什么是五轴机床

什么是五轴机床伴随国内数控技术的日渐成熟，近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了越来越广泛的应用。在实际应用中，每当人们遇见异形复杂零件高效、高质量加工难题时，五轴联动技术无疑是处理此类问题的重要手段。近几年伴随我国航空航天、军事工业、汽车零部件和模具制造行业的蓬勃发展，越来越多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工。不过，你真的足够理解五轴加工吗？五轴加工想要真正的理解五轴加工，首先我们要做的是要读懂什么是五轴机床。五轴机床（5AxisMachining），顾名思义，是指在X、Y、Z，三根常见的直线轴上加上两根旋转轴。A、B、C三轴中的两个旋转轴具有不一样的运动方式，以满足各类产品的技术需求。而在5轴加工中心的机械设计上，机床制造商一直坚持不懈地致力于开发出新的运动模式，以满足多种规定。综合目前市场上各类五轴机床，虽然其机械构造形式多种多样，不过重要有如下几种形式：两个转动坐标直接控制刀具轴线的方向（双摆头形式）两个坐标轴在刀具顶端，不过旋转轴不与直线轴垂直（俯垂型摆头式）两个转动坐标直接控制空间的旋转（双转台形式）两个坐标轴在工作台上，不过旋转轴不与直线轴垂直（俯垂型工作台式）两个转动坐标一种作用在刀具上，一种作用在工件上（一摆一转形式）术语：假如旋转轴不与直线轴相垂直，则被认为是一根“俯垂型”轴。看过这些构造的五轴机床，我相信我们应当明白了五轴机床什么在运动，怎样运动。可是，这样多样化的机床构造，在加工时究竟能展现出哪些特点呢？与老式的三轴机床相比，又有哪些优势呢？接下来就让我们来看看五轴机床有哪些发光点。

5轴机床的特点说起五轴机床的特点，就要和老式的三轴设备来比较。生产中三轴加工设备比较常见，有立式、卧式及龙门等几种形式。常见的加工措施有立铣刀端刃加工、侧刃加工。球头刀的仿形加工等等。但无论哪种形式和措施均有着一种共同的特点，就是在加工过程中刀轴方向一直保持不变，机床只能通过X、Y、Z三个线性轴的插补来实现刀具在空间直角坐标系中的运动。因此，在面对下面这些产品时，三轴机床效率低、加工表面质量差甚至无法加工的弊端就暴露出来了。而与三轴数控加工设备相比，五联动数控机床有如下长处：1、保持刀具最佳切削状态，改善切削条件如上图，在左图中三轴切削方式，当切削刀具向顶端或工件边缘移动时，切削状态逐渐变差。而要在此处也保持最佳切削状态，就需要旋转工作台。而假如我们要完整加工一种不规则平面，就必须将工作台以不一样方向旋转多次。可以看见，五轴机床还可以防止球头铣刀中心点线速度为0的状况，获得更好的表面质量。2、有效防止刀具干涉如上图，针对航空航天领域内应用的叶轮、叶片和整体叶盘等零件，三轴设备由于干涉原因无法满足工艺规定。而五轴机床就可以满足。同步五轴机床还可以使用更短的刀具进行加工，提高系统刚性，减少刀具的数量，防止了专用刀具的产生。对于我们的企业老板来说，意味在刀具成本方面，五轴机床将会给您省钱了！3、减少装夹次数，一次装夹完毕五面加工如上图可以看出五轴加工中心还可以减少基准转换，提高加工精度。在实际加工中，只需一次装夹，加工精度更轻易得到保证。同步五轴加工中心由于过程链的缩短和设备数量的减少，工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。这意味着您可以用更少的夹具，更少的厂房面积和维护费用，来完毕更高效更高质量的加工！4、提高加工质量和效率如图，五轴机床可以采用刀具侧刃切削，加工效率更高。5、缩短生产过程链，简化生产管理五轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链，可以使生产管理和计划调度简化。工件越复杂，它相对老式工序分散的生产措施的优势就越明显。6、缩短新产品研发周期对于航空航天、汽车等领域的企业，有的新产品零件及成型模具形状很复杂，精度规定也很高，因此具有高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五轴数控加工中心可以很好地处理新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题，大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。综上所述，五轴机床实在是有太多太多长处，不过五轴机床刀具姿态控制，数控系统，CAM编程和后处理都要比三轴机床复杂的多！同步，我们说到五轴机床，就不得不说真假五轴的问题，我们都懂得真假五轴最大的区别在于RTCP功能，然而何谓RTCP，它是怎么产生的又该怎样应用？下面我们就结合机床构造和编程后处理来详细理解一下RTCP，理解他的真正面目。有关RTCPRTCP，在科德数控GNC61高档五轴数控系统里，认为RTCP即是RotatedToolCenterPoint，也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中，追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时，由于回转运动，产生刀尖点的附加运动。数控系统控制点往往与刀尖点不重叠，因此数控系统要自动修正控制点，以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。业内也有将此技术称为TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其实这些称呼的功能定义都与RTCP类似，严格意义上来说，RTCP功能是用在双摆头构造上，是应用摆头旋转中心点来进行赔偿。而类似于RPCP功能重要是应用在双转台形式的机床上，赔偿的是由于工件旋转所导致的的直线轴坐标的变化。其实这些功能殊途同归，都是为了保持刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。所认为了表述以便，本文统一此类技术为RTCP技术。那么RTCP功能是怎么产生的呢？数年此前，在五轴机床刚普及市场的时候，RTCP概念被机床厂家大肆宣传。彼时RTCP功能更像是为技术而技术的噱头，更多人是对其技术自身的热衷和炒作。其实RTCP功能恰好相反，它不光是一项好技术，更是一项能为客户带来效益和发明价值的好技术。拥有RTCP技术的机床（也就是国内所说的真五轴机床），操作工不必把工件精确的和转台轴心线对齐，随便装夹，机床自动赔偿偏移，大大减少辅助时间，同步提高加工精度。同步后处理制作简朴，只要输出刀尖点坐标和矢量就行了。像我们之前说的那样，在机械构造上，五轴数控机床重要有双摆头、双转台、一摆一转等构造。下文我们将以科德双转台五轴机床，科德数控GNC61高档五轴数控系统为例，详细简介一下RTCP功能。科德数控GNC61在五轴机床中定义第四轴和第五轴的概念:在双回转工作台构造中第四轴的转动影响到第五轴的姿态，第五轴的转动无法影响第四轴的姿态。第五轴为在第四轴上的回转坐标。关注金属加工微信。好了，看完定义阐明我们来解释一下。如上图所示，机床第4轴为A轴，第5轴为C轴。工件摆放在C轴转台上。当第4轴A轴旋转时，由于C轴安装在A轴上，因此C轴姿态也会受到影响。同理，对于我们放在转台上面的工件，假如我们对刀具中心切削编程的话，转动坐标的变化势必会导致直线轴X、Y、Z坐标的变化，产生一种相对的位移。而为了消除这一段位移，势必机床要对其进行赔偿，RTCP就是为了消除这个赔偿而产生的功能。那么机床怎样对这段偏移进行赔偿呢？接下来我们就来分析一下这段偏移是怎么产生的。根据前文，我们都懂得是由于旋转坐标的变化导致了直线轴坐标的偏移。那么分析旋转轴的旋转中心就显得尤为重要。对于双转台构造机床，C轴也就是第5轴的控制点一般在机床工作台面的回转中心。而第4轴一般选择第四轴轴线的中点作为控制点。数控系统为了实现五轴控制，GNC61需要懂得第5轴控制点与第四轴控制点之间的关系。即初始状态（机床A、C轴0位置），第四轴控制点为原点的第四轴旋转坐标系下，第五轴控制点的位置向量[U,V,W]。同步还需要懂得A、C轴轴线之间的距离。对于双转台机床，举例如下图所示。讲到这里，大家可以看出，对于有RTCP功能的机床，控制系统为保持刀具中心一直在被编程的位置上。在这种状况下，编程是独立的，是与机床运动无关的编程。当您在机床上使用GNC61系统编程时，不用紧张机床运动和刀具长度，您所需要考虑的只是刀具和工件之间的相对运动。余下的工作GNC61控制系统将为您完毕。举个例子：如上图，不带G203RTCP功能关的状况下，控制系统不考虑刀具长度。刀具围绕轴的中心旋转。刀尖将移出其所在位置，并不再固定。如上图，带G203RTCP功能开的状况下，控制系统只变化刀具方向，刀尖位置仍保持不变。X，Y，Z轴上必要的赔偿运动已被自动计算进去。G203是科德数控GNC61系统里RTCP启动指令，一般已经在CAM系统的CNC程序中被调用。而CNC程序中仅包括了所要趋近的X／Y／Z点，和描述刀具方向的方向矢量A，B，C。换句话说，CNC程序仅包括几何和刀具方向数据。而对于不具有RTCP的五轴机床和数控系统是怎么处理直线轴坐标偏移这个问题呢？我们懂得目前国内诸多五轴数控机床和系统都属于假五轴，所谓假五轴，其实就是指不带RTCP功能的机床。真假五轴，既不是看长相也不是看五个轴与否联动，要懂得假五轴也可以做五轴联动。假五轴的区别重要在于其没有真五轴RTCP算法，也就是说假五轴编程需要考虑主轴的摆长及旋转工作台的位置。这就意味着用假五轴数控系统和机床编程时，必须依托CAM编程和后处理技术，事先规划好刀路。同样一种零件，机床换了或者刀具换了，都必须重新进行CAM编程和后处理。并且假五轴机床在装夹工件时需要保证工件在其工作台回转中心位置，对操作者来说，这意味着需要大量的装夹找正时间，且精度得不到保证。虽然是做分度加工，假五轴也麻烦诸多。而真五轴只需要设置一种坐标系，只需要一次对刀，就可以完毕加工。下图以NX后处理编辑器设置为例，阐明假五轴的坐标变换。如上图，假五轴是依托后处理技术，将机床第四轴和第五轴中心位置关系表明，来赔偿旋转轴对直线轴坐标的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不仅仅是编程趋近点，更是包括了X、Y、Z轴上必要的赔偿。这样处理的成果不仅会导致加工精度局限性，效率低下，所生成的程序不具有通用性，所需人力成本也很高。同步由于每台机床的回转参数不一样，都要有对应的后处理文献，对于生产也会导致极大的不便。再者假五轴其生成程序无法改动，实现手工