A. 五轴联动加工中心加工的快速编程
驻地设在Biedenkopf-Wallau的Meisser股份公司有着一段不安静的历史，在90年前，由Theodor Meissner建立了一家模具制作公司。约在15年前，这家公司陷入了财政窘境。后来，经过从家族公司转变成由员工参股的股份公司，才从窘境中走出来。从那时起，Meissner股份公司走上了成功之路。该公司的总经理Tilman L歠felholz先生说：“咱们在这15年里没有收买别的的公司，而是经过事务组织的拓展使咱们的员工简直增长了一倍。即便在报价跌落的状况下，咱们的销售额甚至增长了三倍。当时，公司具有300名员工，然后使咱们算得上是德国一家独立的模具制作职业里的最大公司。”
Meissner股份公司的商品线首要是供汽车工业运用的模具，这些模具分为三类：一是用于锻造发动机缸体、缸盖和别的铸件的模具；二是首要用来制作燃料箱和注油管的吹模；三是出产各种不一样资料的汽车外壳零件用的模具。
关于成功的形式，Tilman L歠felholz先生作了如下的答复：“公司的成功首先是员工的功劳。他们有适当多的专业知识，并有着很高的作业积极性。对此，或许能够用咱们这种股权多数由员工持有的股份公司的奖赏形式来作答复。这促进了每一个员工像公司主那样尽责地作业，并把它体现在高品质的商品上。” 除了技能力量雄厚的规划和开发有些外，总经理强调了机械加工的主要性。依据他的陈说，在机械加工方面约占投资的80%。因为在这里，能够经过加工进程的优化来取得最多的利益。
5轴加工创造竞争优势
优化加工的主要组成有些是不断增加地转向5轴铣削，26台铣床中的14台机床早就适合于进行5轴联动切削。关于总经理Tilman L歠felholz先生来说，这首要是出于经济上的缘由。他在陈说理由时说：“咱们在对从编程到加工出制品件作全体思考时，在大多数状况下，5轴加工要比3轴加工到达更短的工艺流程时刻和较低的单件本钱。”机械加工有些的领导Reinhard Hackler先生具体解释道：“缩短出产工艺流程的时刻，其中是由比如彻底取消了工件工序间的换夹而取得的。相同，抛弃了电火花加工，也就无需再制作电极了，这就意味着非常可观的节约。”作为别的的长处，他认为是提高了工件的表面质量和尺度精度。到达这样的加工效果，其缘由在于，5轴铣削时，经过铣刀的偏摆能够防止刀具较大的悬伸。较短的铣刀有利于选用较高的切削用量和较大的切屑横截面，有利于承受较大的径向力。还能够降低切削刀刃上的振荡。因而能够运用小直径铣刀，运用这样的铣刀加工时，工件表面上残留的资料较少，这就用不着再进行后继加工。
Reinhard Hackler先生以Meissner公司的典型实例论证道：“关于选用砂型制作汽车发动机缸体的、几许形状适当杂乱的成型模，咱们大有些是经过5轴铣削来加工的。关于这种加工，用来进行半精加工和精加工常常选用4至6把刀具就足够了，例如，铣刀D16用于平面规模的加工，直径为D8，D6和D4~D1的球头铣刀用来加工概括。假如选用3轴铣削，或许刀具的数量要增加一倍。”
令人形象深入的是降低了模具的本钱，Reinhard Hackler先生列举了下列理由：“因为降低了切削刀刃上的振荡，然后提高了刀具的运用寿命。因为刀具磨损的减小和刀具数量的削减，例如铣削用于砂型锻造的成型模时，5轴铣削要比以前选用的3轴铣削的本钱大概降低了一半。”
简略进行5轴铣削的编程
不想承受5轴加工方法经常出现的理由是，5轴加工的坐标轴运动比较杂乱，用双眼简直不可能了解这种运动。认为这种杂乱运动的编程格外艰难，致使变成普遍的观点。可是Meissner公司CAM小组的领导Thorsten Koch先生一挥而就反驳说：“5轴铣削的编程并不比3轴铣削的编程那样费事，假如运用适宜的编程体系，起码就不会那样杂乱。”自1996年以来，Meissner公司选用了Sescoi公司的Work NC CAD/CAM体系，其时，操作简略的体系和无磕碰的铣削途径已给人留下好形象。“在曩昔的15年里，在规划和切削加工中发生了很多的改变，” Thorsten Koch先生弥补道。“而Work NC始终保持着一切创新的脚步。”其时，Meissner公司具有16套Work NC运用许可证，其中9套Work NC是用于5轴加工。此外，模具制作公司运用了16套Work NC-Viewer许可证。负责加工有些的Reinhard Hackler先生解释说：“咱们在一切的机床上安装了笔记本电脑，在电脑上机床操作员能够借助于浏览器，并由此能够调用构件图以及铣刀途径。这样，他们就能处理有待加工的具体构件图。虽然仍还存在加作业业卡和装夹图，可是大大削减了纸张的耗费。浏览器遭到咱们员工的适当好评。”
编程作业的根底是规划，在Meissner公司是运用了三款在全球抢先的CAD体系进行作业，这三个CAD体系是Catia，Siemens NX（前身为Unigraphics）和Pro Engineer。在Work NC软件体系中承受3D数据就像编程那样是不存在任何疑问，而且与用户非常友爱。依据CAM有些的领导Thorsten Koch先生所说，在这里新编的程序简直彻底是用于5轴加工的：“WorkNC经过5轴软件为此提供了最好的条件。这款软件首要由两个模块组成，一个是用来直接进行5轴编程，另一个是所谓的Auto5（Work-NC Auto5是指5轴加工解决方案——译注）。”
后一个模块是CAD/CAM体系中最主要的有些，它从现有的3轴程序中主动生成5轴铣削途径。在转换程序时，输入所需求的刀具长度和刀夹就足够了。然后，软件就主动换算铣削途径，产生出无磕碰的5轴铣削途径。在这里还要思考机床的坐标轴运动，因为一切的机床在其回转角和摇摆角方面是遭到限制的。另外，Thorsten Koch先生赞扬了如像Work NC Check & Go的各种靠近出产实践的功用。这种功用在思考核算得到的铣削途径和工件在作业台的定位状况下，用来查验和显现实践机床加工的轴运动。不只查验3+2轴加工和5轴加工的轴摆角，而且要查验机床的轴运动是否超出了工艺行程的规模。假如到达结尾开关的方位，这会致使所不期望的换夹，而Work NC Check & Go的用户能够主动地核算工件的另外的最好的定位。所以在大多数状况下，能够防止换夹。
新的软件和硬件加速核算进程
“这样一个东西有起码的编程体系”，CAM专家Thorsten Koch先生弥补说。“可视化的状况是相类似的。” 经过Work NC 5轴能够使3轴和3+2轴铣削途径同所选机床的坐标轴的运动进行可视化显现。在铣削途径核算和后处理工作时期进行这种仿真。而且仿真能够清楚地看出并标记出各种不一样运动部件之间的磕碰。CAM有些和车间的负责人的定见是共同的：“恰恰是关于新的、杂乱的铣削程序，甚至于整个铣削进程。这种仿真给咱们提供了很高的安全性。”
Thorsten Koch先生还指出了别的主要因素：“5轴加工程序是巨大的，会使核算时刻继续相应的时刻。所以必须在软件和硬件上保持在当时最高的水平上。” 因而，Meissner公司选用了最新的Work NC-V21，这个版别是64位的体系。Sescoi公司由此消除了从前存在大的几许图形方面的疑问。Thorsten Koch先生确认：“咱们使用64位的版别测试了这样大的程序，并看到了当时一切都适当满意地正常工作。假如这款软件在一个功用强大的具有4核处理器或8核处理器的PC上工作，那么这是一个极好的工作，这样会使编程作业变成一件适当有趣味的工作。
B. 五轴联动加工中心基本知识介绍
作者：海潮
链接：https://zhuanlan.hu.com/p/24549394
来源：知乎
着作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
除了机床本身的投资之外木模五轴加工中心，还必需对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行进级，使之适应五轴加工的要求；必需对校验程序进行进级，使之能够对整个机床进行仿真处理。
A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，
汽车轮胎模具五轴加工中心格就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。机床是一个国家制造业水平的象征。
符合数控机床发展的新方向
近几年国际、海内机床展表明五轴加工中心软件培训，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于即是90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力
矩。工作台的中间还设有一个回转台，环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。为了实现“十五”规划的发展目标，各部分迫切需要进一步鼎力发展数控加工技术，亟须配置大量的各类工艺设备，尤其是数控机床设备。
现在，大家普遍以为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的独一手段。
。
从1999年开始，在CIMT、CCMT等国际、海内机床博览会上，首先是海内的五轴数控机床产品纷纷亮相，海内五轴数控机床的市场逐渐打开，随后国际机床巨头纷至沓来，五轴数控机床的品种和数目逐年上升：CIM
T99、CCMT2000分别推出3台国产五轴联念头床；CIMT2001国际机床博览会上，北京第一机床厂和桂林机床股份有限公司分别展出了主轴转速10000r/min的五轴高速龙门加工中央，北京市机电院的主轴转速15
000r/min 的五轴高速立式加工中央；清华大学与昆明机床股份有限公司联合研制的XNZ63,
铸造模具五轴加工中心采用尺度Stewart平台结构，可实现六自由度联动；大连机床厂自行研制的串并联机床
DCB—510，其数控系统由清华大学开发，该机床通过并联机构实现X、Y、Z轴直线运动，由串联机构实现A、C轴旋转运动，从而实现五轴联动，其直线快速进给速度可达80m/min。即使是发达产业化国家，也无不高度正视。兴趣军事的朋友可能知道闻名的“东芝事件”：上世纪末，□□□东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间蝶船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违背了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。所以，每当人们在设计、研制复杂曲面碰到无法解决的挫折时，往往转向求助五轴数控系统。
另一种是依赖立式主轴头的回转。五轴数控技术为何久久未能得以广泛普及？五轴数控加工因为干涉和刀具在加工空间的位姿控制，其数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得多。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。近年来，跟着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了急迫的大量需求。中国机床产业的发展，利用自己研制的高、精、尖产品介入国际竞争，打破了国际技术垄断，国际机床巨头们不愿失去中国这个大有潜力可挖的市场，于是蜂拥而来，把他们的产品“送上门来”：国外展团共展出五轴加工中央8台、五轴车铣加工中央1台、五轴数控刀具磨床5台。最近国际机床业泛起了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。目前，五轴数控技术在全球范围
内普遍存在以下题目。立式五轴加工中央这类加工中央的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部门或全部切削加工，以保证工件的位置精度，进步加工效率。用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整刀具的切当尺寸，按照正常的处理程序，刀具轨迹应送回CAM系统重新进行计算。乐器五轴加工中心目前流行的CNC系统均无法完成刀具半径补偿，由于ISO文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算。现在，三轴机床附加一个旋转轴基本上就是普通三轴机床的价格，这种机床可以实现多轴机床的功能。但近年来，跟着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术关闭，占领了这一战略性工业的至高点，大大降低了其应用本钱，从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代！以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加凸起了机械装备制造业作为高新技术工业化载体在推动整个社会技术提高和工业进级中无可替换的基础作用。目前五轴数控机床的应用仍旧局限于航空、航天及其相关产业。这些机床均已达到国际提高前辈水平，体现出我国机床产业为国防尖端产业发展提供装备的实力又有突破性进步。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时，需要对不同直径的刀具编制不同的程序。在加工中央上扩展五轴联动功能，可大大进步加工中央的加工能力，便于系统的进一步集成化。作为国民经济增长和技术进级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴跟着高新技术和新兴工业的发展而共同提高。五轴数控机床在海内外的实际应用表明，其加工效率相称于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化出产流水线的投资，大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。
海内五轴数控技术发展状况与市场分析
五轴联动数控机床，是电力、船舶、航空航天、高精密仪器等民用产业和军事产业等部分迫切需要的枢纽加工设备。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的产业发展水平状况。
几十年来，人们普遍以为五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的惟一手段。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。中国不仅要做世界制造的大国，更要做世界制造强国！预计在不久的将来，跟着五轴联动数控机床系统的普及推广，必将为中国成为世界最强国奠定坚实的基础！
加工中央一般分为立式加工中央和卧式加工中央，立式加工中央（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中央借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。三轴机床只有直线坐标轴，而五轴数控机床结构形式多样；统一段NC代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样的加工效果，但某一种五轴机床的NC代码却不能合用于所有类型的五轴机床。西方发达国家长期对我国实行禁运。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家出产设备自动化水平的标志。这种设计还有一大长处：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中央线垂直于加工面时，因为球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计,玻璃钢修边五轴加工中心令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可进步表面加工质量。数控编程除了直线运动之外，还要协调旋转运动的相关计算，如旋转角度行程检修、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等，处理的信息量很大，数控编程极其抽象。但到目前为止，五轴数控技术的应用仍旧局限于少数资金雄厚的部分，并且仍旧存在尚未解决的挫折。因为其特殊的地位，特别是对于航空、航天、军事产业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方产业发达国家一
直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证轨制，对我国实行禁运。目前高档的加工中央正朝着五轴控制的方向发展，五轴联动加工中央有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。
我国数控技术及其设备在各产业部分中的应用整体水平仍旧偏低，与产业发达国家比拟差距很大。从而导致整个加工过程效率十分低下。因为五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“布衣”化应用。
发展和推广的难点及阻力何在
显然，人们早已熟悉到五轴数控技术的优胜性和重要性。一旦人们在设计、制造复杂曲面碰到无法解决的挫折，就会求助五轴加工技术。对于数控机床设备的主要技术要求是多轴、高速、刚性好、功率大；对坐标数的需求，以三至五轴联动为主。
购置机床需大量投资
以前五轴机床和三轴机床之间的价格悬殊很大。
刀具半径补偿难题
在五轴联动NC程序中，刀具长度补偿功能仍旧有效，而刀具半径补偿却失效了。早在20世纪60年代，国外航空产业出产中就开始采用五轴数控铣床。
装备制造业是一国产业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代产业出产提供重要的手段，是不可或缺的战略性工业。五轴加工培训国外数控镗铣床、加工中央为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。这种设置方式的长处是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发念头壳都可以在这类加工中央上加工。因而，研究五轴数控加工技术对国家科技气力和综合国力的进步有重要意义。
对这个题目的终极解决方案，有赖于引入新一代CNC控制系统，该系统能够识别通用格局的工件模型文件(如STEP等)或CAD系统文件。特别是暗斗时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行关闭禁运。
五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高机能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。对于枢纽零件外形复杂的行业，如航空、电力、船舶、模具制造业等，其出产部分对多轴机床要求比例较大，新增五轴数控机床大约占数控机床总数的70%～80%。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造本钱也较高。长期以来，以美国为首的西方产业发达国家，
汽车轮胎模具五轴加工中心一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证轨制。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够相宜象汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。
五轴数控编程抽象、操纵难题
这是每一个传统数控编程职员都深感头疼的题目。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中央难以做到的。同时，五轴机床的价格也仅仅比三轴机床的价格高出30%～50%。
A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。由此可见，五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力
五轴加工中心价格。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的长处是主轴的结构比较简朴，主轴刚性非常好，制造本钱比较低。
C. 立式五轴加工中心的两种回转轴方式是什么
立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围 30度至-120度。
工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴zui小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。
A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。
另一种五轴加工中心是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。
D. 五轴联动数控加工中心
随着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，每当人们碰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解决这类问题的重要手段。近几年随着我国航空航天、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。但是，你真的足够了解五轴加工吗？下面就请跟着小编的脚步走进五轴加工的世界。
2016-12-12_225949.png
五轴加工
想要真正的了解五轴加工，首先我们要做的是要读懂什么是五轴机床。五轴机床（5 Axis Machining），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同的运动方式，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，机床制造商始终坚持不懈地致力于开发出新的运动模式，以满足各种要求。综合目前市场上各类五轴机床，虽然其机械结构形式多种多样，但是主要有以下几种形式：
2016-12-12_230325.png
两个转动坐标直接控制刀具轴线的方向（双摆头形式）
2016-12-12_230334.png
两个坐标轴在刀具顶端，但是旋转轴不与直线轴垂直（俯垂型摆头式）
2016-12-12_230402.png
两个转动坐标直接控制空间的旋转（双转台形式）
2016-12-12_230413.png
两个坐标轴在工作台上，但是旋转轴不与直线轴垂直（俯垂型工作台式）
2016-12-12_230431.png
两个转动坐标一个作用在刀具上，一个作用在工件上（一摆一转形式）
*术语：如果旋转轴不与直线轴相垂直，则被认为是一根“俯垂型”轴。
看过这些结构的五轴机床，我相信我们应该明白了五轴机床什么在运动，怎样运动。可是，这么多样化的机床结构，在加工时究竟能展现出哪些特点呢？与传统的三轴机床相比，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。
2016-12-12_231107.png
5轴机床的特点
说起五轴机床的特点，就要和传统的三轴设备来比较。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。常见的加工方法有立铣刀端刃加工、侧刃加工。球头刀的仿形加工等等。但无论哪种形式和方法都有着一个共同的特点，就是在加工过程中刀轴方向始终保持不变，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。所以，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，五联动数控机床有以下优点：
1. 保持刀具最佳切削状态，改善切削条件
2016-12-12_231211.png
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。而如果我们要完整加工一个不规则平面，就必须将工作台以不同方向旋转多次。可以看见，五轴机床还可以避免球头铣刀中心点线速度为0的情况，获得更好的表面质量。
2. 有效避免刀具干涉
2016-12-12_231238.png
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要求。而五轴机床就可以满足。同时五轴机床还可以使用更短的刀具进行加工，提升系统刚性，减少刀具的数量，避免了专用刀具的产生。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，一次装夹完成五面加工
2016-12-12_231302.png
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，加工精度更容易得到保证。同时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，来完成更高效更高质量的加工！
4. 提高加工质量和效率
2016-12-12_231317.png
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，它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显。
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，精度要求也很高，因此具备高柔性、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解决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。
等等…
综上所述，五轴机床实在是有太多太多优点，但是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！同时，我们说到五轴机床，就不得不说真假五轴的问题，我们都知道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如何应用？下面我们就结合机床结构和编程后处理来具体了解一下RTCP，了解他的真正面目。
RTCP，在数控GNC61高档五轴数控系统里，认为RTCP即是Rotated Tool Center Point，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合，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功能是用在双摆头结构上，是应用摆头旋转中心点来进行补偿。而类似于RPCP功能主要是应用在双转台形式的机床上，补偿的是由于工件旋转所造成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。所以为了表述方便，本文统一此类技术为RTCP技术。
那么RTCP功能是怎么产生的呢？多年以前，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，更多人是对其技术本身的热衷和炒作。其实RTCP功能正好相反，它不光是一项好技术，更是一项能为客户带来效益和创造价值的好技术。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，机床自动补偿偏移，大大减少辅助时间，同时提高加工精度。同时后处理制作简单，只要输出刀尖点坐标和矢量就行了。像我们之前说的那样，在机械结构上，五轴数控机床主要有双摆头、双转台、一摆一转等结构。下文我们将以双转台五轴机床，数控GNC61高档五轴数控系统为例，详细介绍一下RTCP功能。
2016-12-12_231537.png
在五轴机床中定义第四轴和第五轴的概念:在双回转工作台结构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。
2016-12-12_231557.png
好了，看完定义说明我们来解释一下。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，因为C轴安装在A轴上，所以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，如果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，产生一个相对的位移。而为了消除这一段位移，势必机床要对其进行补偿，RTCP就是为了消除这个补偿而产生的功能。
那么机床如何对这段偏移进行补偿呢？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，我们都知道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。对于双转台结构机床，C轴也就是第5轴的控制点通常在机床工作台面的回转中心。而第4轴通常选择第四轴轴线的中点作为控制点。
2016-12-12_231609.png
2016-12-12_231616.png
数控系统为了实现五轴控制，需要知道第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]。同时还需要知道A、C轴轴线之间的距离。对于双转台机床，举例如下图所示。
2016-12-12_231630.png
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始终在被编程的位置上。在这种情况下，编程是独立的，是与机床运动无关的编程。当您在机床上使用编程时，不用担心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。余下的工作控制系统将为您完成。举个例子：
2016-12-12_231657.png
如上图，不带G203 RTCP功能关的情况下，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。
2016-12-12_231708.png
如上图，带G203 RTCP功能开的情况下，控制系统只改变刀具方向，刀尖位置仍保持不变。X，Y，Z轴上必要的补偿运动已被自动计算进去。
G203是数控系统里RTCP开启指令，通常已经在CAM系统的CNC程序中被调用。而CNC程序中仅包含了所要趋近的X／Y／Z点，和描述刀具方向的方向矢量A，B，C。换句话说，CNC程序仅包含几何和刀具方向数据。
而对于不具备RTCP的五轴机床和数控系统是怎么解决直线轴坐标偏移这个问题呢？我们知道现在国内很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是否联动，要知道假五轴也可以做五轴联动。假五轴的区别主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，必须依靠CAM编程和后处理技术，事先规划好刀路。同样一个零件，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。即使是做分度加工，假五轴也麻烦很多。而真五轴只需要设置一个坐标系，只需要一次对刀，就可以完成加工。下图以NX后处理编辑器设置为例，说明假五轴的坐标变换。
2016-12-12_232154.png
如上图，假五轴是依靠后处理技术，将机床第四轴和第五轴中心位置关系表明，来补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，更是包含了X、Y、Z轴上必要的补偿。这样处理的结果不仅会导致加工精度不足，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。同时由于每台机床的回转参数不同，都要有对应的后处理文件，对于生产也会造成极大的不便。再者假五轴其生成程序无法改动，实现手工五轴编程基本没有可能。同时因为没有RTCP功能，其衍生的众多五轴高级功能都无法使用，比如五轴刀补功能等。其实对于五轴机床来说，它只是我们为了实现加工结果的工具，并无真假之分。重要的是我们的工艺决定了选用什么方式加工，相对而言，真五轴机床性价比更高。而对于数控GNC61数控系统，不但具有RTCP功能，同时还支持3D刀补、C样条插补、NURBS样条插补、大圆弧插补、圆锥插补等诸多高端插补功能，从而实现了更高效简洁、高质量的加工。
2016-12-12_232204.png
五轴机床加工S型试件
2016-12-12_232213.png
机床加工钛合金叶轮
E. 如何计算五轴旋转中心的零点
如果你的系统够好，上述两种方法都可以不用。让系统自己来算。
F. 立式五轴加工中心和卧式5轴加工中心的回转轴有哪几种方式
一种是工作台回转轴。
设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力 矩。
另一种是依靠立式主轴头的回转。
主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。
G. 矢量编程简化五轴联动加工中心加工工艺
由于这一车间最大的五轴加工中心上的CNC系统采用矢量坐标作为程序输入，而不是采用传统的G代码，因此复杂工件可以轻易地从一台机床转移到另一台机床上进行加工。
Desemco公司(位于乔治亚州Marietta市)作为航空航天工业中非常优秀的一个五轴加工车间，它可承担从设计到最终生产的全部加工项目。这家由15人组成的公司以其具有竞争力的价格、一流的生产质量和优异的按时交货纪录，赢得了附近一家航空航天制造商和其他航空航天及国防承包商的加工业务。
Desemco公司的专长是从事航空航天工业复杂工件的高精度加工，这些工件由镍铁合金一类的航空级铝合金、钛合金和高强度合金材料制成。其加工的典型工件包括纵梁、舱壁、叶轮和窗户垫圈的模具。
对于加工这么多类型的零件而言，采用具有五轴加工能力的机床是必不可少的。某些几何形状，例如像复杂的轮廓和底部切槽，简直是无法加工生产的，除非刀具或工件可以与其他3根直线运动轴同时协调地联动旋转运行。在其他情况下，如无法接近零件的5个加工面，那么工件必将需要进行多次的调试设置，因而会影响机床的生产时间，甚至危及加工精度。
出于这个原因，Desemco公司已投入巨资购置五轴加工中心。其中体积最大和加工能力最强的是两台来自OKK公司的机床：KCV1000和VP600。KCV1000型机床通常配有一个很长的工作台和行程可以延伸到的137in(1in=25.4mm)的X轴。这台机床具有加工专门为飞机设计的较长和较大工件的能力。购置这台机床是一个重要的市场战略性决定，因为极少的加工车间需要这样大尺寸的机床，其超长的X轴，也使得Desemco公司能够在工作台的不同区段上设置几个较小的工作区。机床的这种灵活性为作业调度和生产计划提供了极大的战术价值。该机床属于“刀具旋转”类机型。旋转轴位于主轴加工头内。
图1 配有一特长工作台的五轴加工机床具有很大的灵活性，既可以通过一次性装卡调试加工一个大型零件，
也可在工作台的不同区段上设置加工几个更小的零件
相比之下，VP600型机床属于“工作台旋转”类机型。其旋转轴由一个装有耳轴的旋转工作台组成。除了处理在长工作台机床上开始堆积的较小五轴加工件之外，VP600型机床业还可以锁住其旋转轴，作为一台功能强大的三轴铣床使用。
遗憾的是，购置两台不同配置的五轴机床给预期的灵活性造成了一个障碍。原先适用于在刀具旋转型机床上后处理加工的传统G代码CNC程序，无法在工作台旋转的机床上使用。为了将工件从一台机床上转移到另一台机床上加工，Desemco公司的编程人员将不得不为第二台机床购置适当的后处理器，并将其应用于原先由Mastercam公司提供的五轴编程软件所生成的刀具路径数据。
当Desemco公司找到这家为第一台OKK机床开发后处理器的本地经销商Mastercam公司时，他们提出了一个不同的方法。Mastercam公司认为，该机床的FANUC CNC系统有一款软件，可以使他们直接处理五轴矢量坐标，作为CNC程序的输入。
在概念上，这种“矢量编程”可以避开两个困难。因为由CAM系统生成的矢量坐标(X、Y、Z、I、J及K)将只确定与零件几何形状有关系的刀具运动方向，因此它们属于“中性类机床”。也就是说，需要将这些坐标转变成机床特定运动指令的转换值和计算值还没有得到应用。这使得矢量编程易于携带：一台机床上的输入可以携带或传送到另一台机床上，只需做少量的修改或无需修改。
除了能够解决不兼容的G代码程序问题之外，矢量编程对某些后处理器问题的解决也是非常有效的。有了矢量输入，执行一个零件的程序时，通常由后处理器执行的复杂数学问题，现在可以在CNC系统中进行处理。这意味着后处理器只具有一个应用基本数据格式约定的简单翻译器功能。此外，同样的后处理器，现在可用于任意OKK机床上的程序。任何特定机床的旋转轴指令，例如像基准复位指令，都可由储存在单个控制系统内的宏指令进行处理。
这听起来像一个不错的想法，但要将这个想法实现，需要一个团体的共同努力，这里将涉及到CAM软件经销商、CNC系统供应商、当地的机床经销商和Desemco公司的技术人员。只有通过共同合作，才能够使矢量编程成为一个成功的现实。
Desemco公司的销售主任Grant Salmon先生认为，他的车间是到目前为止的最大的受益者：“当我们将便携式CNC技术向我们最大的航空航天客户演示时，给他们留下了深刻的印象。他们看到了我们的五轴加工具有更大的灵活性和安全性。这给了他们更大的信心，清楚我们有能力处理复杂的工件，并能够按时完成任务。”Salmon先生根据这一增强的五轴加工能力，也看到了其车间业务的发展潜力。Salmon先生表示：“我们还打算购置一台更大的五轴龙门式机床。对于这样的机床来说，具有矢量编程的功能是绝对需要的，只有这样，机床才能适应车间灵活的加工策略。”
图2 OKK KCV1000型机床的旋转轴主轴加工头
追根溯源
Jimmy Wakeford先生是Barefoot CNC公司的总裁，是Mastercam公司的经销商。通过与Watson先生的合作，他确信其编程部门的Mastercam五轴加工软件可设置用于生成相应的矢量坐标，并使后处器具有发送为机床准备程序的能力。他还与Eric Dechant先生和Todd Horton先生密切合作，前者是FANUC FA美国公司地区办事处负责机床生产率程序的地区经理;后者是Phillips公司Jeffreys Manufacturing Solutions分公司的亚特兰大地区销售工程师，该公司是该地区负责OKK系列产品的机床经销商。他们一起解决有关某些机床参数可变设定值的各种细节问题和每台机床上FANUC CNC系统所固有的运动极限问题。
2012年1月，Desemco公司将矢量编程完全融入到其操作之中。五轴加工机床操作员将已完成的CNC程序，从该车间网络的文件服务器上下载到矢量格式之中，现在这种做法已成他们的常规工作。一个程序需要在车间编辑的情况非常罕见，他可以改变代码，重新运行一个零件，然后将改变的程序返回给服务器。由于同样的程序可以在任何一台OKK机床上使用，将工件从一台机床转移到另一台机床，无需编程部门的帮助。
CNC系统中的应用技术
Dechant先生说，矢量编程的主要应用技术在于CNC系统。早在2000年的时候，FANUC公司就开始提供了支持某种格式的矢量编程。他解释说，随着越来越多的厂商采用五轴加工技术，制造商开始引进新的机床设计与不同的主轴配置，人们对矢量编程的兴趣也越来越大。最初，当FANUC公司推广这一系列控制系统(FANUC系列30i/31i/32i-Model A CNC系统)时，将重点放在由该公司开发的先进功能上，以提高五轴加工的生产效率。矢量编程选项补充了其他的CNC功能，例如像自动工具中心点(TCP)的控制、刀具位置的控制(TPC)以及TCP的极微量调节和高速稳定性。所有这些功能都应用复杂的软件程序来调节刀具的位置和方向，以达到更加顺畅和更快的加工效果。
在准备零件的五轴加工程序时，通过将通常为后处理器保留的转换值和计算值合并在一起，矢量编程就可以更进一步。通常情况下，五轴CAM软件可生成两组相应的几何坐标。X、Y和Z代表了3D空间中一系列的密集点，它几乎接近刀尖与工件表面之间的整个行程。而I、J和K坐标则代表在给定长度上的刀具另一端行程。X、Y、Z和I、J、K坐标一起构成了确定刀具位置和方向的矢量值。
在过去，后处理器的工作是从CAM系统(通常是CL数据或类似的格式)中获取数据，然后将其转换成可以在某一特定机床上使用的代码。除了特定机床上的刀具长度、直径、枢轴长度、零件位置和任何机械误差之外，该后处理器还将处理线性轴和旋转轴位置所需的所有计算值。程序是为“特定机床”设计的，这些变量中的任何变化需要返回到编程部门重新做起。
有了今天的CNC系统的先进功能，这种情况将不会再次发生。矢量编程将后处理器的某些关键功能转移到了CNC系统。这使得来自CAM系统的X、Y、Z坐标和I、J、K坐标能够作为一个CNC的数控程序输入方式进行输入。因为该输入基于零件几何形状的基础之上，而不是机床的几何形状，因而仍然保留着其便携性特点。
还必须了解的是，矢量编程在FANUC 300iS-A控制系统上以及在OKK机床的310iS-A5控制系统上是非常有效的，因为它集中了有关刀具的控制功能。Dechant先生说：“它们作为一个工具包一起工作，以提高五轴加工的生产成果。”
众多的优点
Salmon先生说，矢量编程对Desemco公司产生了众多的战术和战略价值。反过来说，该车间的成功，对参与该项目的供应商也产生了一个积极的涟漪效应。
提供一个相对比较简单的后处理器，针对OKK五轴机床中的其中一台机床，用FANUC控制系统准备CNC程序。还希望相同的后处理器能够用于配有该车间可能购置类似控制系统的其他五轴加工机床上。这个后处理器的更新，将确保所有目前的五轴编程与最新技术保持与时俱进。采用流水线作业排除故障，后处理时间大大缩短。这有利于编程部门节约更多的时间，以便在CNC发放给车间使用前，进行彻底的验证和优化。Salmon先生说，这一点是非常重要的，因为Desemco公司已成为 CGTech公司Vericut模拟和优化软件的一个广泛用户。
因为比较简单的后处理器可以进行彻底的测试和调试，并可获得一致性更好和更有预见性的加工效果，质量问题大大减少。同样，在CNC中执行的后处理器功能是不会变化的。一旦将最优值和最佳设置值输入到机床以后，其后处理的结果将始终是相同的。Salmon先生报告说，这对改善加工时间的作用虽然微不足道，但却具有实质性意义，由于程序的优化，这将有利于超越和加速加工周期时间。
Salmon先生确信，由于采用矢量编程，五轴的运动越流畅就越能提高表面质量，但他也承认，这一点还未能予以验证。矢量编程是采用一个市场的微分器进行区别的，Desemco公司已成为该项技术的领头羊。客户的信心在不断增加，因为该车间承担的工作任务并不是依赖任何一个主轴的实用性。该车间对安装一台更大型化五轴龙门铣床的计划具有更大的信心，因为后处理器发生延误或困难的情况似乎是不可能的。作为一种生产资源，这台机床的灵活性将得到保证。
H. 五轴加工中心的旋转角度是多少
五轴加工中心一般分为五轴立式加工中心和五轴卧式加工中心~五轴立式加工中心这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面~另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。