五軸機床的五個軸通常是由三個直線軸外加兩個回轉軸組成的，其結構方式卻有很大差別。不同的結構形式會使機床在剛性、動態(tài)性能和精度穩(wěn)定性等方面產(chǎn)生一些差異。本文主要針對立式頭擺、立式工作臺擺動這兩種不同結構的五軸機床進行分析比較，以便用戶充分了解其結構形式，從而有利于其根據(jù)自己產(chǎn)品的特點和經(jīng)濟能力挑選合適的機床。
五軸機床的典型應用是五軸聯(lián)動加工和五軸定位加工。五軸聯(lián)動加工的主要應用領域是葉輪、刀具、模具以及復雜曲面加工。五軸定位加工的主要應用領域是殼體類零件加工以及有空間位置度要求的孔及平面角度加工。
（a） （b） （c）
圖1 五軸機床應用舉例，（a）發(fā)動機，（b）刀具，（c）模具
立式五軸機床根據(jù)擺動軸的擺動方式分為兩類，一類是主軸頭擺動（通常稱為B軸），另一類是工作臺擺動（通常稱為A軸）。這里以哈默生產(chǎn)的U系列機床（如圖2所示）和C系列機床（如圖3所示）為例進行對比，他們分別代表頭擺和工作臺擺動的機床。
圖2 U系列機床結構示意圖 圖3 C系列機床結構示意圖
這里以兩種機床加工同一個零件上的空間垂直孔為例，說明兩種機床的區(qū)別。
圖4 此零件需要在兩個相鄰面上加工兩個相互垂直的通孔
1. 機床主軸剛性和加工效率的比較
U系列機床在加工的過程中，由于是頭擺，所以主軸刀具都要聯(lián)動擺動，使得主軸的剛性差；而C系列機床，由于是工作臺擺動，所以不會對主軸的剛性產(chǎn)生任何影響。
由于旋轉點的不同，刀尖實現(xiàn)同樣的位移時，頭擺機床的主軸需要擺動更大的角度（類似杠桿原理），所以加工同樣的零件，頭擺機床的效率更低。
圖5 頭擺和工作臺擺動的旋轉點位置
2. 刀具長度對機床加工精度的影響
擺動誤差=擺臂×擺角
擺臂=主軸長度+刀具長度
也就是說，在頭擺的情況下，刀具的長度影響擺臂
長度，放大誤差。即誤差會隨刀具的長度增長而增大。
圖6
圖7 頭擺機床中刀具長度與位置誤差的關系
圖8 工作臺擺動機床長度與位置誤差的關系
3. 頭擺機床會產(chǎn)生形狀誤差，而工作臺擺動則不會產(chǎn)生形狀誤差
頭擺機床刀具旋轉，從而產(chǎn)生位置誤差。與此同時，加工孔的進給方向和刀具的回轉中心發(fā)生偏離，情況如圖9所示，所以加工孔產(chǎn)生位置誤差的同時，還會產(chǎn)生形狀誤差，出現(xiàn)楔形孔。
圖9 頭擺機床在產(chǎn)生位置誤差的同時會產(chǎn)生形狀誤差
而工作臺擺動機床的位置誤差是有工作臺擺動造成，主軸的進給方向和刀具的旋轉中心始終重合，所以不會再附加產(chǎn)生形狀誤差。這是工作臺擺動與頭擺相比另一個明顯的優(yōu)勢。
圖10 工作臺擺動機床不產(chǎn)生形狀誤差
4. 加工范圍的比較
當頭擺機床的主軸旋轉90°而轉為臥式加工時，其加工范圍會大大減小。如圖11所示，較長的尺寸為主軸不旋轉時所能加工的最大距離，較短尺寸為轉為臥式時的加工距離，有明顯的變化。而工作臺擺動機床則不會出現(xiàn)這種情況。
圖11 頭擺機床轉為臥式時加工范圍的縮小
結論
工作臺擺動機床的剛性好，加工效率高；刀具長度對加工精度不會產(chǎn)生影響；加工不會產(chǎn)生形狀誤差；五軸加工與三軸加工時可加工零件的大小是相同的。
頭擺機床主軸的剛性相對較差，加工效率相對較低；加工精度會隨刀具長度的增長而降低；加工會產(chǎn)生形狀誤差；主軸擺動角度時會吃掉行程，從而導致能夠加工的最大工件尺寸變小。
另外，U系列機床結構的設計是，X軸和Y軸通過刀具運動實現(xiàn)，Z軸由工件體現(xiàn)。Ｕ系列機床Y軸的剛性會隨使用而逐漸減弱。Y軸由主軸和刀具的持續(xù)承重而產(chǎn)生的彎曲可以得到補償，然而這并不能抵消Ｙ軸在加工不同重量的工件時發(fā)生的彎曲。Z軸的動力性和精度會由于加工很重的工件或者工件的位置距離Z軸導軌太遠而降低。而C系列機床是改進的龍門設計，一體化鑄造，工作臺雙支撐。設計特征包括：3個線性軸的運動是由刀具的移動實現(xiàn)的，動態(tài)性能不受工件限制；驅動和導軌在加工區(qū)之外；緊湊的結構，最低空間要求；優(yōu)化的靜態(tài)和動態(tài)特性；高的運行、定位和持久精度；加工過程高
