你真的了解五軸加工嗎？看完你會(huì)恍然大悟！

五軸加工(5 Axis Machining)，顧名思義，數(shù)控機(jī)床加工的一種模式。采用X、Y、Z、A、B、C中任意5個(gè)坐標(biāo)的線性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，五軸加工所采用的機(jī)床通常稱為五軸機(jī)床或五軸加工中心?？墒悄阏娴牧私馕遢S加工嗎？

五軸技術(shù)的發(fā)展

幾十年來, 人們普遍認(rèn)為五軸數(shù)控加工技術(shù)是加工連續(xù)、平滑、復(fù)雜曲面的唯一手段。一旦人們?cè)谠O(shè)計(jì)、礦物鑄件制造復(fù)雜曲面遇到無法解決的難題, 就會(huì)求諸五軸加工技術(shù)。但是.....

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù), 它集計(jì)算機(jī)控制、高性能伺服驅(qū)動(dòng)和精密加工技術(shù)于一體, 應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動(dòng)化加工。國(guó)際上把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)作為一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)水平的標(biāo)志。由于其特殊的地位,特別是對(duì)于航空、礦物鑄件航天、軍事工業(yè)的重要影響, 以及技術(shù)上的復(fù)雜性, 西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一直把五軸數(shù)控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實(shí)行出口許可證制度, 對(duì)我國(guó)實(shí)行禁運(yùn), 限制我國(guó)國(guó)防、軍事工業(yè)發(fā)展。

上次金屬加工小編發(fā)的關(guān)于“東芝機(jī)床事件”就是基于這個(gè)封鎖制度！

與三軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工相比, 從工藝和編程的角度來看, 對(duì)復(fù)雜曲面采用五軸數(shù)控加工有以下優(yōu)點(diǎn)：

?。?）提高加工質(zhì)量和效率

　（2）擴(kuò)大工藝范圍

?。?）滿足復(fù)合化發(fā)展新方向

但是，哈哈，又但是了。。。五軸數(shù)控加工由于干涉和刀具在加工空間的位姿控制,其數(shù)控編程、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比三軸機(jī)床復(fù)雜得多。所以，五軸說起來容易，真實(shí)實(shí)現(xiàn)真的很難！另外要操作運(yùn)用好真的更難！

RTCP,解釋一下，F(xiàn)idia的RTCP是“Rotational Tool Center Point”的縮寫，字面意思是“旋轉(zhuǎn)刀具中心”，業(yè)內(nèi)往往會(huì)稍加轉(zhuǎn)義為“圍繞刀具中心轉(zhuǎn)”，也有一些人直譯為“旋轉(zhuǎn)刀具中心編程”，其實(shí)這只是RTCP的結(jié)果。PA的RTCP則是“Real-time Tool Center Point rotation”前幾個(gè)單詞的縮寫。海德漢則將類似的所謂升級(jí)技術(shù)稱為TCPM，即“Tool Centre Point Management”的縮寫，刀具中心點(diǎn)管理。還有的廠家則稱類似技術(shù)為TCPC，即“Tool Center Point Control”的縮寫，刀具中心點(diǎn)控制。 

從Fidia的RTCP的字面含義看，假設(shè)以手動(dòng)方式定點(diǎn)執(zhí)行RTCP功能，刀具中心點(diǎn)和刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)將維持不變，此時(shí)刀具中心點(diǎn)落在刀具與工件表面實(shí)際接觸點(diǎn)處的法線上，而刀柄將圍繞刀具中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，對(duì)于球頭刀而言，刀具中心點(diǎn)就是數(shù)控代碼的目標(biāo)軌跡點(diǎn)。為了達(dá)到讓刀柄在執(zhí)行RTCP功能時(shí)能夠單純地圍繞目標(biāo)軌跡點(diǎn)（即刀具中心點(diǎn)）旋轉(zhuǎn)的目的，就必須實(shí)時(shí)補(bǔ)償由于刀柄轉(zhuǎn)動(dòng)所造成的刀具中心點(diǎn)各直線坐標(biāo)的偏移，這樣才能夠在保持刀具中心點(diǎn)以及刀具和工件表面實(shí)際實(shí)際接觸點(diǎn)不變的情況，改變刀柄與刀具和工件表面實(shí)際接觸點(diǎn)處的法線之間的夾角，起到發(fā)揮球頭刀的最佳切削效率，并有效避讓干涉等作用。因而RTCP似乎更多的是站在刀具中心點(diǎn)（即數(shù)控代碼的目標(biāo)軌跡點(diǎn)）上，處理旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化。 

      不具備RTCP的五軸機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)必須依靠CAM編程和后處理，事先規(guī)劃好刀路，同樣一個(gè)零件，機(jī)床換了，或者刀具換了，就必須重新進(jìn)行CAM編程和后處理，因而只能被稱作假五軸，國(guó)內(nèi)很多五軸數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)都屬于這類假五軸。當(dāng)然了，人家硬撐著把自己稱作是五軸聯(lián)動(dòng)也無可厚非，但此（假）五軸并非彼（真）五軸！

小編因此也咨詢了行業(yè)的專家，簡(jiǎn)而言之，真五軸即五軸五聯(lián)動(dòng)，假五軸有可能是五軸三聯(lián)動(dòng)，另外兩軸只起到定位功能！

這是通俗的說法，并不是規(guī)范的說法，一般說來，五軸機(jī)床分兩種：一種是五軸聯(lián)動(dòng)，即五個(gè)軸都可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)，礦物鑄件另外一種是五軸定位加工，實(shí)際上是五軸三聯(lián)動(dòng)：即兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)定位，只有3個(gè)軸可以同時(shí)聯(lián)動(dòng)加工，這種俗稱3+2模式的五軸機(jī)床，也可以理解為假五軸。

怎樣？關(guān)于真假五軸的情況您了解了嗎？有新的說法，歡迎留言探討！

本次對(duì)于RTCP功能也沒有進(jìn)行詳盡的描述，如果你對(duì)這方面感興趣，小編決定下次多收集一些這方面的資料，給您解答！需要的話歡迎留言！

發(fā)展五軸數(shù)控技術(shù)的難點(diǎn)及阻力

大家早已認(rèn)識(shí)到五軸數(shù)控技術(shù)的優(yōu)越性和重要性。但到目前為止, 五軸數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用仍然局限于少數(shù)資金雄厚的部門, 并且仍然存在尚未解決的難題。

下面小編收集了一些難點(diǎn)和阻力，看是否跟您的情況對(duì)應(yīng)？

1.五軸數(shù)控編程抽象、操作困難

這是每一個(gè)傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都深感頭疼的問題。三軸機(jī)床只有直線坐標(biāo)軸, 而五軸數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)形式多樣;同一段NC 代碼可以在不同的三軸數(shù)控機(jī)床上獲得同樣的加工效果, 但某一種五軸機(jī)床的NC代碼卻不能適用于所有類型的五軸機(jī)床。數(shù)控編程除了直線運(yùn)動(dòng)之外, 還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)計(jì)算, 如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗(yàn)、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算等, 處理的信息量很大, 數(shù)控編程極其抽象。

五軸數(shù)控加工的操作和編程技能密切相關(guān), 如果用戶為機(jī)床增添了特殊功能, 則編程和操作會(huì)更復(fù)雜。只有反復(fù)實(shí)踐, 編程及操作人員才能掌握必備的知識(shí)和技能。經(jīng)驗(yàn)豐富的編程、操作人員的缺乏, 是五軸數(shù)控技術(shù)普及的一大阻力。

國(guó)內(nèi)許多廠家從國(guó)外購買了五軸數(shù)控機(jī)床, 由于技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)不到位, 五軸數(shù)控機(jī)床固有功能很難實(shí)現(xiàn), 機(jī)床利用率很低, 很多場(chǎng)合還不如采用三軸機(jī)床。

2.對(duì)NC 插補(bǔ)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求十分嚴(yán)格

五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)是五個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的合成。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的加入, 不但加重了插補(bǔ)運(yùn)算的負(fù)擔(dān), 礦物鑄件而且旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的微小誤差就會(huì)大幅度降低加工精度。因此要求控制器有更高的運(yùn)算精度。

五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性要求伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很好的動(dòng)態(tài)特性和較大的調(diào)速范圍。

3.五軸數(shù)控的NC 程序校驗(yàn)尤為重要

要提高機(jī)械加工效率，迫切要求淘汰傳統(tǒng)的“試切法”校驗(yàn)方式 。在五軸數(shù)控加工當(dāng)中，NC 程序的校驗(yàn)工作也變得十分重要， 因?yàn)橥ǔ２捎梦遢S數(shù)控機(jī)床加工的工件價(jià)格十分昂貴， 而且碰撞是五軸數(shù)控加工中的常見問題：刀具切入工件；刀具以極高的速度碰撞到工件；刀具和機(jī)床、夾具及其他加工范圍內(nèi)的設(shè)備相碰撞；機(jī)床上的移動(dòng)件和固定件或工件相碰撞。五軸數(shù)控中，碰撞很難預(yù)測(cè)，校驗(yàn)程序必須對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)及控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。

如果CAM 系統(tǒng)檢測(cè)到錯(cuò)誤, 可以立即對(duì)刀具軌跡進(jìn)行處理;但如果在加工過程中發(fā)現(xiàn)NC 程序錯(cuò)誤，不能像在三軸數(shù)控中那樣直接對(duì)刀具軌跡進(jìn)行修改。在

三軸機(jī)床上, 機(jī)床操作者可以直接對(duì)刀具半徑等參數(shù)進(jìn)行修改。而在五軸加工中, 情況就不那么簡(jiǎn)單了，因?yàn)榈毒叱叽绾臀恢玫淖兓瘜?duì)后續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡有直接影響。

4.刀具半徑補(bǔ)償

在五軸聯(lián)動(dòng)NC 程序中, 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能仍然有效, 而刀具半徑補(bǔ)償卻失效了。以圓柱銑刀進(jìn)行接觸成形銑削時(shí), 需要對(duì)不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC 系統(tǒng)均無法完成刀具半徑補(bǔ)償,因?yàn)镮SO文件中沒有提供足夠的數(shù)據(jù)對(duì)刀具位置進(jìn)行重新計(jì)算。用戶在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)需要頻繁換刀或調(diào)整刀具的確切尺寸, 按照正常的處理程序, 刀具軌跡應(yīng)送回CAM 系統(tǒng)重新進(jìn)行計(jì)算。從而導(dǎo)致整個(gè)加工過程效率十分低下。

針對(duì)這個(gè)問題, 挪威研究人員正在開發(fā)一種臨時(shí)解決方案, 叫做LCOPS(Low Cost Optimized ProductionStrategy , 低耗最優(yōu)生產(chǎn)策略)。刀具軌跡修正所需數(shù)據(jù)由CNC 應(yīng)用程序輸送到CAM 系統(tǒng), 并將計(jì)算所得刀具軌跡直接送往控制器。LCOPS 需要第三方提供CAM 軟件, 能夠直接連接到CNC 機(jī)床, 其間傳送的是CAM 系統(tǒng)文件而不是ISO 代碼。對(duì)這個(gè)問題的最終解決方案, 有賴于引入新一代CNC 控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)能夠識(shí)別通用格式的工件模型文件(如STEP 等)或CAD 系統(tǒng)文件。

5.后置處理器

五軸機(jī)床和三軸機(jī)床不同之處在于它還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo), 刀具位置從工件坐標(biāo)系向機(jī)床坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換, 中間要經(jīng)過幾次坐標(biāo)變換。利用市場(chǎng)上流行的后置處理器生成器, 只需輸入機(jī)床的基本參數(shù), 就能夠產(chǎn)生三軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器。而針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床, 目前只有一些經(jīng)過改良的后置處理器。五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開發(fā)。

三軸聯(lián)動(dòng)時(shí), 刀具的軌跡中不必考慮工件原點(diǎn)在機(jī)床工作臺(tái)的位置, 后置處理器能夠自動(dòng)處理工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系。對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng), 例如在XYZBC 五軸聯(lián)動(dòng)的臥式銑床上加工時(shí), 工件在C 轉(zhuǎn)臺(tái)上位置尺寸以及B 、C 轉(zhuǎn)臺(tái)相互之間的位置尺寸, 產(chǎn)生刀具軌跡時(shí)都必須加以考慮。工人通常在裝夾工件時(shí)要耗費(fèi)大量時(shí)間來處理這些位置關(guān)系。如果后置處理器能處理這些數(shù)據(jù), 工件的安裝和刀具軌跡的處理都會(huì)大大簡(jiǎn)化:只需將工件裝夾在工作臺(tái)上, 測(cè)量工件坐標(biāo)系的位置和方向, 將這些數(shù)據(jù)輸入到后置處理器, 對(duì)刀具軌跡進(jìn)行后置處理即可得到適當(dāng)?shù)腘C 程序。

6.非線性誤差和奇異性問題

由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的引入, 五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)比三軸機(jī)床要復(fù)雜得多。和旋轉(zhuǎn)有關(guān)的第一個(gè)問題是非線性誤差。非線性誤差應(yīng)歸屬于編程誤差, 可以通過縮小步距加以控制。在前置計(jì)算階段, 編程者無法得知非線性誤差的大小, 只有通過后置處理器生成機(jī)床程序后, 非線性誤差才有可能計(jì)算出來。刀具軌跡線性化可以解決這個(gè)問題。有些控制系統(tǒng)能夠在加工的同時(shí)對(duì)刀具軌跡進(jìn)行線性化處理, 但通常是在后置處理器中進(jìn)行線性化處理。

旋轉(zhuǎn)軸引起的另一個(gè)問題是奇異性。如果奇異點(diǎn)處在旋轉(zhuǎn)軸的極限位置處, 則在奇異點(diǎn)附近若有很小振蕩都會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的180°翻轉(zhuǎn), 這種情況相當(dāng)危險(xiǎn)。

7.對(duì)CAD/ CAM系統(tǒng)的要求

對(duì)五面體加工的操作, 用戶必須借助于成熟的CAD/CAM 系統(tǒng), 并且必須要有經(jīng)驗(yàn)豐富的編程人員來對(duì)CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行操作。

8.購置機(jī)床的大量投資

以前五軸機(jī)床和三軸機(jī)床之間的價(jià)格懸殊很大?，F(xiàn)在, 三軸機(jī)床附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸基本上就是普通三軸機(jī)床的價(jià)格, 這種機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)多軸機(jī)床的功能。同時(shí), 五軸機(jī)床的價(jià)格也僅僅比三軸機(jī)床的價(jià)格高出30 %～ 50 %。

除了機(jī)床本身的投資之外, 還必須對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進(jìn)行升級(jí), 使之適應(yīng)五軸加工的要求;必須對(duì)校驗(yàn)程序進(jìn)行升級(jí), 使之能夠?qū)φ麄€(gè)機(jī)床進(jìn)行仿真處理。