近年來五軸聯動數控加工中心在(zai)各領域得(de)到了越來越廣泛的應(ying)用。在實際應(ying)用中，每當人們碰見異形復(fu)雜(za)零(ling)件高效、高質量加工難(nan)題(ti)時，五軸聯動技術無疑(yi)是解決這類問題(ti)的重要手(shou)段。越來(lai)越多的廠家傾向于尋找五軸設備來(lai)滿(man)足高效率、高質量(liang)的加工。但是(shi)，你真的(de)足(zu)夠了解五軸(zhou)加工(gong)嗎(ma)？
想(xiang)要真(zhen)正的了解(jie)五(wu)軸加(jia)工，首(shou)先我們要讀懂什么(me)是五(wu)軸機床。五軸(zhou)機床(chuang)（5 Axis Machining），顧(gu)名(ming)思義，是指(zhi)在X、Y、Z，三根(gen)常見的直線軸(zhou)上(shang)加上(shang)兩(liang)根(gen)旋轉軸(zhou)。A、B、C三軸中的(de)兩(liang)個旋轉軸具有(you)不同的(de)運(yun)動方式，以滿足(zu)各類(lei)產品的(de)技術需求。
而在(zai)5軸(zhou)加(jia)工中心(xin)的機(ji)械設計(ji)上，機(ji)床制造商始終堅持不懈地致力(li)于開發出新的運動模式，以滿足各種要求。綜合目前市場上各類五軸機床(chuang)，雖然其機械結構形式(shi)多種(zhong)多樣，但(dan)是主要(yao)有以下幾種(zhong)形式(shi)：
1. 兩個轉動坐標直接控制刀(dao)具軸線的方向（雙擺頭形式）。2. 兩(liang)個坐標軸在(zai)刀(dao)具頂端，但是旋轉(zhuan)軸不與(yu)直線軸(zhou)垂(chui)直（俯(fu)垂(chui)型(xing)擺頭式）。3. 兩個轉(zhuan)動坐標直接控制空(kong)間的旋轉(zhuan)（雙轉(zhuan)臺形式）。4. 兩個(ge)坐標軸在工作臺上，但是(shi)旋轉軸不與直線軸垂(chui)直（俯垂(chui)型工作臺(tai)式）。5. 兩(liang)個(ge)(ge)轉動坐標一個(ge)(ge)作用在刀具上，一個作(zuo)用在工件上（一擺一轉形式）。*術(shu)語(yu)：如(ru)果旋轉軸不與直(zhi)線軸相垂(chui)直(zhi)，則被認為是一根(gen)“俯垂(chui)型(xing)”軸。看過這些結構的五軸機(ji)床，我(wo)相(xiang)信我(wo)們(men)應該明白了五軸機(ji)床什(shen)么在運(yun)動，怎樣運(yun)動。可是(shi)，這么多樣化(hua)的機床結構，在加工時究竟(jing)能展(zhan)現(xian)出哪些特點呢(ni)？與傳統(tong)的三軸(zhou)機床(chuang)相(xiang)比，又有哪些優勢呢？接下來(lai)就讓(rang)我們來(lai)看(kan)看(kan)五軸機(ji)床(chuang)有哪(na)些發(fa)光點。02
五軸加工的眾多優點(dian)
說起五(wu)軸機(ji)床的特(te)點，就要和(he)傳統(tong)的三(san)軸設備來(lai)比較。生產中(zhong)三軸(zhou)加工設備比較常見，有立式、臥(wo)式及龍(long)門等幾種(zhong)形式。常見的加(jia)工方法有立銑刀端刃(ren)加(jia)工、側刃(ren)加(jia)工。球(qiu)頭刀(dao)的仿形加(jia)工等(deng)等(deng)。但無論哪種形式和方(fang)(fang)法都(dou)有(you)著一(yi)個共同的特點，就是在加工過(guo)程中刀軸方(fang)(fang)向始終保持不變，機床只能通過(guo)X、Y、Z三個線性(xing)軸的插補來實現刀具在空間直角坐標系中的運動。所以，在面對(dui)下(xia)面這些產品時，三軸機床效率低(di)、加(jia)工表面質量差甚至無法(fa)加(jia)工的弊端(duan)就(jiu)暴露出來了。與三(san)軸數控加工(gong)設備相比，五聯動(dong)數控機(ji)床有以下優點：1. 保持刀具最佳切(qie)削狀(zhuang)態，改善切(qie)削條(tiao)件如上圖，在左圖中三軸切(qie)削(xue)方式，當切(qie)削(xue)刀具向頂端或工件(jian)邊緣(yuan)移動時，切(qie)削(xue)狀態(tai)逐(zhu)漸變差。而要在此處也保持最佳切削狀態，就需要旋轉工作臺。而如果我們要完(wan)整加工一個不規(gui)則平面(mian)，就必須將工作臺(tai)以不同方(fang)向旋(xuan)轉(zhuan)多次。可以(yi)看見，五(wu)軸(zhou)機床還可以(yi)避(bi)免球(qiu)頭銑刀(dao)中心點線速度為0的情況，獲(huo)得(de)更好的表面質量。
2. 有效(xiao)避免(mian)刀具干(gan)涉(she)如上(shang)圖，針對航空航天領域(yu)內(nei)應(ying)用的葉(xie)輪、葉(xie)片(pian)和整體葉(xie)盤等零件，三軸設備由(you)于干涉原因無法滿足工藝要求。而五(wu)軸機(ji)床就可(ke)以滿足。同(tong)時五軸機(ji)床還可以(yi)使用更短的(de)刀具(ju)(ju)進行加工，提升系統(tong)剛性，減少刀具(ju)(ju)的(de)數量，避免了專用刀具(ju)(ju)的(de)產生。對于我(wo)們的企業老板來(lai)說，意味(wei)在刀具(ju)成本(ben)方面，五軸(zhou)機(ji)床將會給您(nin)省錢了！3. 減少裝(zhuang)(zhuang)夾次數，一次裝(zhuang)(zhuang)夾完成五面(mian)加工如上圖可以(yi)(yi)看出五軸加工(gong)中(zhong)心還可以(yi)(yi)減少基準轉(zhuan)換，提高加工(gong)精度。在實際加(jia)工(gong)中，只需(xu)一(yi)次裝夾，加(jia)工(gong)精(jing)度更容易得到保證。同(tong)時五軸加(jia)工中心由(you)于過程鏈的縮短和設(she)備數量的減(jian)少(shao)(shao)，工裝(zhuang)夾(jia)具數量、車間占地(di)面積和設(she)備維護費用也隨(sui)之減(jian)少(shao)(shao)。這意味著您(nin)可以用(yong)更少(shao)的(de)夾具，更少(shao)的(de)廠房面(mian)積和(he)維(wei)護(hu)費用(yong)，來完成(cheng)更高效(xiao)更高質量的(de)加工！如圖(tu)，五軸機床可以(yi)采用(yong)刀具側刃(ren)切削(xue)，加工效率(lv)更高。5. 縮(suo)短生產過(guo)程鏈(lian)，簡化生產管(guan)理(li)五軸數(shu)控機(ji)床的完整加(jia)工(gong)大大縮短了生(sheng)產(chan)過程鏈，可(ke)以(yi)使生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)和計劃調度簡化。工件越(yue)復雜，它相對傳統工序分(fen)散的(de)生產方法(fa)的(de)優勢就(jiu)越(yue)明顯。對(dui)于(yu)航空航天、汽車等(deng)領域的(de)(de)(de)企業，有的(de)(de)(de)新(xin)產品(pin)零(ling)件(jian)及成型模具(ju)(ju)形狀很復雜(za)，精(jing)度(du)要求也很高，因此具(ju)(ju)備(bei)高柔性(xing)、高精(jing)度(du)、高集成性(xing)和(he)完整(zheng)加工能力的(de)(de)(de)五(wu)軸數控加工中心可以很好地解決(jue)新(xin)產品(pin)研發過程中復雜(za)零(ling)件(jian)加工的(de)(de)(de)精(jing)度(du)和(he)周期問題，大(da)大(da)縮短研發周期和(he)提高新(xin)產品(pin)的(de)(de)(de)成功(gong)率。綜上所述(shu)，五軸(zhou)機床(chuang)實在是有太(tai)多太(tai)多優點，但是五軸(zhou)機床(chuang)刀具姿態控(kong)制，數控(kong)系統，CAM編程(cheng)和后處理都(dou)要比三軸(zhou)機床(chuang)復雜的多！同時，我(wo)們說(shuo)到(dao)五軸(zhou)機床，就不得不說(shuo)真假(jia)五軸(zhou)的問(wen)題，我(wo)們都(dou)知道(dao)真假(jia)五軸(zhou)最大的區別在于RTCP功能(neng)，然(ran)而何謂(wei)RTCP，它是(shi)怎么產生的又該如何應用？下(xia)面我們就結合機床(chuang)結構和編程后處理(li)來具體了解一(yi)下(xia)RTCP，了解他的真正面目(mu)。RTCP，在高檔五(wu)軸數控系統里，認為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也(ye)就(jiu)是我(wo)們(men)常說的刀尖點跟隨功能。在五(wu)軸加工中，追求刀尖點軌跡(ji)及(ji)刀具(ju)與工件間(jian)的姿(zi)態時，由于回(hui)轉運動，產生刀尖點的附加運動。數控(kong)系統控(kong)制點往往與刀尖(jian)點不(bu)重合，因此數控(kong)系統要自(zi)動(dong)(dong)修正控(kong)制點，以保(bao)證刀尖(jian)點按指令既定(ding)軌(gui)跡運動(dong)(dong)。業內也有將此技術稱(cheng)為TCPM、TCPC或(huo)者RPCP等功能。其實(shi)這(zhe)些稱呼的功(gong)能定義(yi)都與(yu)RTCP類似，嚴格(ge)意義(yi)上來說，RTCP功(gong)能是用在雙擺(bai)(bai)頭結(jie)構上，是應用擺(bai)(bai)頭旋轉中心(xin)點(dian)來進行(xing)補償(chang)。而類似于RPCP功能主要是(shi)應(ying)用在(zai)雙(shuang)轉(zhuan)臺形式的(de)(de)機床上，補償的(de)(de)是(shi)由于工(gong)件旋轉(zhuan)所造(zao)成的(de)(de)的(de)(de)直線軸坐標的(de)(de)變化。其實這些功(gong)能殊(shu)途同歸(gui)，都是(shi)為了保持刀具中心點(dian)和刀具與工件表面的實際接觸點(dian)不變。所以為(wei)(wei)了表述方便(bian)，本(ben)文統一此類技術為(wei)(wei)RTCP技術。
那么RTCP功能是怎么產生的呢？多年以前，在(zai)五軸(zhou)機床剛(gang)普(pu)及市場的時候(hou)，RTCP概念(nian)被(bei)機床廠家(jia)大肆宣傳(chuan)。彼(bi)時RTCP功能更像是為技(ji)術而技(ji)術的噱(xue)頭(tou)，更多人是對其技(ji)術本身的熱衷(zhong)和炒作。其實RTCP功能正好相反，它不光是一項好技(ji)術，更是一項能為客(ke)戶帶來效益和創造(zao)價(jia)值的(de)好技(ji)術。擁有(you)RTCP技(ji)術的機(ji)床（也(ye)就是國內所說的真五軸機(ji)床），操作工不必(bi)把工件精確的和(he)轉臺軸心(xin)線對齊，隨便裝夾(jia)，機(ji)床自動補償偏移，大大減少輔助時間，同時提高加工精度(du)。同時后處理制(zhi)作簡單(dan)，只要輸出刀尖點坐(zuo)標和(he)矢量就行了。像我們之前說的那樣，在機械結構上，五軸數控(kong)機床主要(yao)有雙(shuang)(shuang)擺(bai)頭、雙(shuang)(shuang)轉臺、一(yi)擺(bai)一(yi)轉等結構。
下文(wen)我們將以雙轉臺高檔五軸數(shu)控系統為例，詳(xiang)細介紹(shao)一(yi)下RTCP功(gong)能。在五軸機(ji)床中定(ding)義(yi)第四軸和第五軸的(de)概念：在雙回轉工作臺結(jie)構中(zhong)第四(si)軸(zhou)的(de)(de)轉動(dong)影響到第五軸(zhou)的(de)(de)姿態，第五軸(zhou)的(de)(de)轉動(dong)無法影響第四(si)軸(zhou)的(de)(de)姿態。第五軸(zhou)(zhou)為在第四(si)軸(zhou)(zhou)上的回轉坐標。好(hao)了(le)，看完定義說明(ming)我們來解釋一下(xia)。如上圖所示(shi)，機床第(di)4軸(zhou)為A軸(zhou)，第(di)5軸(zhou)為C軸(zhou)。工件擺放在C軸轉臺上。當第4軸(zhou)A軸(zhou)旋轉時(shi)，因為C軸(zhou)安裝在(zai)A軸(zhou)上，所以C軸(zhou)姿態也會受(shou)到影響。同(tong)理(li)，對于我們放在轉(zhuan)臺上面的(de)工件，如果我們對刀具中心切削編程的(de)話(hua)，轉(zhuan)動坐(zuo)標的(de)變化勢(shi)必會導致(zhi)直線軸X、Y、Z坐(zuo)標的(de)變化，產生一(yi)個相對的(de)位移(yi)。而為了消除(chu)(chu)這一段位移(yi)，勢必機床要對其進行補(bu)償(chang)(chang)，RTCP就是為了消除(chu)(chu)這個補(bu)償(chang)(chang)而產生的功能。那么機(ji)床如(ru)何對這段偏移(yi)進行補償呢(ni)？接下來我(wo)們就來分析(xi)一下這(zhe)段偏移是(shi)怎么產生的。根據(ju)前文(wen)，我們都知道是由于(yu)旋轉坐(zuo)標的(de)變化(hua)導致了直線(xian)軸坐(zuo)標的(de)偏移(yi)。那么分析旋(xuan)轉軸的旋(xuan)轉中心就顯得尤為重(zhong)要。對于雙轉臺結構機床，C軸也就(jiu)是第(di)5軸的控制點通常(chang)在機床工(gong)作臺面的回轉中心。而第(di)4軸通常選擇第(di)四軸軸線的中點作為控制點。數控系統為(wei)了實現五軸(zhou)控制，需(xu)要知(zhi)道(dao)第(di)5軸(zhou)控制點與第(di)四軸(zhou)控制點之間的關系。即初始狀態（機床A、C軸(zhou)0位置），第四(si)軸(zhou)控(kong)制(zhi)點為原點的(de)第四(si)軸(zhou)旋轉坐標系下(xia)，第五(wu)軸(zhou)控(kong)制(zhi)點的(de)位置向量[U,V,W]。同時還需要知道A、C軸軸線(xian)之(zhi)間的距離。對于雙轉臺機床，舉(ju)例如下圖(tu)所示。講到這(zhe)里(li)，大家(jia)可以看出，對于有RTCP功(gong)能的機床，控制系統為(wei)保持刀(dao)具中心始終在被編程的位(wei)置上。在這種情況下(xia)，編程是(shi)獨立的，是(shi)與機床(chuang)運(yun)動無關的編程。當(dang)您在機(ji)(ji)床上(shang)編程時，不用擔心機(ji)(ji)床運動和刀具長度，您所需(xu)要(yao)考慮(lv)的(de)只是(shi)刀具和工件(jian)之間的(de)相對運動。余下的工作控制系統將(jiang)為您(nin)完成(cheng)。舉(ju)個(ge)例子：如上圖，不帶RTCP功能關的情況下，控制系統不考慮刀具長度。刀具圍繞軸的中(zhong)心旋轉。刀(dao)尖將移出其(qi)所在位置，并不再固定。如上(shang)圖，帶RTCP功(gong)能開的情況下，控制(zhi)系統只改變(bian)(bian)刀具方向，刀尖位置仍保持不變(bian)(bian)。X，Y，Z軸上必要的補償運動(dong)已(yi)被(bei)自動(dong)計算進去。而對于不具備RTCP的五(wu)軸機(ji)床(chuang)和數(shu)控系統是怎么解決直(zhi)線(xian)軸坐標偏移這個問(wen)題(ti)呢？我們知道現在(zai)國內很多五軸(zhou)數控機床和系統都屬于假(jia)五軸(zhou)，所(suo)謂假(jia)五軸(zhou)，其實就(jiu)是指不(bu)帶RTCP功能(neng)的機床。真(zhen)假五軸(zhou)(zhou)，既不(bu)是看長相(xiang)也不(bu)是看五個軸(zhou)(zhou)是否聯動，要知道假五軸(zhou)(zhou)也可(ke)以做五軸(zhou)(zhou)聯動。假五軸(zhou)(zhou)的區(qu)別主要(yao)在于其(qi)沒(mei)有真五軸(zhou)(zhou)RTCP算法(fa)，也就是說假五軸(zhou)(zhou)編程需要(yao)考慮主軸(zhou)(zhou)的擺長及旋轉工作臺的位置。這就意味(wei)著用假五軸數控(kong)系統和機床編程時(shi)，必須(xu)依(yi)靠CAM編程和后處理技(ji)術，事先規(gui)劃好(hao)刀路。同樣一個(ge)零(ling)件(jian)，機床(chuang)換(huan)了或者刀具換(huan)了，都必須重新進行CAM編程和后處理。并且(qie)假五軸機(ji)床在(zai)裝夾工件(jian)時需(xu)要保(bao)證工件(jian)在(zai)其工作(zuo)臺(tai)回轉中心(xin)位置(zhi)，對操作(zuo)者來說(shuo)，這意(yi)味(wei)著需(xu)要大量的裝夾找(zhao)正(zheng)時間，且(qie)精度得不到保(bao)證。即使是做分度加工，假(jia)五軸也(ye)麻煩很(hen)多。而真(zhen)五軸只(zhi)需(xu)(xu)要(yao)設置一個坐標(biao)系，只(zhi)需(xu)(xu)要(yao)一次對刀，就可以完成加工(gong)。下圖(tu)以NX后處理編輯器設置為例，說明(ming)假五軸的坐標變換：如上圖(tu)，假(jia)五(wu)軸(zhou)是依靠后處(chu)理(li)技(ji)術(shu)，將(jiang)機床第四軸(zhou)和第五(wu)軸(zhou)中心位置(zhi)關系表明，來補償旋轉軸(zhou)對直(zhi)線軸(zhou)坐標(biao)的位移。其(qi)生成的CNC程序X、Y、Z不僅(jin)僅(jin)是編程趨近點，更是包含了X、Y、Z軸上必要(yao)的補償。這樣處理(li)的結果不僅會導致加工(gong)精度(du)不足，效率低(di)下，所(suo)生成(cheng)(cheng)的程序不具(ju)有通用性(xing)，所(suo)需人力成(cheng)(cheng)本也很高。同(tong)時由于(yu)每臺機床的回轉參(can)數不同(tong)，都要(yao)有對(dui)應(ying)的后處理文件(jian)，對(dui)于(yu)生(sheng)產也會造成極大的不便(bian)。再(zai)者假(jia)五(wu)軸其生成程(cheng)序無法(fa)改(gai)動(dong)，實現(xian)手工五(wu)軸編程(cheng)基(ji)本沒有可能。同時(shi)因為(wei)沒有RTCP功(gong)能(neng)(neng)，其(qi)衍(yan)生的眾多五軸高級功(gong)能(neng)(neng)都無法(fa)使用，比(bi)如五軸刀(dao)補功(gong)能(neng)(neng)等。其實對于五軸機(ji)床來(lai)說，它只是我們為了實現加工(gong)結果的工(gong)具，并無真假之分。重(zhong)要的(de)是我(wo)們的(de)工(gong)藝(yi)決定了選用什么方(fang)式(shi)加工(gong)，相對(dui)而(er)言(yan)，真(zhen)五軸機床性(xing)價(jia)比(bi)更高(gao)。
