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机床的功能是在刀具和工件之间产生成形运动来切削出所需要的工件形状。选择机床时主要考虑所加工工件的尺寸、形状、需要的加工精度以及工作效率等。而机床的构型配置大体上决定了它的刚度、精度和动态特性。一个三轴铣床有3 个直线滑轨X、Y、Z, 它们可以在对应的行程范围内在任意位置定位。刀具轴在加工过程中是固定的,这限制了刀具相对于工件定向的柔性。另外, 三轴铣床不同的构型方案也有限。在不改变现有基本构型的情况下,为了增加刀具和工件相对定向的柔性,必须额外地增加自由度，即直线移动自由度X、Y、Z所对应的的各旋转自由度A、B、C。机床运动轴的分配和组合成为机床设计的基本元素。五轴联动加工中心拥有五个自由度，可以实现对零件各个方位的加工。根据配置的不同，五轴联动加工中心总体结构的形式也有很大的不同。7385
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对于五轴机床, 从两种运动轴, 即旋转运动轴(R) 和直线平移运动轴( T) ,我们得到如下4个大类: ①3 个T, 2 个R; ②2 个T, 3 个R; ③1 个T, 4 个R; ④5个R。现有的绝大多数机床都属于第一类, 一些焊接机器人、加工中心也属于此类型。少数机床属于第二类, 如用来加工轮船叶轮的机床。第三类和第四类多用于高灵活度机器人的设计。
从五轴机床最常用的配置形式——3个移动自由度X、Y、X加上3个旋转自由度A、B、C中的任意两个，我们又可以得到多种不同的配置形式，这些配置形式根据安放的位置（刀具传动链一侧或机床工作传动链一侧）不同，所得到的五轴联动加工中心的适用范围也不同，我们应当根据设计要求，结合实际的情况来选择不同的运动链配置形式。
图2.1 五轴联动立式加工中心常用运动链配置形式
2.2 五轴联动加工中心主轴设计概述
根据设计要求，主轴最高转速为22000r/min已经属于超高速加工的范畴。要实现超高速加工, 主轴的dmn值至少应达到1×10^6 以上, 并且有大功率、宽调速范围的特性。最佳适合超高速运转的主轴形式是将主轴电机的定子、转子直接装入主轴组件的内部, 形成电主轴, 实现机床主轴系统的零传动。电主轴具有结构紧凑、重量轻、惯性小、动态特性好等优点,可改善机床的动平衡,减小振动和噪声,在超高速切削机床上得到了广泛的应用。电主轴的工作转速极高, 这就对其结构设计、制造和控制提出了非常严格的要求, 并带来了一系列技术难题, 如主轴的散热、动平衡、支承、润滑及精密控制等。在应用中, 必须妥善地解决这些问题, 才能确保主轴稳定可靠的高速运转, 实现高效精密加工。
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