一、五轴联动加工中心的详细解说

五轴联动加工中心分为两类:一类是立式的，另一类是卧式的。

首先谈一下立式五轴联动加工中心是怎样完结精细铝合金零件加工的

这类五轴联动加工中心的反转轴有两种方法，一种是作业台反转轴。设置在床身上的作业台能够盘绕X轴反转，界说为A轴，A轴通常作业范围+30度至-120度。作业台的基地还设有一个反转台，在图示的方位上盘绕Z轴反转，界说为C轴，C轴都是360度反转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在作业台上的工件除了底面以外，其他的五个面都能够由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值通常为0.001度，这样又能够把工件细分红恣意视点，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴完结联动，就可加工出杂乱的空间曲面，当然这需求高级的数控体系、伺服体系以及软件的支撑。这种设置方法的长处是主轴的构造对比简略，主轴刚性十分好，制作本钱对比低。但通常作业台不能规划太大，承重也较小，特别是当A轴反转大于等于90度时，工件切削时会对作业台带来很大的承载力矩。

另一种是依托立式主轴头的反转。主轴前端是一个反回头，能自行盘绕Z轴360度，变成C轴，反回头上还带可盘绕X轴旋转的A轴，通常可达±90度以上，完结上述相同的功用。这种设置方法的长处是主轴加工十分灵敏，作业台也能够规划的十分大，客机巨大的机身、巨大的发起机壳都能够在这类加工基地上加工。这种规划还有一大长处：咱们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具基地线垂直于加工面时，因为球面铣刀的极点线速度为零，极点切出的工件外表质量会很差，选用主轴反转的规划，令主轴相对工件转过一个视点，使球面铣刀避开极点切削，确保有必定的线速度，可进步外表加工质量。这种构造十分受模具高精度曲面加工的期待，这是作业台反转式加工基地难以做到的。为了到达反转的高精度，高级的反转轴还装备了圆光栅尺反应，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的反转构造对比杂乱，制作本钱也较高。

立式五轴联动加工中心的主轴重力向下，轴承高速空作业的径向受力是平等的，反转特性极好，因而可进步转速，通常高速可达1,2000r/min以上，有用的最高转速已到达4,0000转。主轴体系都配有循环冷却设备，循环冷却油带走高速反转发生的热量，通过制冷器降到适宜的温度，再流回主轴体系。X、Y、Z三直线轴也可选用直线光栅尺反应，双向定位精度在微米级以内。因为疾速进给到达40～60m/min以上，X、Y、Z轴的滚珠丝杠大多选用基地式冷却，同主轴体系一样，由通过制冷的循环油流过滚珠丝杠的基地，带走热量。

卧式五轴联动加工中心，它是怎样完结精细铝合金零件加工的呢？

此类加工基地的反转轴也有两种方法，一种是卧式主轴摇摆作为一个反转轴，再加上作业台的一个反转轴，完结五轴联动加工。这种设置方法简洁灵敏，如需求主轴立、卧变换，作业台只需分度定位，即可简略地装备为立、卧变换的三轴加工基地。由主轴立、卧变换合作作业台分度，对工件完结五面体加工，制作本钱下降，又十分有用。也可对作业台设置数控轴，最小分度值0.001度，但不作联动，变成立、卧变换的四轴加工基地，习惯不一样加工需求，报价十分具有竞争力。

另一种为传统的作业台反转轴，设置在床身上的作业台A轴通常作业范围+20度至-100度。作业台的基地也设有一个反转台 B轴，B轴可双向360度反转。这种卧式五轴加工基地的联动特性比第一种方法好，常用于加工大型叶轮的杂乱曲面。反转轴也可装备圆光栅尺反应，分度精度到达几秒，当然这种反转轴构造对比杂乱，报价也贵重。

当前卧式五轴联动加工中心作业台能够做到大于1.25m2，对第一种五轴设置方法没有什么影响。可是第二种五轴设置方法对比艰难，因为1.25m2的作业台做A轴的反转，还要与作业台基地的B轴反转台联动的确勉为其难。卧式加工基地的主轴转速通常在10,000rpm以上，因为卧式设置的主轴在径向有自重力，轴承高速空作业时径向受力不平等，加上还要选用较大的BT50刀柄，通常最高可达20,000rpm。卧式加工基地疾速进给到达30～60m/min以上，主轴电机功率22-40KW以上，刀库容量按需求可从40把增加到160把，加工能力远远超越通常立式加工基地，是重型机械加工的首选。

五轴联动加工中心大多可规划成双作业台交流，当一个作业台在加工区内运转，另一作业台则在加工区外更换工件，为下一个工件的加工做准备，作业台交流的时刻视作业台巨细，从几秒到几十秒即可完结。最新规划的加工基地考虑到构造上要合适构成模块式制作单元(FMC)和柔性生产线(FMS)，模块式制作单元通常至少有两台加工基地和四个交流作业台构成，加工基地全部并排放置，交流作业台在机床前一字形排开，交流作业台多的能够排成两行、乃至双层规划。两头各有一个工位作为上下工件的方位，其他工位上的交流作业台安装着工件等候加工，有一辆小车会依照体系指令，把装着工件的交流作业台送进加工基地，或从加工基地上取出完结加工的交流作业台，送到下一个工位或直接送到下料工位，完结全部加工操作。柔性生产线除了小车、交流作业台以外，还有一致的刀具库，通常会有几百把刀具，在体系中存入刀具的身份编码信息，再通过刀具运送体系送进加工基地，并把用完的刀具取回，柔性生产线通常还需求一台FMS的控制器来指挥运转。

二、数控加工中心五轴联动具体是什么意思

五轴联动加工中心技术是指一个复杂形状的表面需要用5个独立轴共同进行数控插补运动才能获得光顺平滑形面的加工技术。虽然从理论上讲任何复杂表面都可用X、Y、Z三轴坐标来表述，但实际加工刀具并不是一个点，而是有一定尺寸的实体，为了避免对空间扭曲面加工时出现刀具与加工面间的干涉以及保证曲面各点的切削条件的一致性，需要调整刀具轴线与曲面法矢间在两维方向上的夹角。

五轴联动加工中心的轴数是指加工同一表面时所需独立运动的轴的数量，而非指该数控拥有的可控制轴的数量。例如龙门铣床为保证横梁升降的平行性，需要左右两根驱轴W1，W2同步运动，也就是以W1为主动轴，而使W2轴与之保持同步。因此，它们只能作为1根独立运动轴。另外如果复杂雕塑表面具有回转体特征的话，不需要Y轴运动，可以在数控车床或车削中心上实现。

五轴加工中心加工的范围很广泛，可以加工常规三轴无法加工或难以加工的零件，而且五轴加工中心涉及到的行业比较广泛，主要涉及到的行业有航空、航天、军事、科研、高精度医疗设备和高精密模具等国家重视的行业，由此可见，五轴加工中心对国家重视的行业有着举足轻重的影响力。五轴加工中心可以加工各种复杂曲面或者异形零件，比如：涡轮发动机叶片、飞机引擎螺旋桨、船用螺旋桨等这些复杂曲面类和异形类零件。一般购买五轴加工中心的客户都是需要加工比较复杂形状的零件，不会用于加工简单的平面类和简单曲面类零件，使用五轴加工中心加工平面类零件，那可真是大材小用了。

西尔普五轴加工中心FA160

五轴加工中心叶轮产品

三、真正的五轴联动加工中心

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。

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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：

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两个转动坐标直接控制刀具轴线的方向（双摆头形式）

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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）

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两个转动坐标直接控制空间的旋转（双转台形式）

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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）

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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。

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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。

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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

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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

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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

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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

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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。

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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。

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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。

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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。

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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：

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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。

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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。

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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。

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五轴机床加工S型试件

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机床加工钛合金叶轮