五轴磨床加工工具运动链的设计和分析

五轴磨床加工工具运动链的设计和分析(中文4500字,英文PDF)
E.L.J. Bohez，设计与制造工程部门，亚洲技术研究所
摘要：五轴CNC加工中心现在应用得非常广泛。大多数机器的运动学原理都是以直角笛卡儿坐标系统为基础的。这篇文章对有可能的概念上的设计和基于理论上有可能的自由度的结合并且真实存在的器械进行了分类。本文还定义了一些有用的定量参数，例如：工作空间利用因素、机器加工工具的空间利用率、方位空间的指标和方位角。同时还分析了不同概念的优缺点，给出了选择的标准和机器结构的设计。最近在工业中提出的一些基于斯图尔特平台的概念也将在这篇文章中进行简要的论述。
关键词：五轴；机器加工工具；运动链；工作空间；CNC；旋转轴
1.介绍
机器加工工具的主要设计规范应该满足以下法则：
1）    运动件在工具和零件的定位和安置上应该  
       有足够的弹性。
2）    以可能的最快的速度进行定位和安置。                                         
3）    以可能的最高的精确度进行定位和安置。                                        
4）    加工工具和工件的快速切换。
5）    保护环境。
6）    可能的高速材料移动率。          
一台机器的加工工具的轴的个数通常是由机器自由度数或者是在机器滑动过程中独立可控的运动数来决定的。随着加工工具轴对应Z坐标轴的产生，ISO轴命名法推荐使用右手坐标法则。一个三轴磨床有三个方向的线性滑动：X、Y和Z，这使得机器能放置在相应轴向滑动范围内的任何一个位置。加工工具轴的方向在加工的时候保持不变。这就限制了与工件连接的加工工具的弹性，并最终导致很多不同的结构。为了增加在可能的加工工具、工件定位中的弹性而不用重新设计结构，我们将要在增加更多的机器的自由度。对于一个传统的三线性轴机器，能通过提供旋转滑动来实现。图1就展示了一个五轴磨床的例子。