五軸加工(5 axis machining)，顧名思義，是數(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(xiàn)性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，五軸加工所采用的機(jī)床通常稱(chēng)為五軸機(jī)床或五軸加工中心。可是你真的了解五軸加工嗎？

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(lái)看，對(duì)復(fù)雜曲面采用五軸數(shù)控加工有以下優(yōu)點(diǎn)：

　（1）提高加工質(zhì)量和效率

　（2）擴(kuò)大工藝范圍

　（3）滿(mǎn)足復(fù)合化發(fā)展新方向

說(shuō)到五軸，不得不說(shuō)一說(shuō)真假五軸？真假5軸的區(qū)別主要在于是否有rtcp功能。
rtcp，解釋一下，fidia的rtcp是“rotational tool center point”的縮寫(xiě)，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。
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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chēng)作假五軸。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！

目前五軸數(shù)控機(jī)床的形式：

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(mǎn)足各種要求。綜合目前市場(chǎng)上各類(lèi)五軸機(jī)床，雖然其機(jī)械結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但是主要有以下幾種形式：
1. 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)直接控制刀具軸線(xiàn)的方向（雙擺頭形式）

 

2. 兩個(gè)坐標(biāo)軸在刀具頂端，但是旋轉(zhuǎn)軸不與直線(xiàn)軸垂直（俯垂型擺頭式）


3. 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）

4. 兩個(gè)坐標(biāo)軸在工作臺(tái)上，但是旋轉(zhuǎn)軸不與直線(xiàn)軸垂直（俯垂型工作臺(tái)式）

5. 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)一個(gè)作用在刀具上，一個(gè)作用在工件上（一擺一轉(zhuǎn)形式）


五軸加工的難點(diǎn)：

1. 五軸數(shù)控編程抽象、操作困難：
三軸機(jī)床只有直線(xiàn)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(lèi)型的五軸機(jī)床。數(shù)控編程除了直線(xiàn)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(xiàn)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(hù)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。許多廠家從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)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)，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(jiàn)問(wèn)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(guò)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(wú)法完成刀具半徑補(bǔ)償，因?yàn)閕so文件中沒(méi)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(hù)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(guò)程效率十分低下。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題, 挪威研究人員正在開(kāi)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(wèn)題的最終解決方案，有賴(lài)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(guò)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(guò)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(kāi)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X、y、z、b、c 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(lái)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)膎c 程序。

6. 非線(xiàn)性誤差和奇異性問(wèn)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(wèn)題是非線(xiàn)性誤差。非線(xiàn)性誤差應(yīng)歸屬于編程誤差，可以通過(guò)縮小步距加以控制。在前置計(jì)算階段，編程者無(wú)法得知非線(xiàn)性誤差的大小，只有通過(guò)后置處理器生成機(jī)床程序后，非線(xiàn)性誤差才有可能計(jì)算出來(lái)。刀具軌跡線(xiàn)性化可以解決這個(gè)問(wèn)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(xiàn)性化處理，但通常是在后置處理器中進(jìn)行線(xiàn)性化處理。旋轉(zhuǎn)軸引起的另一個(gè)問(wèn)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(hù)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(lái)對(duì)cad/cam 系統(tǒng)進(jìn)行操作。

8. 購(gòu)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。現(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。