五轴联动加工中心 五轴联动加工中心？一篇文章带你读懂真正的五轴

随着我国数控技术的发展，五轴数控加工中心近年来在各个领域得到了广泛的应用。在实际应用中，每当人们遇到高效、高质量加工异形复杂零件的问题时，五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。近年来，随着我国航空航天、军工、汽车零部件和模具制造业的蓬勃发展，越来越多的制造商倾向于寻找五轴设备来满足高效优质加工的需求。但是你真的对五轴加工足够了解吗？请跟随边肖的脚步走进五轴加工的世界。

五轴加工

要真正理解五轴加工，首先要做的是理解什么是五轴机床。五轴加工顾名思义就是在三个共同的直轴X、Y、z上增加两个转轴，三个轴A、B、C上的两个转轴有不同的运动方式，以满足各种产品的技术要求。在五轴加工中心的机械设计中，机床制造商总是不懈地努力开发新的运动模式来满足各种要求。根据目前市场上各种类型的五轴机床，虽然其机械结构形式多样，但主要有以下几种形式:

两个旋转坐标直接控制刀具轴的方向

两个坐标轴位于工具的顶部，但旋转轴不垂直于直轴

两个旋转坐标直接控制空之间的旋转

两个坐标轴在工作台上，但旋转轴不垂直于直轴

两个旋转坐标，一个作用在刀具上，另一个作用在工件上

*术语:如果旋转轴不垂直于直轴，则认为是“下垂”轴。

看过这些结构的五轴机床，相信应该明白五轴机床运动的是什么，怎么运动的。但是这样多元化的机床结构在加工过程中能表现出什么特点呢？与传统的三轴机床相比，它有什么优势？接下来我们来看看五轴机床的发光点。

五轴机床的特点

说五轴机床的特点，有必要和传统的三轴机床进行对比。三轴加工设备是生产中常见的设备，包括立式、卧式和龙门式。常见的加工方法有端边加工和侧边加工。仿形球头铣刀等。但无论哪种形式或方法都有一个共同的特点，即加工过程中刀轴的方向保持不变，机床只能通过X、Y、z三个直线轴的插补来实现刀具在空之间直角坐标系内的运动，因此在面对后面的产品时，暴露出效率低、表面质量差甚至无法加工的缺点。

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与三轴数控加工设备相比，五联动数控机床具有以下优点:

1.保持刀具的最佳切削状态，改善切削条件

如上所示，在左图的三轴切削模式中，当刀具移动到工件的顶部或边缘时，切削状态逐渐恶化。为了在这里保持最佳的切割条件，需要旋转工作台。但是，如果我们想完全加工一个不规则的平面，就必须将工作台向不同的方向旋转几次。可见，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.有效避免工具干扰

如上图所示，对于航空空航天领域使用的叶轮、叶片、整体叶轮，三轴设备因干涉无法满足工艺要求。而一台五轴机床就能满足。同时，五轴机床还可以使用较短的刀具进行加工，提高了系统的刚度，减少了刀具数量，避免了特殊刀具的生产。对于我们的企业主来说，意味着五轴机床在刀具成本方面会为你省钱！

3.减少装夹次数，一次装夹完成五面加工

从上图可以看出，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，只需要一次装夹，就可以更容易地保证加工精度。同时，由于工艺链的缩短和设备数量的减少，夹具的数量、车间的占地面积和设备的维护成本也减少了。这意味着您可以使用更少的夹具、更少的车间面积和维护成本来完成更高效、更高质量的加工！

4.提高加工质量和效率

如图，五轴机床可以用刀具的侧边切削，加工效率更高。

5.缩短生产流程链，简化生产管理

五轴数控机床的全加工大大缩短了生产工艺链，简化了生产管理和调度。工件越复杂，相对于工序分散的传统生产方式的优势就越明显。

6.缩短新产品开发周期

对于航空空航天、汽车等领域的企业来说，一些新产品零件和成型模具形状复杂，精度要求高。因此，一个高柔性、高精度、高集成度、加工能力齐全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的加工精度和周期问题，大大缩短研发周期，提高新产品的成功率。

等待...

综上所述，五轴机床有太多的优势，但是五轴机床的刀具姿态控制、数控系统、CAM编程、后处理都比三轴机床复杂得多！同时，当我们谈到五轴机床时，我们不得不谈到五轴的真假问题。我们都知道真假五轴最大的区别在于RTCP函数。然而，什么是RTCP，它是如何产生的，它应该如何应用？让我们结合机床结构和编程后处理具体看看RTCP。

数控GNC61高级五轴数控系统中的RTCP认为RTCP是旋转刀具中心点，也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中，当追求刀尖轨迹和刀具与工件之间的姿态时，由于旋转运动产生了刀尖的附加运动。数控系统的控制点往往与刀尖不重合，所以数控系统要自动修正控制点，保证刀尖按照给定的轨迹运动。业内也有一些机构称这项技术为TCPM、TCPC或RPCP。事实上，这些标题的功能定义都类似于RTCP。严格来说，双摆结构采用RTCP函数，用摆的转动中心点进行补偿。类似RPCP的功能主要应用于双转台机床，补偿工件旋转引起的线性轴坐标变化。其实这些功能都有一个共同的目标，就是保持刀具的中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。因此，为了便于演示，本文将这类技术统一为RTCP技术。

那么RTCP函数是如何产生的呢？多年前，当五轴机床刚刚在市场上普及时，RTCP概念就被机床制造商广泛宣传。当时的RTCP功能更像是为了技术而技术的噱头，更多的人对其技术本身充满热情和炒作。事实上，RTCP函数正好相反。它不仅是一种好的技术，也是一种能给客户带来利益、创造价值的好技术。对于采用RTCP技术的机床，操作人员不需要将工件与转台的轴线精确对准，也不需要随便夹紧。机床自动补偿偏置，大大减少辅助时间，提高加工精度。同时后处理简单，只要输出鼻点的坐标和矢量即可。前面说过，在机械结构上，五轴数控机床主要有双摆头、双转盘、一摆一转等。下面以双转台五轴机床和数控GNC61高级五轴数控系统为例，详细介绍RTCP函数。

五轴机床中定义了第四轴和第五轴的概念:双转台结构中，第四轴的转动影响第五轴的姿态，但第五轴的转动不能影响第四轴的姿态。第五个轴是第四个轴上的旋转坐标。

好了，看完定义，我们来解释一下。如上图所示，机床第四轴为a轴，第五轴为c轴。工件放在c轴转盘上。当第四轴A旋转时，由于C轴安装在A轴上，C轴的姿态也会受到影响。同理，对于放置在转盘上的工件，如果我们对刀具中心的切削进行编程，旋转坐标的改变必然会导致直轴的X、Y、Z坐标的改变，从而产生相对位移。为了消除这种位移，机床必须对其进行补偿，而RTCP就是消除这种补偿的函数。

那么机床如何补偿这种偏移呢？接下来，我们来分析一下这个偏移量是如何产生的。

根据前面所说，我们都知道旋转坐标的变化导致了直线轴坐标的偏差。分析旋转轴的旋转中心尤为重要。对于双转台结构的机床，C轴即第五轴的控制点通常在机床工作台的车削中心。第四轴通常选择第四轴的中点作为控制点。

为了实现五轴控制，数控系统需要知道第五轴控制点和第四轴控制点之间的关系。即第四轴控制点为初始状态原点的第四轴旋转坐标系下的第五轴控制点的位置向量。同时，我们需要知道A轴和c轴之间的距离，对于双转盘机床，如下图所示的例子。

此时，我们可以看到，对于具有RTCP功能的机床，控制系统始终将刀具中心保持在编程位置。在这种情况下，编程是独立的，与机床的运动无关。在机床上使用编程时，不必担心机床运动和刀具长度，只需要考虑刀具和工件之间的相对运动。工作控制系统的其余部分将为您完成。例如:

如上图，没有G203 RTCP函数，控制系统不考虑刀具长度。刀具绕轴的中心旋转。刀头将移出其位置，不再固定。

如上图，G203 RTCP功能开启时，控制系统只改变刀具方向，刀尖位置不变。x、y和z轴上的必要补偿运动已自动计算。

G203是数控系统中的RTCP开放式指令，通常在计算机辅助制造系统的数控程序中调用。数控程序只包含要逼近的X/Y/Z点和描述刀具方向的方向向量A、B、C。换句话说，数控程序只包含几何和刀具方向数据。

没有RTCP如何解决五轴机床和数控系统的直线轴坐标偏移问题？我们知道现在国内很多五轴数控机床和系统都属于伪五轴。所谓假五轴，其实是指没有RTCP函数的机床。真假五轴，既不看外观也不看五轴是否联动，要知道假五轴也可以联动五轴。假五轴的主要区别是没有真正的五轴RTCP算法，也就是说在假五轴编程中需要考虑主轴的摆动长度和转台的位置。这意味着在使用假五轴数控系统和机床编程时，必须依靠CAM编程和后处理技术来提前规划刀具轨迹。对于同一个零件，如果换机床或换刀具，必须重新进行CAM编程和后处理。而且假五轴机床在装夹工件时需要保证工件在其工作台旋转中心的位置，这意味着操作者需要大量的装夹和找正时间，精度无法保证。就算做索引处理，假五轴也是麻烦很多。而真正的五轴只需要设置一个坐标系，只需要设置一次刀具就可以完成加工。下图以NX后处理编辑器设置为例，说明假五轴的坐标转换。

如上图所示，伪五轴依靠后处理技术，显示机床第四轴和第五轴的中心位置关系，从而补偿旋转轴相对于直轴坐标的位移。生成的数控程序x、y、z不仅是编程逼近点，还包含x、y、z轴上的必要补偿。这种加工的结果不仅会导致加工精度不足和效率低下，而且生成的程序不通用，人工成本高。同时，由于每台机床的旋转参数不同，必须有相应的后处理文件，给生产带来很大的不便。再者，假五轴的生成程序无法更改，基本不可能实现手动五轴编程。同时，由于没有RTCP函数，很多源自RTCP的五轴高级函数无法使用，比如五轴刀具补偿函数。其实对于一个五轴机床来说，它只是我们实现加工结果的工具，没有真假之分。重要的是我们的流程决定了处理方法。相对来说，真正的五轴机床性价比更高。至于数控GNC61数控系统，不仅具有RTCP功能，还支持3D刀具补偿、C样条插值、NURBS样条插值、大圆弧插值、圆锥插值等多种高端插值功能。从而实现更高效、简洁、高质量的加工。

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