什么是五軸機床

什么是五軸機床伴隨國內(nèi)數(shù)控技術(shù)的日漸成熟，近年來五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心在各領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，每當(dāng)人們遇見異形復(fù)雜零件高效、高質(zhì)量加工難題時，五軸聯(lián)動技術(shù)無疑是處理此類問題的重要手段。近幾年伴隨我國航空航天、軍事工業(yè)、汽車零部件和模具制造行業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的廠家傾向于尋找五軸設(shè)備來滿足高效率、高質(zhì)量的加工。不過，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床。五軸機床（5AxisMachining），顧名思義，是指在X、Y、Z，三根常見的直線軸上加上兩根旋轉(zhuǎn)軸。A、B、C三軸中的兩個旋轉(zhuǎn)軸具有不一樣的運動方式，以滿足各類產(chǎn)品的技術(shù)需求。而在5軸加工中心的機械設(shè)計上，機床制造商一直堅持不懈地致力于開發(fā)出新的運動模式，以滿足多種規(guī)定。綜合目前市場上各類五軸機床，雖然其機械構(gòu)造形式多種多樣，不過重要有如下幾種形式：兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)直接控制刀具軸線的方向（雙擺頭形式）兩個坐標(biāo)軸在刀具頂端，不過旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直（俯垂型擺頭式）兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)直接控制空間的旋轉(zhuǎn)（雙轉(zhuǎn)臺形式）兩個坐標(biāo)軸在工作臺上，不過旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直（俯垂型工作臺式）兩個轉(zhuǎn)動坐標(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：假如旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸相垂直，則被認為是一根“俯垂型”軸?？催^這些構(gòu)造的五軸機床，我相信我們應(yīng)當(dāng)明白了五軸機床什么在運動，怎樣運動?？墒?，這樣多樣化的機床構(gòu)造，在加工時究竟能展現(xiàn)出哪些特點呢？與老式的三軸機床相比，又有哪些優(yōu)勢呢？接下來就讓我們來看看五軸機床有哪些發(fā)光點。

5軸機床的特點說起五軸機床的特點，就要和老式的三軸設(shè)備來比較。生產(chǎn)中三軸加工設(shè)備比較常見，有立式、臥式及龍門等幾種形式。常見的加工措施有立銑刀端刃加工、側(cè)刃加工。球頭刀的仿形加工等等。但無論哪種形式和措施均有著一種共同的特點，就是在加工過程中刀軸方向一直保持不變，機床只能通過X、Y、Z三個線性軸的插補來實現(xiàn)刀具在空間直角坐標(biāo)系中的運動。因此，在面對下面這些產(chǎn)品時，三軸機床效率低、加工表面質(zhì)量差甚至無法加工的弊端就暴露出來了。而與三軸數(shù)控加工設(shè)備相比，五聯(lián)動數(shù)控機床有如下長處：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緣移動時，切削狀態(tài)逐漸變差。而要在此處也保持最佳切削狀態(tài)，就需要旋轉(zhuǎn)工作臺。而假如我們要完整加工一種不規(guī)則平面，就必須將工作臺以不一樣方向旋轉(zhuǎn)多次?？梢钥匆?，五軸機床還可以防止球頭銑刀中心點線速度為0的狀況，獲得更好的表面質(zhì)量。2、有效防止刀具干涉如上圖，針對航空航天領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的葉輪、葉片和整體葉盤等零件，三軸設(shè)備由于干涉原因無法滿足工藝規(guī)定。而五軸機床就可以滿足。同步五軸機床還可以使用更短的刀具進行加工，提高系統(tǒng)剛性，減少刀具的數(shù)量，防止了專用刀具的產(chǎn)生。對于我們的企業(yè)老板來說，意味在刀具成本方面，五軸機床將會給您省錢了！3、減少裝夾次數(shù)，一次裝夾完畢五面加工如上圖可以看出五軸加工中心還可以減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，提高加工精度。在實際加工中，只需一次裝夾，加工精度更輕易得到保證。同步五軸加工中心由于過程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量、車間占地面積和設(shè)備維護費用也隨之減少。這意味著您可以用更少的夾具，更少的廠房面積和維護費用，來完畢更高效更高質(zhì)量的加工！4、提高加工質(zhì)量和效率如圖，五軸機床可以采用刀具側(cè)刃切削，加工效率更高。5、縮短生產(chǎn)過程鏈，簡化生產(chǎn)管理五軸數(shù)控機床的完整加工大大縮短了生產(chǎn)過程鏈，可以使生產(chǎn)管理和計劃調(diào)度簡化。工件越復(fù)雜，它相對老式工序分散的生產(chǎn)措施的優(yōu)勢就越明顯。6、縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期對于航空航天、汽車等領(lǐng)域的企業(yè)，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，因此具有高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五軸數(shù)控加工中心可以很好地處理新產(chǎn)品研發(fā)過程中復(fù)雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率。綜上所述，五軸機床實在是有太多太多長處，不過五軸機床刀具姿態(tài)控制，數(shù)控系統(tǒng)，CAM編程和后處理都要比三軸機床復(fù)雜的多！同步，我們說到五軸機床，就不得不說真假五軸的問題，我們都懂得真假五軸最大的區(qū)別在于RTCP功能，然而何謂RTCP，它是怎么產(chǎn)生的又該怎樣應(yīng)用？下面我們就結(jié)合機床構(gòu)造和編程后處理來詳細理解一下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，認為RTCP即是RotatedToolCenterPoint，也就是我們常說的刀尖點跟隨功能。在五軸加工中，追求刀尖點軌跡及刀具與工件間的姿態(tài)時，由于回轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生刀尖點的附加運動。數(shù)控系統(tǒng)控制點往往與刀尖點不重疊，因此數(shù)控系統(tǒng)要自動修正控制點，以保證刀尖點按指令既定軌跡運動。業(yè)內(nèi)也有將此技術(shù)稱為TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其實這些稱呼的功能定義都與RTCP類似，嚴(yán)格意義上來說，RTCP功能是用在雙擺頭構(gòu)造上，是應(yīng)用擺頭旋轉(zhuǎn)中心點來進行賠償。而類似于RPCP功能重要是應(yīng)用在雙轉(zhuǎn)臺形式的機床上，賠償?shù)氖怯捎诠ぜD(zhuǎn)所導(dǎo)致的的直線軸坐標(biāo)的變化。其實這些功能殊途同歸，都是為了保持刀具中心點和刀具與工件表面的實際接觸點不變。所認為了表述以便，本文統(tǒng)一此類技術(shù)為RTCP技術(shù)。那么RTCP功能是怎么產(chǎn)生的呢？數(shù)年此前，在五軸機床剛普及市場的時候，RTCP概念被機床廠家大肆宣傳。彼時RTCP功能更像是為技術(shù)而技術(shù)的噱頭，更多人是對其技術(shù)自身的熱衷和炒作。其實RTCP功能恰好相反，它不光是一項好技術(shù)，更是一項能為客戶帶來效益和發(fā)明價值的好技術(shù)。擁有RTCP技術(shù)的機床（也就是國內(nèi)所說的真五軸機床），操作工不必把工件精確的和轉(zhuǎn)臺軸心線對齊，隨便裝夾，機床自動賠償偏移，大大減少輔助時間，同步提高加工精度。同步后處理制作簡樸，只要輸出刀尖點坐標(biāo)和矢量就行了。像我們之前說的那樣，在機械構(gòu)造上，五軸數(shù)控機床重要有雙擺頭、雙轉(zhuǎn)臺、一擺一轉(zhuǎn)等構(gòu)造。下文我們將以科德雙轉(zhuǎn)臺五軸機床，科德數(shù)控GNC61高檔五軸數(shù)控系統(tǒng)為例，詳細簡介一下RTCP功能?？频聰?shù)控GNC61在五軸機床中定義第四軸和第五軸的概念:在雙回轉(zhuǎn)工作臺構(gòu)造中第四軸的轉(zhuǎn)動影響到第五軸的姿態(tài)，第五軸的轉(zhuǎn)動無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解釋一下。如上圖所示，機床第4軸為A軸，第5軸為C軸。工件擺放在C軸轉(zhuǎn)臺上。當(dāng)?shù)?軸A軸旋轉(zhuǎn)時，由于C軸安裝在A軸上，因此C軸姿態(tài)也會受到影響。同理，對于我們放在轉(zhuǎn)臺上面的工件，假如我們對刀具中心切削編程的話，轉(zhuǎn)動坐標(biāo)的變化勢必會導(dǎo)致直線軸X、Y、Z坐標(biāo)的變化，產(chǎn)生一種相對的位移。而為了消除這一段位移，勢必機床要對其進行賠償，RTCP就是為了消除這個賠償而產(chǎn)生的功能。那么機床怎樣對這段偏移進行賠償呢？接下來我們就來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)的變化導(dǎo)致了直線軸坐標(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。對于雙轉(zhuǎn)臺構(gòu)造機床，C軸也就是第5軸的控制點一般在機床工作臺面的回轉(zhuǎn)中心。而第4軸一般選擇第四軸軸線的中點作為控制點。數(shù)控系統(tǒng)為了實現(xiàn)五軸控制，GNC61需要懂得第5軸控制點與第四軸控制點之間的關(guān)系。即初始狀態(tài)（機床A、C軸0位置），第四軸控制點為原點的第四軸旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，第五軸控制點的位置向量[U,V,W]。同步還需要懂得A、C軸軸線之間的距離。對于雙轉(zhuǎn)臺機床，舉例如下圖所示。講到這里，大家可以看出，對于有RTCP功能的機床，控制系統(tǒng)為保持刀具中心一直在被編程的位置上。在這種狀況下，編程是獨立的，是與機床運動無關(guān)的編程。當(dāng)您在機床上使用GNC61系統(tǒng)編程時，不用緊張機床運動和刀具長度，您所需要考慮的只是刀具和工件之間的相對運動。余下的工作GNC61控制系統(tǒng)將為您完畢。舉個例子：如上圖，不帶G203RTCP功能關(guān)的狀況下，控制系統(tǒng)不考慮刀具長度。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功能開的狀況下，控制系統(tǒng)只變化刀具方向，刀尖位置仍保持不變。X，Y，Z軸上必要的賠償運動已被自動計算進去。G203是科德數(shù)控GNC61系統(tǒng)里RTCP啟動指令，一般已經(jīng)在CAM系統(tǒng)的CNC程序中被調(diào)用。而CNC程序中僅包括了所要趨近的X／Y／Z點，和描述刀具方向的方向矢量A，B，C。換句話說，CNC程序僅包括幾何和刀具方向數(shù)據(jù)。而對于不具有RTCP的五軸機床和數(shù)控系統(tǒng)是怎么處理直線軸坐標(biāo)偏移這個問題呢？我們懂得目前國內(nèi)諸多五軸數(shù)控機床和系統(tǒng)都屬于假五軸，所謂假五軸，其實就是指不帶RTCP功能的機床。真假五軸，既不是看長相也不是看五個軸與否聯(lián)動，要懂得假五軸也可以做五軸聯(lián)動。假五軸的區(qū)別重要在于其沒有真五軸RTCP算法，也就是說假五軸編程需要考慮主軸的擺長及旋轉(zhuǎn)工作臺的位置。這就意味著用假五軸數(shù)控系統(tǒng)和機床編程時，必須依托CAM編程和后處理技術(shù)，事先規(guī)劃好刀路。同樣一種零件，機床換了或者刀具換了，都必須重新進行CAM編程和后處理。并且假五軸機床在裝夾工件時需要保證工件在其工作臺回轉(zhuǎn)中心位置，對操作者來說，這意味著需要大量的裝夾找正時間，且精度得不到保證。雖然是做分度加工，假五軸也麻煩諸多。而真五軸只需要設(shè)置一種坐標(biāo)系，只需要一次對刀，就可以完畢加工。下圖以NX后處理編輯器設(shè)置為例，闡明假五軸的坐標(biāo)變換。如上圖，假五軸是依托后處理技術(shù)，將機床第四軸和第五軸中心位置關(guān)系表明，來賠償旋轉(zhuǎn)軸對直線軸坐標(biāo)的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不僅僅是編程趨近點，更是包括了X、Y、Z軸上必要的賠償。這樣處理的成果不僅會導(dǎo)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。同步由于每臺機床的回轉(zhuǎn)參數(shù)不一樣，都要有對應(yīng)的后處理文獻，對于生產(chǎn)也會導(dǎo)致極大的不便。再者假五軸其生成程序無法改動，實現(xiàn)手工