yè)剛涉足，市場份額基本被國外壟斷。國內(nèi)用戶在復(fù)雜零件加工、以及科研、新產(chǎn)品制造上也已使用了大量進口的車銑復(fù)合加工機。按照機床結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動車銑中心可分為立式和臥式兩大類，本文主要介紹臥式五軸聯(lián)動車銑中心的一些情況。
1.發(fā)展歷程
五軸聯(lián)動車銑中心的理念源于歐洲，奧地利的WFL銑車技術(shù)公司是行業(yè)的開拓者，日本復(fù)合加工機開始于上世紀70年代末80年代初，目前德國和瑞士的機床精度最高，綜合起來，德國的水平最高，日本的產(chǎn)值最大，全球市場占有率最高。
我國五軸聯(lián)動車銑中心起步較晚，首臺五軸聯(lián)動車銑中心由沈陽機床（SMTCL）與德國MAX MULLER公司合作生產(chǎn)的SSCKZ63-5五軸車銑復(fù)合加工中心，在2001年北展上展出，當時參數(shù)上達到了國際90年代末的水平。該機床可控制X、Y、Z、B、C軸，床身最大回轉(zhuǎn)直徑Φ800mm，主軸2000rpm，主電機37kw，刀庫有12把刀，配西門子840D NC系統(tǒng)。近年間國內(nèi)主要機床企業(yè)亦紛紛推出五軸車銑中心。雖然我國復(fù)合加工機發(fā)展起步較晚，但國內(nèi)用戶在復(fù)雜零件加工、以及科研、新產(chǎn)品制造上也已使用了大量進口的車銑復(fù)合加工機。
2.臥式五軸總體結(jié)構(gòu)
筆者認為目前國際上五軸聯(lián)動臥式車銑加工中心主流結(jié)構(gòu)分為三種：伺服Y軸，直接Y軸，垂直Y軸。
伺服Y軸，斜床身結(jié)構(gòu)，通過X軸與刀架傾斜運動的運動合成，插補實現(xiàn)Y軸功能，代表機型MAZAK INTEGREX Ⅳ系列，DMG GMX linear系列，DOOSSAN PUMA MX，SMTCL HTM63150iy系列。目前大部分企業(yè)采用這種結(jié)構(gòu)，思想類似源于車床，以車加工為主。兩軸插補實現(xiàn)Y軸功能，結(jié)構(gòu)緊湊，但Y軸行程受結(jié)構(gòu)限制，如DMG GMX500五軸加工中心 車削直徑Φ610mm，Y軸行程為210mm；MAZAK INTEGREX 400-Ⅳ五軸加工中心，車削直徑Φ760mm、Y軸行程為230mm。
直接Y軸，斜床身結(jié)構(gòu)，刀架沿垂直X軸方向上下運動，實現(xiàn)Y軸功能，代表機型WFL M系列，SMTCL HTM40/80系列。最早由奧地利WFL公司開發(fā)，設(shè)計思想基于車床，加工以車銑為主體，該結(jié)構(gòu)Y軸行程及B軸刀架整體剛性受機床結(jié)構(gòu)限制，如WFL M35車銑加工中心，最大車削直徑Φ520mm，Y軸行程250mm。
垂直Y軸，近幾年基于臥式加工中心與車床結(jié)構(gòu)而開發(fā)，平床身整體框架結(jié)構(gòu)，刀架沿垂直方向運動，實現(xiàn)Y軸功能。代表機型，MORI SEIKI NT DCG系列，MAZAK INTEGREX e-H系列，SMTCL HTM63150等。Y軸行程大，受整機結(jié)構(gòu)限制相對小，如MORI SEIKI的NT4000 DCG車銑加工中心，車削直徑Φ660mm，Y軸行程420mm，比其他結(jié)構(gòu)相近規(guī)格機床Y軸行程大，銑削范圍廣。
基于以上原因MAZAK臥式五軸分二大系列，車削直徑φ760mm以下采用伺服Y軸結(jié)構(gòu)INTEGRX Ⅳ系列，車削直徑Φ610-920mm大規(guī)格采用垂直Y軸結(jié)構(gòu)INTEGRX e-H系列。MORI SEIKI已經(jīng)放棄伺服Y軸結(jié)構(gòu)，全部轉(zhuǎn)向垂直Y軸結(jié)構(gòu)，提出box in box 結(jié)構(gòu)機床理念。
3.標桿機型
奧地利WFL（13501282025）車銑技術(shù)公司作為車銑技術(shù)的發(fā)明者、全世界最大、車銑機床專業(yè)生產(chǎn)廠家，至今在世界各地安裝了1200多臺五軸機床。WFL-M系列車銑加工中心是高端機床研發(fā)的方向和對標對象。
WFL M系列五軸車銑采用60°灰鑄鐵傾斜床身，車鏜銑單元采用齒輪驅(qū)動，配置特殊機械設(shè)計和液壓夾緊系統(tǒng)。該系列機床還可以進行在線測量，深孔鉆加工，內(nèi)徑加工，滾齒加工，內(nèi)徑花鍵成形加工，高精加工等。借助于B軸，機床可以完成從任意角度到中心線的加工。 通過五軸聯(lián)動，可以高效的加工各種復(fù)雜幾何形狀的工件，尤其是對特殊材料，如不銹鋼、鈦、鉻鎳鐵合金、鎳基合金等進行安全有效的加工。機床人性化的設(shè)計，使操作者可以無障礙接近工作區(qū)域。為了提高安全性，WFL提供3D離線仿真軟件。為了避免由程序錯誤或操作員操作錯誤所造成的潛在碰撞風險，WFL提供了一個實時防撞軟件--碰撞保護。WFL機床主要用于加工飛機起落架，噴氣式發(fā)動機軸，大型曲軸，凸輪軸，石油和天然氣行業(yè)的閥體和外殼，印刷滾筒，發(fā)電機軸，渦輪轉(zhuǎn)子等。
代表機型M30 MILLTURN銑車復(fù)合加工中心，最大車削直徑Φ520mm，最大加工長度2000mm，車削主軸最高轉(zhuǎn)速4000r/min，銑削主軸最高轉(zhuǎn)速6000/9000/12000m/min可選，B軸擺角范圍 -110°～110°。配置智能化刀具管理系統(tǒng)，能自動修改刀具數(shù)據(jù)。機床適用復(fù)雜軸類及盤類零件的六面加工，復(fù)合了車削、銑削及鉆削加工工藝，能實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，還可以根據(jù)需要選擇相應(yīng)的模塊，實現(xiàn)齒輪加工或深孔加工。
4.國產(chǎn)機型有了長足發(fā)展
隨著用戶需求向更快、更高、更強，要求機床向效率高、精度高、可靠性高方向發(fā)展，CIMT2023展會上五軸復(fù)合是展會的一大亮點，國內(nèi)主流機床企業(yè)都推出了五軸聯(lián)動機床產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)形式各異，卻各有特點，產(chǎn)品性能趨于穩(wěn)定，這一趨勢必將加速推動國產(chǎn)五軸聯(lián)動機床的發(fā)展進步與應(yīng)用普及。但國產(chǎn)五軸機床在智能化、產(chǎn)業(yè)化方面還有漫長的路要走。
--科德數(shù)控股份有限公司KCX 1200 TM五軸臥式銑車復(fù)合加工中心。配置對置的雙車削主軸、雙下刀塔以及銑削主軸。最大加工直徑Φ400mm，最大加工長度（兩卡盤支撐時）1200mm；車削主/副主軸箱均采用內(nèi)冷卻力矩電機，同時配備高精度電磁角度編碼器+液壓夾緊，控制系統(tǒng)采用科德GNC62系統(tǒng)，可選配BMT65動力刀塔、編程尾座頂尖，尾座的頂緊力能夠跟零件直徑尺寸大小進行編程控制。
--秦川集團寶雞機床 BHR800V臥式銑車復(fù)合加工中心。床身上最大回轉(zhuǎn)直徑Φ820mm，車削主軸最高轉(zhuǎn)速2700/1680r/min，銑削主軸最高轉(zhuǎn)速5000r/min，B軸擺動范圍-110°～90°。主軸箱采用雙電機主從模式，連接齒輪箱，兩檔變速，主軸輸出最大扭矩3340Nm，主軸夾緊力可調(diào)；采用獨立倉儲式刀庫，配備機器人實現(xiàn)刀具及附件頭的快速更換；可實現(xiàn)各種車、銑、鏜、鉆、銑齒、磨等復(fù)合高精加工，擅長于深孔加工，最大加工孔深可達1500mm，應(yīng)用于能源領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、大型船用柴油機領(lǐng)域的傳動軸等加工。
--天水星火機床有限責任公司 CNCX630 五軸銑車復(fù)合加工中心。是星火與其全資子公司法國SOMAB合作研發(fā)，床身最大回轉(zhuǎn)直徑Φ630mm，最大加工長度4000mm，控制系統(tǒng)為華中HNC-840DI，全閉環(huán)控制。配有自定心液壓卡盤、自定心液壓中心架、程控液壓尾座、B軸動力刀塔和自動刀庫。用于高強度鋼制零件的車削、鉆孔、銑削、銑螺紋、攻絲等加工。
--山東普利森集團有限公司 CH6163-5 銑車復(fù)合加工中心。最大加工直徑Φ630 mm，最大加工長度1000 mm。主軸單元有分別控制的液壓阻尼和液壓制動系統(tǒng)，保證了機床在高速銑削和低速重力銑削時主軸平穩(wěn)抗振；Y軸為互為60°夾角的X軸和U軸插補虛擬軸，行程大，剛性好；24位刀庫安裝在下滑鞍后部與Z軸同時進給，可以在Z軸行程的任意位置裝刀換刀，減少了傳統(tǒng)固定刀庫的裝刀換刀動作故障，并且大大縮短了換刀的輔助時間。
