什么是五軸機(jī)床

什么是五軸機(jī)床隨著國(guó)內(nèi)數(shù)控技術(shù)的日漸成熟，近年來(lái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心在各領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，每當(dāng)人們遇見(jiàn)異形復(fù)雜零件高效、高質(zhì)量加工難題時(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)無(wú)疑是解決這類問(wèn)題的重要手段。近幾年隨著我國(guó)航空航天、軍事工業(yè)、汽車零部件和模具制造行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來(lái)越多的廠家傾向于尋找五軸設(shè)備來(lái)滿足高效率、高質(zhì)量的加工。但是，你真的足夠理解五軸加工嗎？五軸加工想要真正的理解五軸加工，首先我們要做的是要讀懂什么是五軸機(jī)床。五軸機(jī)床（5AxisMachining），顧名思義，是指在X、Y、Z，三根常見(jiàn)的直線軸上加上兩根旋轉(zhuǎn)軸。A、B、C三軸中的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸含有不同的運(yùn)動(dòng)方式，以滿足各類產(chǎn)品的技術(shù)需求。而在5軸加工中心的機(jī)械設(shè)計(jì)上，機(jī)床制造商始終堅(jiān)持不懈地致力于開(kāi)發(fā)出新的運(yùn)動(dòng)模式，以滿足多個(gè)規(guī)定。綜合現(xiàn)在市場(chǎng)上各類五軸機(jī)床，即使其機(jī)械構(gòu)造形式多個(gè)多樣，但是重要有下列幾個(gè)形式：兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)直接控制刀具軸線的方向（雙擺頭形式）兩個(gè)坐標(biāo)軸在刀具頂端，但是旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直（俯垂型擺頭式）兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)直接控制空間的旋轉(zhuǎn)（雙轉(zhuǎn)臺(tái)形式）兩個(gè)坐標(biāo)軸在工作臺(tái)上，但是旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直（俯垂型工作臺(tái)式）兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)一種作用在刀具上，一種作用在工件上（一擺一轉(zhuǎn)形式）術(shù)語(yǔ)：如果旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸相垂直，則被認(rèn)為是一根“俯垂型”軸?？催^(guò)這些構(gòu)造的五軸機(jī)床，我相信我們應(yīng)當(dāng)明白了五軸機(jī)床什么在運(yùn)動(dòng)，如何運(yùn)動(dòng)?？墒?，這樣多樣化的機(jī)床構(gòu)造，在加工時(shí)終究能呈現(xiàn)出哪些特點(diǎn)呢？與傳統(tǒng)的三軸機(jī)床相比，又有哪些優(yōu)勢(shì)呢？接下來(lái)就讓我們來(lái)看看五軸機(jī)床有哪些發(fā)光點(diǎn)。

5軸機(jī)床的特點(diǎn)說(shuō)起五軸機(jī)床的特點(diǎn)，就要和傳統(tǒng)的三軸設(shè)備來(lái)比較。生產(chǎn)中三軸加工設(shè)備比較常見(jiàn)，有立式、臥式及龍門等幾個(gè)形式。常見(jiàn)的加工辦法有立銑刀端刃加工、側(cè)刃加工。球頭刀的仿形加工等等。但無(wú)論哪種形式和辦法都有著一種共同的特點(diǎn)，就是在加工過(guò)程中刀軸方向始終保持不變，機(jī)床只能通過(guò)X、Y、Z三個(gè)線性軸的插補(bǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具在空間直角坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)。因此，在面對(duì)下面這些產(chǎn)品時(shí)，三軸機(jī)床效率低、加工表面質(zhì)量差甚至無(wú)法加工的弊端就暴露出來(lái)了。而與三軸數(shù)控加工設(shè)備相比，五聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床有下列優(yōu)點(diǎn)：1、保持刀具最佳切削狀態(tài)，改善切削條件如上圖，在左圖中三軸切削方式，當(dāng)切削刀具向頂端或工件邊沿移動(dòng)時(shí)，切削狀態(tài)逐步變差。而要在此處也保持最佳切削狀態(tài)，就需要旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。而如果我們要完整加工一種不規(guī)則平面，就必須將工作臺(tái)以不同方向旋轉(zhuǎn)多次。能夠看見(jiàn)，五軸機(jī)床還能夠避免球頭銑刀中心點(diǎn)線速度為0的狀況，獲得更加好的表面質(zhì)量。2、有效避免刀具干涉如上圖，針對(duì)航空航天領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的葉輪、葉片和整體葉盤等零件，三軸設(shè)備由于干涉因素?zé)o法滿足工藝規(guī)定。而五軸機(jī)床就能夠滿足。同時(shí)五軸機(jī)床還能夠使用更短的刀具進(jìn)行加工，提高系統(tǒng)剛性，減少刀具的數(shù)量，避免了專用刀具的產(chǎn)生。對(duì)于我們的公司老板來(lái)說(shuō)，意味在刀具成本方面，五軸機(jī)床將會(huì)給您省錢了！3、減少裝夾次數(shù)，一次裝夾完畢五面加工如上圖能夠看出五軸加工中心還能夠減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，提高加工精度。在實(shí)際加工中，只需一次裝夾，加工精度更容易得到確保。同時(shí)五軸加工中心由于過(guò)程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量、車間占地面積和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也隨之減少。這意味著您能夠用更少的夾具，更少的廠房面積和維護(hù)費(fèi)用，來(lái)完畢更高效更高質(zhì)量的加工！4、提高加工質(zhì)量和效率如圖，五軸機(jī)床能夠采用刀具側(cè)刃切削，加工效率更高。5、縮短生產(chǎn)過(guò)程鏈，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理五軸數(shù)控機(jī)床的完整加工大大縮短了生產(chǎn)過(guò)程鏈，能夠使生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度簡(jiǎn)化。工件越復(fù)雜，它相對(duì)傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)辦法的優(yōu)勢(shì)就越明顯。6、縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期對(duì)于航空航天、汽車等領(lǐng)域的公司，有的新產(chǎn)品零件及成型模具形狀很復(fù)雜，精度規(guī)定也很高，因此含有高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五軸數(shù)控加工中心能夠較好地解決新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中復(fù)雜零件加工的精度和周期問(wèn)題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率?？偠灾遢S機(jī)床實(shí)在是有太多太多優(yōu)點(diǎn)，但是五軸機(jī)床刀具姿態(tài)控制，數(shù)控系統(tǒng)，CAM編程和后解決都要比三軸機(jī)床復(fù)雜的多！同時(shí)，我們說(shuō)到五軸機(jī)床，就不得不說(shuō)真假五軸的問(wèn)題，我們都懂得真假五軸最大的區(qū)別在于RTCP功效，然而何謂RTCP，它是怎么產(chǎn)生的又該如何應(yīng)用？下面我們就結(jié)合機(jī)床構(gòu)造和編程后解決來(lái)具體理解一下RTCP，理解他的真正面目。有關(guān)RTCPRTCP，在科德數(shù)控GNC61高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)里，認(rèn)為RTCP即是RotatedToolCenterPoint，也就是我們常說(shuō)的刀尖點(diǎn)跟隨功效。在五軸加工中，追求刀尖點(diǎn)軌跡及刀具與工件間的姿態(tài)時(shí)，由于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生刀尖點(diǎn)的附加運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)控制點(diǎn)往往與刀尖點(diǎn)不重疊，因此數(shù)控系統(tǒng)要自動(dòng)修正控制點(diǎn)，以確保刀尖點(diǎn)按指令既定軌跡運(yùn)動(dòng)。業(yè)內(nèi)也有將此技術(shù)稱為TCPM、TCPC或者RPCP等功效。其實(shí)這些稱呼的功效定義都與RTCP類似，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，RTCP功效是用在雙擺頭構(gòu)造上，是應(yīng)用擺頭旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)來(lái)進(jìn)行賠償。而類似于RPCP功效重要是應(yīng)用在雙轉(zhuǎn)臺(tái)形式的機(jī)床上，賠償?shù)氖怯捎诠ぜD(zhuǎn)所造成的的直線軸坐標(biāo)的變化。其實(shí)這些功效殊途同歸，都是為了保持刀具中心點(diǎn)和刀具與工件表面的實(shí)際接觸點(diǎn)不變。所覺(jué)得了表述方便，本文統(tǒng)一這類技術(shù)為RTCP技術(shù)。那么RTCP功效是怎么產(chǎn)生的呢？數(shù)年以前，在五軸機(jī)床剛普及市場(chǎng)的時(shí)候，RTCP概念被機(jī)床廠家大肆宣傳。彼時(shí)RTCP功效更像是為技術(shù)而技術(shù)的噱頭，更多人是對(duì)其技術(shù)本身的熱衷和炒作。其實(shí)RTCP功效正好相反，它不光是一項(xiàng)好技術(shù)，更是一項(xiàng)能為客戶帶來(lái)效益和發(fā)明價(jià)值的好技術(shù)。擁有RTCP技術(shù)的機(jī)床（也就是國(guó)內(nèi)所說(shuō)的真五軸機(jī)床），操作工不必把工件精確的和轉(zhuǎn)臺(tái)軸心線對(duì)齊，隨便裝夾，機(jī)床自動(dòng)賠償偏移，大大減少輔助時(shí)間，同時(shí)提高加工精度。同時(shí)后解決制作簡(jiǎn)樸，只要輸出刀尖點(diǎn)坐標(biāo)和矢量就行了。像我們之前說(shuō)的那樣，在機(jī)械構(gòu)造上，五軸數(shù)控機(jī)床重要有雙擺頭、雙轉(zhuǎn)臺(tái)、一擺一轉(zhuǎn)等構(gòu)造。下文我們將以科德雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床，科德數(shù)控GNC61高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)為例，具體介紹一下RTCP功效?？频聰?shù)控GNC61在五軸機(jī)床中定義第四軸和第五軸的概念:在雙回轉(zhuǎn)工作臺(tái)構(gòu)造中第四軸的轉(zhuǎn)動(dòng)影響到第五軸的姿態(tài)，第五軸的轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)法影響第四軸的姿態(tài)。第五軸為在第四軸上的回轉(zhuǎn)坐標(biāo)。關(guān)注金屬加工微信。好了，看完定義闡明我們來(lái)解釋一下。如上圖所示，機(jī)床第4軸為A軸，第5軸為C軸。工件擺放在C軸轉(zhuǎn)臺(tái)上。當(dāng)?shù)?軸A軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于C軸安裝在A軸上，因此C軸姿態(tài)也會(huì)受到影響。同理，對(duì)于我們放在轉(zhuǎn)臺(tái)上面的工件，如果我們對(duì)刀具中心切削編程的話，轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)的變化勢(shì)必會(huì)造成直線軸X、Y、Z坐標(biāo)的變化，產(chǎn)生一種相對(duì)的位移。而為了消除這一段位移，勢(shì)必機(jī)床要對(duì)其進(jìn)行賠償，RTCP就是為了消除這個(gè)賠償而產(chǎn)生的功效。那么機(jī)床如何對(duì)這段偏移進(jìn)行賠償呢？接下來(lái)我們就來(lái)分析一下這段偏移是怎么產(chǎn)生的。根據(jù)前文，我們都懂得是由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的變化造成了直線軸坐標(biāo)的偏移。那么分析旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)中心就顯得尤為重要。對(duì)于雙轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)造機(jī)床，C軸也就是第5軸的控制點(diǎn)普通在機(jī)床工作臺(tái)面的回轉(zhuǎn)中心。而第4軸普通選擇第四軸軸線的中點(diǎn)作為控制點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)五軸控制，GNC61需要懂得第5軸控制點(diǎn)與第四軸控制點(diǎn)之間的關(guān)系。即初始狀態(tài)（機(jī)床A、C軸0位置），第四軸控制點(diǎn)為原點(diǎn)的第四軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，第五軸控制點(diǎn)的位置向量[U,V,W]。同時(shí)還需要懂得A、C軸軸線之間的距離。對(duì)于雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床，舉例以下圖所示。講到這里，大家能夠看出，對(duì)于有RTCP功效的機(jī)床，控制系統(tǒng)為保持刀具中心始終在被編程的位置上。在這種狀況下，編程是獨(dú)立的，是與機(jī)床運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的編程。當(dāng)您在機(jī)床上使用GNC61系統(tǒng)編程時(shí)，不用緊張機(jī)床運(yùn)動(dòng)和刀具長(zhǎng)度，您所需要考慮的只是刀具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。余下的工作GNC61控制系統(tǒng)將為您完畢。舉個(gè)例子：如上圖，不帶G203RTCP功效關(guān)的狀況下，控制系統(tǒng)不考慮刀具長(zhǎng)度。刀具圍繞軸的中心旋轉(zhuǎn)。刀尖將移出其所在位置，并不再固定。如上圖，帶G203RTCP功效開(kāi)的狀況下，控制系統(tǒng)只變化刀具方向，刀尖位置仍保持不變。X，Y，Z軸上必要的賠償運(yùn)動(dòng)已被自動(dòng)計(jì)算進(jìn)去。G203是科德數(shù)控GNC61系統(tǒng)里RTCP啟動(dòng)指令，普通已經(jīng)在CAM系統(tǒng)的CNC程序中被調(diào)用。而CNC程序中僅包含了所要趨近的X／Y／Z點(diǎn)，和描述刀具方向的方向矢量A，B，C。換句話說(shuō)，CNC程序僅包含幾何和刀具方向數(shù)據(jù)。而對(duì)于不含有RTCP的五軸機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)是怎么解決直線軸坐標(biāo)偏移這個(gè)問(wèn)題呢？我們懂得現(xiàn)在國(guó)內(nèi)諸多五軸數(shù)控機(jī)床和系統(tǒng)都屬于假五軸，所謂假五軸，其實(shí)就是指不帶RTCP功效的機(jī)床。真假五軸，既不是看長(zhǎng)相也不是看五個(gè)軸與否聯(lián)動(dòng)，要懂得假五軸也能夠做五軸聯(lián)動(dòng)。假五軸的區(qū)別重要在于其沒(méi)有真五軸RTCP算法，也就是說(shuō)假五軸編程需要考慮主軸的擺長(zhǎng)及旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的位置。這就意味著用假五軸數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床編程時(shí)，必須依靠CAM編程和后解決技術(shù)，事先規(guī)劃好刀路。同樣一種零件，機(jī)床換了或者刀具換了，都必須重新進(jìn)行CAM編程和后解決。并且假五軸機(jī)床在裝夾工件時(shí)需要確保工件在其工作臺(tái)回轉(zhuǎn)中心位置，對(duì)操作者來(lái)說(shuō)，這意味著需要大量的裝夾找正時(shí)間，且精度得不到確保。即使是做分度加工，假五軸也麻煩諸多。而真五軸只需要設(shè)立一種坐標(biāo)系，只需要一次對(duì)刀，就能夠完畢加工。下圖以NX后解決編輯器設(shè)立為例，闡明假五軸的坐標(biāo)變換。如上圖，假五軸是依靠后解決技術(shù)，將機(jī)床第四軸和第五軸中心位置關(guān)系表明，來(lái)賠償旋轉(zhuǎn)軸對(duì)直線軸坐標(biāo)的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不僅僅是編程趨近點(diǎn)，更是包含了X、Y、Z軸上必要的賠償。這樣解決的成果不僅會(huì)造成加工精度局限性，效率低下，所生成的程序不含有通用性，所需人力成本也很高。同時(shí)由于每臺(tái)機(jī)床的回轉(zhuǎn)參數(shù)不同，都要有對(duì)應(yīng)的后解決文獻(xiàn)，對(duì)于生產(chǎn)也會(huì)造成極大的不便。再者假五軸其生成程序無(wú)法改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手工