第1章UG NX5基本操作及加工基础
UGS（Unigraphics Solutions）是全球发展最快的机械CAX（即CAD、CAE、CAM等的总称）公司之一。它的产品Unigraphics（简称UG）软件是当前世界上最先进和最紧密集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和过程的知识工程的组合。UG软件能够为各种规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给市场；能够使复杂的产品设计与分析简单化；能够有效地降低企业的生产成本并增加企业的市场竞争实力。正是由于该软件的高度集成化和优越的性能，使之成为目前世界上最优秀公司广泛使用的软件，这些公司包括波音飞机、通用汽车、普惠发动机、飞利浦、松下、精工和爱立信等。UG成为日本主要的汽车配件生产商Denso的标准，其占有90%的俄罗斯航空市场和80%的北美发动机市场。美国航天航空界已安装了10000多套UG，在世界各国航天航空界享有极高的地位。UG软件目前也普及到机械、医疗设备和电子等行业，并发挥着越来越显著的作用。
UG NX5是2007年UG公司在UG NX4基础上推出的新一版本的更强大的CAD/CAM/CAE软件。其中界面修改比较多，参数整合较先前的版本都有质的提高。每个弹出窗口更人性化，书写编辑自由度更强。
在UG NX5加工应用环境中，系统在交互式操作界面下提供多种类型的加工方法，可用于各种表面形状零件的粗加工、半精加工和精加工。每个加工类型又包括多种加工模块。在其可视化功能下，用户可以在3D、2D下实现对刀具的运动路径及其真实加工过程的模拟，同时检验工件、刀具、刀柄之间的碰撞、过切等。如果在CAM环境中运行，可以对特定的机床及其控制器进行监控，对机床、工件、刀具、刀柄、工件、夹具、机床的相互碰撞进行检查，防止过切削、欠切削问题的发生。同时可以检查残留材料，并生成刀位文件。
UG NX5不仅提供了默认的加工环境，用户还可以设置自己的加工环境。定制编程环境是指UG/CAM的编程环境在一定程度上可以由用户定制的，可以根据自己的工作需要定制编程环境，排除与自己的工作不相关的功能。这样可以简化编程环境，使编程环境最符合自己的需要，减少过于复杂的编程界面带来的精神压力，有利于提高工作效率。通过在默认加工环境中创建并生成自己的加工环境，在以后的工作中可以继承已有参数，避免重复劳动，提高操作效率。
UG NX5的操作导航器提供用户观察和管理操作、几何、加工方法和刀具之间的关系。
UG NX5的加工模块中几乎都提供驱动方法、走刀方式、刀轴方向和投影矢量，可以根据部件表面轮廓选择最佳的切削路径和切削方法。UG NX5还提供控制点、进刀/退刀、
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避让以及切削等方法来设置加工过程。
本章主要介绍UG NX5的CAM模块。针对铣加工编程的基础知识，让读者对UG CAM 有一个初步的认识。本书面对的主要是3轴以上的加工，尤其是后面章节主要针对多轴加工，因此本章使用很大部分的篇幅对多轴加工基本知识进行描述。
【本章要点】
●UG NX5多轴加工的基本知识
●UG NX5数控加工的基本流程
●程序、刀具、几何体和方法的父节点的创建
●节点和树的数据继承与共享
●程序节点及操作状态标记
●内容查找及过滤
●CAM参数的复制、粘贴、删除
●CAM加工中的基本知识
●CAM的通用功能
1.1 UG NX5多轴加工概述
随着CAD、CAM等技术不断发展和日趋完善，它们在各个领域得到了极其广泛的应用。其中Unigraphics软件是应用这一技术比较成功的软件之一，它起源于美国麦道飞机公司，以CAD/CAM/CAE一体化而著称，目前已广泛应用于航空航天、汽车、通用机械等领域。其CAM模块尤其出色，在同类软件中处于绝对领先地位。该模块提供了一种交互式编程工具，可计算生成精确可靠的刀具加工轨迹，是一个功能强大的计算机辅助制造模块。目前，这一技术已成功应用于模具及零件的制造过程，为企业带来了极高的加工质量及可观的经济效益。
随着机床等基础制造技术的发展，多轴机床在生产制造过程中的使用越来越广泛。尤其是针对某些复杂曲面或者精度非常高的机械产品，加工中心的大面积覆盖将多轴的加工推广得越来越普遍。在国防工业系统中，比较前沿的多轴加工中心一直处在发达国家的技术壁垒的控制下。但是随着我国工业技术的飞速发展，如今中国已经成为全世界举足轻重的制造业大国，具备了对高精、高速、高效的加工技术制造和创新能力。可以推断，中国在多轴加工技术上一定会走在世界的前沿。
现代制造业所面对的经常是具有复杂型腔的高精度模具制造和复杂型面产品的外型加工，其共同特点是以复杂三维型面为结构主体，整体结构紧凑，制造精度要求高，加工成型难度极大。笔者通过近几年对UG软件的应用摸索，针对上述制造过程中普遍存在的技术难点，将传统工艺方案中适用现代数控加工的精华部分溶入UG/ CAM的应用过程，总结出一套适用于各类复杂型面的数控加工编程方法。这就是UG NX5在CAM模块中最诱
第1章UG NX5基本操作及加工基础 3 人的优势。
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1.1.1 多轴加工基本知识
在UG NX5中，多轴加工主要是指可变轴曲面轮廓铣和顺序铣。两者针对的待加工的复杂曲面具有不同点，加工方法类型具有很大的区别。
UG多轴加工主要通过控制刀具轴矢量、投影方向和驱动方法来生成加工轨迹。加工关键就是通过控制刀具轴矢量在空间位置的不断变化，或使刀具轴的矢量与机床原始坐标系构成空间某个角度，利用铣刀的侧刃或底刃切削加工来完成。多轴加工主要用于半精加工或精加工曲面轮廓铣削，其加工区域由选择的表面轮廓组成，并且提供了多种驱动方法和走刀方式。因此多轴加工可以对不同的部件轮廓曲面选择最佳的切削路径和切削方法，进而满足各种复杂型面的加工要求。
1．刀具轴矢量控制方式
刀轴是一个矢量，它的方向从刀尖指向刀柄，可以定义固定的刀轴，相对也能定义可变的刀轴。固定的刀轴和指定的矢量始终保持平行，固定轴曲面铣削的刀轴就是固定的，而可变刀轴在切削加工中会发生变化。
刀具轴的选项如图1-1、图1-2所示，基本概括如下，在后面章节将多次应用。
●点和线刀具轴（Point and Tool Axis）：用远离点、线或朝向点、线的方法定义刀
具轴。
●法向刀具轴（Normal Tool Axis）：保持刀具轴在每一个接触点上总是垂直于零件
几何体、驱动几何体或旋转四轴。
●相对刀具轴（Relation Tool Axis）：保持刀具轴在每一个接触点上总是垂直于零
件几何体、驱动体或旋转四轴，并用于给刀具轴定义引导角和倾角。
●直纹面驱动刀具轴（Swarf Drive Tool Axis）：保持刀具轴平行于驱动几何体（使
用时，驱动几何体引导刀具侧刃，零件几何体引导刀具底部）。
●插补刀具轴（Interpolated Tool Axis）：可以通过在指定的点定义矢量方向来控制
刀具轴。
图1-1 图1-2
2．投影矢量
投影矢量是指用于指定驱动点投影到零件几何上以及零件与刀具接触的一侧。一般情况下，驱动点沿投影矢量方向投影到零件几何上，生成投影点。有时当驱动点重驱动曲面向部件表面投影时，可能会沿着投影矢量的相反方向投影，但无论如何投影，刀具总是能
第1章UG NX5基本操作及加工基础 5
沿投影矢量与部件表面的一侧接触。系统提供了多种指定投影矢量的方法，如刀轴、两点、远离点、远离直线等，而可以选用的投影矢量方法却取决于驱动方式。
投影矢量的下拉菜单选项如图1-3所示，在后面章节将说明。
3．驱动方法
驱动方法用于定义创建刀具路径的驱动点。UG NX5在曲面加工中提供多种类型的驱动方法。其区别于UG NX4.0的还是在于将这些驱动方式的整合，并在操作对话框里出现。其中有些驱动方法允许曲线创建驱动点集，而另外的一些驱动方法则允许在一个区域中创建点阵列，实际就是将驱动方法归纳为边界驱动和区域驱动两大类。驱动方式选择下拉菜单如图1-4所示。
图1-3 图1-4
如果没有创建部件几何体，则系统会直接在驱动几何体上创建刀具路径，否则沿指定投影矢量将驱动点投影到部件表面上以创建刀具路径。
4．可变轴曲面轮廓铣（VARIABLE_CONTOUR）
可变轴曲面轮廓铣是相对固定轴加工而言的，指在加工过程中刀轴的轴线方向是可变的。即可随着加工表面的法线方向不同而相应改变，从而改善加工过程中刀具的受力情况，放宽对加工表面复杂性的限制，使得原来用固定轴曲面加工时为陡峭的表面变成非陡峭表面而一次加工完成。
可变轴曲面轮廓铣的驱动方法包括边界驱动、曲面区域驱动、螺旋线驱动、曲线/点驱动、刀具轨迹驱动和径向切削驱动。这些驱动方式的定义与固定轴曲面铣一致。需要注意的是，可变轴曲面轮廓铣没有区域驱动与清根切削驱动，而UG NX5将经常使用的曲面区域驱动和边界驱动作为主要驱动方式在菜单中显示。读者可以在后面实例章节上感受到这点。这一点相对以前的版本有所不同。
5．顺序铣（SEQUENTIAL_MILL）
顺序铣是利用部件表面控制刀具底部，驱动面控制刀具侧刃，检查面控制刀具停止位置的加工形式。刀具在切削过程中，侧刃沿着驱动面运动且保证底部与部件面相切，直至刀具接触到检查面。该操作适合切削有角度的侧壁，如图1-5所示。
一个顺序铣操作有4种类型子操作组成，分别是：点到点运动、进刀运动、连续轨迹运动和退刀运动。
另外，实体模型的建立是以工作坐标系为基础，而多轴数控加工刀位源文件的生成则是以加工坐标系为基础。加工坐标系的坐标原点位置应便于加工者快速准确对刀，同时方便加工过程中需要进行的尺寸计算。确定加工坐标轴方向时应考虑被加工产品在数控机床
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上的装夹摆放情况，避免打刀。
图1-5
在多轴数控加工时，特别是铣削加工时，为减少接刀痕迹，保证轮廓表面质量，铣刀切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以保证零件曲线平滑过渡。在切离工件时，也应避免在工件轮廓处直接退刀，而应沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。另外，为提高铣削加工质量，精加工时应尽量采用顺铣。
6．可变轴曲面轮廓铣和顺序铣的比较
可变轴曲面轮廓铣与顺序铣都要指定驱动、部件和检查面。总体上来说，驱动几何体引导刀具的侧刃，部件几何体引导刀具的底部，检查几何体阻止刀具的运动。在可变轴曲面轮廓铣与顺序铣中，指定部件和检查几何体非常类似。
●部件几何体
可变轴曲面轮廓铣并不总是需要指定部件几何体的。如果不指定，那么驱动几何体就是部件几何体。而顺序铣需要指定部件几何体，默认选择是前一个部件几何体。
●驱动几何体
在可变轴曲面轮廓铣中的驱动几何体用来生成投影刀部件几何体上的驱动点。可变轴曲面轮廓铣可以使用不包容在模型中的几何体。这种“外部”的几何体根据选择的驱动方法不同，可以是点、曲线、边界等。
顺序铣中的驱动几何体用来控制刀具的侧刃，而不需要生成投影驱动点。通常，选择部件模型的侧壁作为驱动几何体，使得当刀具在部件上切削时，刀具侧刃与部件侧壁保持接触。
●检查几何体
可变轴曲面轮廓铣不需要检查几何体。如果指定了检查几何体，则其一般是用来阻止碰撞和过切的。
顺序铣需要选择检查几何体。检查几何体是用来指定刀具下一步子操作的起始位置，并且也能阻止碰撞和过切。
其实选择可变轴曲面轮廓铣还是顺序铣的两种方法，比较关键是哪种方式能够生成最佳刀轨。这依赖于部件的模型，判断部件模型是否具有只能使用可变轴曲面轮廓铣或者顺序铣的特征。如果两种都可以考虑，就得根据两者相互比较下的长处来最后决定使用哪种
第1章UG NX5基本操作及加工基础7 加工方法得出比较完美的刀具路径，最终加工出符合要求的零件，如表1-1所示。
表1-1
1.1.2 多轴加工的能力和特点
目前3轴数控加工机床还是工业界的主流，然而面对的精密机械加工，多轴加工将成为日后发展的趋势。
近年来，多轴加工已受到航天工业、汽车业、轮胎模具业、及其他模具业等的重视。国内外对多轴加工技术的需求越来越大，国内有许多基础制造企业正努力把多轴机床的研制作为日后的发展目标。为了使国内的制造工业界更具有竞争力以及国防的需要，多轴机床乃至多轴加工技术的本土化都是大势所趋。当然，一个完善的多轴加工体系的建立，除了在硬件设备上要求更精密之外，更需要搭配良好的刀具路径规划和优秀的多轴加工作业人员的培养，才能真正发挥多轴加工的优点。
以往传统的3轴加工机床只有正交的X、Y、Z轴，则刀具只能沿着此3轴做线性平移，使加工工件的几何形状有所限制。因此，必须增加机床的轴数来获得加工的自由度，即A、B和C轴3个旋转轴。但是一般情况下只需两个旋转轴便能加工出复杂的型面。
多轴加工的主要优点是加工整体复杂工件时，只要对工件进行一次夹持定位。另一个好处在于可使用较短刀具，以确保切削精度。过去在模具界乃至其他中端的行业都甚少使用多轴加工，问题主要是多轴加工中心的价格昂贵及NC程序的制作困难。UG多轴加工模块便能很好地解决NC代码生成困难的问题。在UG/CAM的后处理中，能够直接生成加工中心能够识别的文件，然后通过信息交互实现多轴加工代码的传输。
增加机床的轴数来获得加工的自由度，最典型的就是增加两个旋转轴，成为5轴加工机床（增加一个轴便是四轴加工中心，这里针对五轴的来说明多轴加工的能力和特点）。5轴加工机床在X、Y、Z正交的三轴驱动系统内，另外加装倾斜的和旋转的双轴旋转系统，在其中的X、Y、Z轴决定刀具的位置，两个旋转轴决定刀具的方向。
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将它分为三大类：
●两个旋转轴都在主轴头的刀具侧，称为主轴倾斜类型，如图1-6所示。
图1-6
●两个旋转轴都在工作物侧，称为工作台倾斜类型，如图1-7所示。
图1-7
●一个旋转轴在主轴头的刀具侧，另一个旋转轴在工作侧，称为主轴/工作台倾斜类
型，如图1-8所示。
图1-8
通过上述轴数的改变，使多轴加工几乎无所不能。无论多复杂的曲面，只要在机床精度足够、机床刚度够强等一系列机床参数前提下，都能加工出来。而且出来的最终成品，质上有飞跃的提高，总体效率超乎寻常。
第1章UG NX5基本操作及加工基础9
多轴加工的特点：
●加工多个斜角、倒勾时，利用旋转轴直接旋转工件，可降低夹具的数量，并可以
省去校正的时间，如图1-9所示。
●利用五轴加工方式及刀轴角度的变化，并避免静电摩擦，以延长刀具寿命，如
图1-10所示。
静电摩擦
图1-9 图1-10
●使用侧刃切销，减少加工道次，获得最佳质量、提升加工效能，如图1-11所示。
●当倾斜角很大时，可降低工件的变形量，如图1-12所示。
图1-11 图1-12
●减少使用各类成型刀，通常以一般的刀具完成加工。
通常在进行多轴曲面铣削规划时，以几何加工方面误差来说，路径间距、刀具进给量和过切等三大主要影响因素。
在参数化加工程序中，通常是凭借刀具接触点的数据，来决定刀具位置及刀轴方向，而曲面上刀具接触数据点最好可以在加工的允许误差范围内随曲面曲率做动态调整，也就是路径间距和刀具进给量可以随着曲面的平坦或是陡峭来做不同疏密程度的调整。这些都能在UG多轴加工中充分体现。
实践证明，UG/CAM的高端技术可以为产品复杂三维型面的数控加工带来极高的加工效率、加工质量，并给企业带来可观的经济效益。将先进的VARIABLE_CONTOUR（可变轴曲面轮廓铣）和SEQUENTIAL_MILL（顺序铣）等加工模块应用于数控加工中，让这先进的制造技术为企业的产品开发制造及各类加工中心（包括三轴、四轴、五轴加工中心）的高效利用发挥巨大作用，创造出更大的经济效益。
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10 1.1.3 UG NX5操作导航工具栏基本内容——节点与“树”关系
UG NX5操作导航器是让用户管理当前部件的操作及操作参数的一个树形界面，用于说明部件的组和操作之间的关系。处于从属关系的组或者操作将可以继
承上一级组的参数。操作导航器中以图示的方式表示操作与组之间的关
系。在操作导航器中可以对操作或组进行复制、剪切、粘贴、删除等操
作，用户也可以使用相应的快捷菜单命令或工具栏上的图标命令进行编
辑。如图1-13所示，可以在这个菜单中更改当前视图。根据需要，可以
分别得到【程序顺序视图】、【机床视图】、【几何视图】和【加工方法视图】。
操作导航器是各加工模块的入口位置，是用户进行交互变换操作的图形界面。进入加工环境后，将鼠标停留在界面左边第三个属性按钮使得操作导航器上显示操作导航视图。它以树形结构显示程序顺序视图、机床视图（刀具视图）、几何视图和加工方法视图，以及父子的从属关系。当鼠标离开操作导航器视图，它将自动关闭，除非要特意将其固定。
单击导航器中各节点前的展开号（+）或折叠号（-），可以展开或关闭各节点包含的对象。根据操作和组在操作导航器工具中相对位置的不同，一个组中的参数可以向另一组或操作中传递，同时也可以包含它的高一级组中的继承参数，高一级的组称为父组。在操作导航器工具中，组和操作的位置可通过剪切与粘贴以及直接拖动来改变。当一个组或操作被粘贴到某个组中时，则参数继承关系也随之发生变化，会继承新组中的所有参数。该组下的所有操作将会受到影响，需要重新生成。
1．程序顺序视图 程序顺序视图，该视图按照刀具路径的执行顺序列出当前部件中的所有操作，显示每个操作所属的程序组和每个操作在机床上执行的顺序，各操作的排列顺序确定了后置处理的顺序和生成刀具位置源文件的顺序。如图1-14所示，SJ06234A00是父节点，下面有A0001、A0002、A0003等一系列的继承节点。在节点下面又分布很多的操作，当需要改变从属关系就可以通过复制、剪切、内部粘贴等方法。
图
1-14
图1-13
第1章UG NX5基本操作及加工基础11
总的输出规则是：如果通过选取程序节点输出，每次只能选择一个程序节点；如果通过直接选择操作输出，只能选取同一程序节点下的连续排列的操作，且一旦输出这些操作，系统即会自动为这些操作创建一个程序节点；如果通过选取程序节点输出，而这个程序节点下有程序子节点，同层次程序节点是先输出上面节点中的操作，后输出下面节点中的操作，不同层次的顺序节点是先输出父节点中的操作，后输出子节点中的操作；同一节点中操作的输出顺序是先输出上面的操作后输出下面的操作。
在程序顺序视图中，每个操作名称后面显示该操作的相关信息：
●换刀：显示该操作相对以前操作是否更换刀具，如果换则显示一个刀具样的图标。
●路径：显示该对应操作的刀具路径是否已经生成，如果是，将显示一个对勾。
●刀具：显示该操作使用的刀具，一般使用直径加底圆半径作为名称。
●刀具号：在加工中心中如果刀具已经编号则使用对应的刀具号，一般可以按顺序
排号。如果不定义则为空。
●时间：指对应操作的加工时间。
●几何体：显示该操作所使用的几何体。
●方法：显示加工的方法。包括精加工、粗加工和普通的加工方法。
2．机床视图
机床视图是使用刀具来组织各个操作的。其中列出了当前部件中存在的各种刀具，以及对应的操作名称，如图1-15所示，并且在机床视图中列出与当前刀具相关的描述信息。
图1-15
刀具节点及其下面的操作都可以通过剪切和粘贴等来改变其在“树”中的位置。改变刀具的位置没有实际意义，仅仅是让同类刀具排在一起便于查看。一个操作只能对应一把刀具，因此将一个操作从一把刀具下移到另一把刀具下实际上就是改变了操作所使用的刀具。改变同一把刀具下的操作的排序没有实际意义。
●描述：显示该操作对应的描述，可以是刀具类型、加工方法等。
●顺序组：显示该操作对应的加工顺序——程序顺序号，因为一把刀不一定是连贯
使用的，用户可以在任何情况下调用这把刀。
3．几何视图
几何视图列出当前部件中存在的几何组和坐标系，以及使用这些几何组和坐标系的
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操作名称。如图1-16所示，列出与当前几何相关的描述信息。
图1-16
加工几何节点以树状结构按层次组织起来，构成父子节点关系。每一个程序节点之上可以有父节点，其下可以有子节点也可以有操作。如图1-16的父节点MCS_MILL下面有WORKPIECE，而WORKPIECE下面有操作。每一个几何节点继承其父节点的数据，所以每一个几何节点继承其所有父节点的数据。位于同一个几何节点下的所有操作共享其父节点的几何数据。
每一个几何节点用一个独有的名称和特定图符标识，这些图符表示特定的几何类型。
几何节点及其下面的操作都可以通过剪切和粘贴来改变了它所拥有的加工几何参数。
必须知道在4种节点数据中，唯有加工几何数据既可以定义成位于操作导航工具中的共享数据，也可以在每一个特定的操作中个别定义。对于操作而言，一旦使用了共享几何数据，就不能够在操作中个别定义几何数据。
4．加工方法视图
加工方法视图，是列出当前部件中存在的加工方法，如粗加工、半精加工和精加工等，以及使用这些加工方法的操作的名称。如图1-17所示，并列出相应的操作的描述。
图1-17
每一个加工方法节点用一个独有的名称标识。
加工方法不是生成刀轨必须使用的参数，只有为了自动计算切削进给量和主轴转速才有必要指定加工方法。系统可以根据刀具参数、刀具材料、被加工工件材料、加工方法共同决定切削进给量和主轴转速。
加工方法节点以树状结构按层次组织起来，构成父子节点关系。每一个加工方法节点之上可以有父节点，其下可以有子节点，也可以有操作。每一个加工方法继承父节点的数据。位于一个加工方法节点下的所有操作共享父节点的加工方法数据，但是每一个操作的
第1章UG NX5基本操作及加工基础13
零件余量、内外公差也可以在操作对话框中个别调整，从而与加工方法中的这些参数可以不一致。
加工方法节点及其下面的操作都可以通过剪切和粘贴来改变它在“树”中的位置和顺序。对于一个操作而言，改变它的加工方法父节点，也就是改变了它的加工方法参数，如果执行自动计算，进给和主轴转速将改变。
五轴加工中心介绍及其和三轴、四轴的区别 立式（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。 立式五轴加工中心 这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。 另一种是依靠立式主轴头的回转（图）。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z 轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面加工曲面时，当中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。 主轴回转的立式五轴加工中心 立式加工中心的主轴重力向下，轴承高速空运转的径向受力是均等的，回转特性很好，因此可提高转速，一般高速可达1,2000r/min以上，实用的最高转速已达到4,0000转。主轴系统都配有循环冷却装置，循环冷却油带走高速回转产生的热量，通过制冷器降到合适的温度，再流回主轴系统。X、Y、Z三直线轴也可采用直线光栅尺反馈，双向定位精度在微米级以内。由于快速进给达到40～60m/min以上，X、Y、Z轴的滚珠丝杠大多采用中心式冷却，同主轴系统一样，由经过制冷的循环油流过滚珠丝杠的中心，带走热量。
五轴联动数控机床技术现状与发展趋势 摘要：介绍五轴联动数控机床在工业加工中的优势和重要性，从国内、国外两个方面阐述目前五轴联动数控机床发展的现状，最后从目前机床工业发展动态出发展望五轴联动数控机床的发展趋势。 关键词：五轴联动数控机床技术现状发展趋势 一、简介 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 二、国内外研究现状 陈则仕，张秋菊2005年提出一种五轴联动机器人运动学建模与仿真研究，探讨在VC ＋＋6．0集成编程环境下，调用OpenGL实现机器人的建模与仿真。对一种五轴联动机器人首先建立几何模型，对其正逆运动学问题进行分析求解，然后建立友好人机交互界面，对机器人示教再现过程进行模拟，最终实现让机器人走空间直线路径的轨迹规划仿真。该方法为五轴联动机器人研究开辟新的道路，为五轴联动机器人的实用化做好理论实践经验。 赵世田，孙殿柱，孙肖霞2006年提出基于UG／POST五轴联动加工中心专用后置处理器的研发，通过结舍UG／Post Builder后置处理器开发工具和上述后置处理算法，开发了该机床的专用后置处理器，并通过试验进一步验证了该后置处理器的正确性和实用性。 德国兹默曼公司2007年开发出FZ25龙门铣床，标志着Zimmermann（兹默曼）公司再次扩展了其高度专业化的五轴联动HSC龙门铣床的应用范围。FZ 25非常适合大工件的干式切削，尤其是轻型的复合材料的加工，例如碳纤维和玻璃纤维强化塑料、环氧树脂、亚安酯、聚苯乙稀等。 杜玉湘，陆启建，刘明灯2007年提出五轴联动数控机床的结构和应用，介绍了五轴联动数控机床的几种结构及其特点和发展趋势；阐述了几种五轴联动机床加工的加工造型、编程(CAD／CAM系统)及其优缺点；详细描述了五轴联动数控机床对数控系统的要求及四开公司五轴联动数控系统的关键参数；列举了四开公司历年来参展的五轴联动数控机床及现场加工工件的情况。 燕红波，杨庆东，刘芳在2007年提出五轴联动的数控加工技术的研究及应用，五轴联动加工以其高柔性,高复合性,优良的切削位置姿态赢得越来越多用户的青睐,但编程的抽象和操作的复杂已经成为提高数控加工技术的一大瓶颈问题.本文介绍了多轴联动数控加工中心的结构模型,提出了基于典型的CAD/CAM软件UG的多轴后处理方法和加工实例,并对某一新型的五轴联动机床阐述了其各轴的坐标变换关系,开发了后处理系统,为多轴联动加工方案的制定提供了参考。 李培楠，郭锐锋，黄艳等在2008年提出四元数五轴联动插补算法的研究，设计一种基于四元数五轴联动的插补算法，不仅简化了插补计算量，同时能够使刀具从一点平稳的运动到另一点，而且插补的轨迹更光滑连续．文章引入四元数理论，重点研究了四元数在构造数学模型和运动变换中的应用，并在Matlab中成功的进行了仿真．实验结果表明了该算法的可行性。四元数是最简单的超复数，那可不可以引入其他元数理论，产生的效果将会是怎么样呢？ 刘士玉,徐树洛在2008年提出五轴联动龙门加工中心现状与发展探讨，通过对五轴联动龙门加工中心现状的分析，总结了机床总体结构特点，找出了国内外机床在技术上的差距。
详解五轴联动数控加工编程与操作技术培训的发展前景 前景性发展分析 （中文学名：深圳卓越模具数控培训官网；英文学址：ｗｗｗ.0755ｕｇ．ｃｏｍ） 【内容摘要】目前cnc正向五轴cnc的方向发展.因为, 三轴已经不能满足现代化工业加工的要求, 加工复杂工件必须采用五轴才能达到加工要求,五轴cnc与三轴cnc相比, 它不仅能够满足用户的加工需求, 而且还可以帮助用户提高生产效率, 降低操作难度。五轴会慢慢取代三轴在工业加工的市场需求，五轴是未来的一个发展趋势。 【关键词】五轴数控 【文章分类号】Q34 【文章标识号】U19 五轴发展前景 目前cnc正向五轴cnc的方向发展.因为, 三轴已经不能满足现代化工业加工的要求, 加工复杂工件必须采用五轴才能达到加工要求,五轴cnc与三轴cnc相比, 它不仅能够满足用户的加工需求, 而且还可以帮助用户提高生产效率, 降低操作难度。五轴会慢慢取代三轴在工业加工的市场需求，五轴是未来的一个发展趋势。 而深圳卓越模具数控高级培训在cnc数控编程五轴教育培训中有着独特的优势，专门购进五轴联动机床实战，因此而吸引到了广大学员。深圳卓越模具数控高级培训负责人表示：五轴编程较三轴编程难点：首先，编程难度增加,三轴加工中心在加工时，刀轴方向是不会改变的，运动方式也有限，编程相对简单。五轴加工，由于刀具和工件的相互位置在加工过程中随时调整，刀轴方向不断改变，要注意干涉。其次，现在一般都用专门的编程软件进行辅助编程，我这里以UG为例；相对三轴，五轴加工编程很重要的两点：驱动方法和刀轴，这两项的设定很重要。另外，为完整切削要加工的面，避免过切或切削不完整，“指定部件”和“指定检查”也很重要。最后是，后处理，五轴比三轴复杂，要考虑的参数更多。所以,深圳卓越模具数控高级培训负责人建议大家如果想要学到真正的五轴编程技术，最好找个像深圳卓越模具数控高级培训这样负责任的培训机构进行学习。
五轴加工中心培训课程 五轴加工中心培训课程 多轴（四、五轴）加工技术培训课程是三轴数控加工技术课程的补充和提 高，符合国家职业标准对于高级工和技师的要求? 二、培训目标 通过学习数控多轴（四、五轴）加工技术，使学员能够了解多轴加工的基础知识，会操作五轴机床。在专业技能上达到完成零件加工工艺制定、编制多轴加工程序、利用多轴仿真软件实现产品加工的安全保证、能使用多轴（四、五轴）机床加工复杂零件的能力。 三、培训时间：2个月 四、课程内容： （一）软件部分 1、UG NX多轴编程 2、MasterCAM多轴编程 （二）机床部分 1、四、五轴加工介绍，机床结构与运动关系，各种机床的加工特点，运用场合及优势； 2、定轴加工（3+2）在模具及零件加工中的应用； 3、NX软件刀具轴的控制方法； 4、四、五轴实例分析及案例讲解； 5、机床仿真； 6、（可变轴铣、外形轮廓铣）；
（1）多种刀轴设置⑵插补刀轴设置⑶ 垂直于部件 17、四、五轴联动工件铣削； 18、四、五轴机床的仿真加工； 19、独立完成加工与编程。 课程特点： （1）同时学习到四轴与五轴加工中心的编程与加工技术，课程更超值，学习效率更高； ⑵采用流行的数控编程软件，Mastercam、UG PM等,方便已有软件基础的学员进行学习； 多轴（五轴）加工培训大纲 一、培训课程性质 多轴（五轴）加工是数控加工技巧中很重要的一个部分，该项技巧在航空航天、汽车、船舶、医疗、模具、轻工、高精密仪器等制作领域得到广泛利用。随着对产品的要求千锤百炼：产品的结构形势日趋复杂，生产效率不断前进，数控机床的更新换代，控制数控多轴加工技巧已经突显出它的重要作用。然由于受到机床硬件前提和师资力量不足的限制，职业院校开设的数控加工课程内容多仅限于三轴加工、理论性比较强，很少涉及数控多轴加工的内容，实战内容比较少，所以使得很多学生不得不在参加工作以后才接触到多轴设备和实战经验。从而影响了他们的工作效率和企业的生产定单。为了满足企业加工需求，在数控教学、培训中开设数控多轴（五轴）加工技巧课程已是迫在眉睫。 多轴（五轴）加工技巧培训课程是三轴数控加工技巧课程的补充和前进，契 合国家职业标准对于高级工和技师的请求。该课程是奥林匹克数控多轴（五轴）加工技巧培训的必修课程，通过考核后，由浙江省机械装备制造技术创新服务平台培训中心颁发数控多轴（五轴）加工技巧培训证书；该培训为全国数控技巧大赛供给技巧支撑和保障。 二、培训目标 通过学习数控多轴（五轴）加工技巧，使学员能够懂得多轴加工的工艺知识，熟练操作四轴、五轴机床。在专业技巧上达到完成零件加工工艺制定、编 制多轴加工程序、利用多轴仿真软件实现产品加工的安全保证、能应用多轴机床加工复杂
五轴联动数控机床 百科名片 五轴联运数控机床 五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 目录 简介 五轴机床的种类 五轴联动加工中心 国外五轴联动数控机历史及现状 五轴联动数控机床系统 编辑本段 简介 装备制造业是一国工业之基石，它为新技术、新产品的开发和现代工业生产提供重要的手段，是不可或缺的战略性产业。即使是发达工业化国家，也无不高度重视。近年来，随着我国国民经济迅速发展和国防建设的需要，对高档的数控机床提出了迫切的大量需求。机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，它反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公
司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。 编辑本段 五轴机床的种类 有摇篮式、立式、卧式、NC工作台+NC分度头、NC工作台+90°B轴、NC工作台+45°B轴、NC工作台+ 通用卧式五轴联动数控机床 [1] A轴°、二轴NC 主轴等。 编辑本段 五轴联动加工中心 五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C 轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵
五轴精密加工中心的详细讲解 五轴加工中心分为两类:一类是立式的，另一类是卧式的。 深圳凯福精密制造的黄教授首先谈一下立式五轴加工中心是怎么实现精密铝合金零件加工的 这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A 轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。 另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。 立式加工中心的主轴重力向下，轴承高速空运转的径向受力是均等的，回转特性很好，因此可提高转速，一般高速可达1,2000r/min以上，实用的最高转速已达到4,0000转。主轴系统都配有循环冷却装置，循环冷却油带走高速回转产生的热量，通过制冷器降到合适的温度，再流回主轴系统。X、Y、Z三直线轴也可采用直线光栅尺反馈，双向定位精度在微米级以内。由于快速进给达到40～60m/min以上，X、Y、Z轴的滚珠丝杠大多采用中心式冷却，同主轴系统一样，由经过制冷的循环油流过滚珠丝杠的中心，带走热量。 卧式五轴加工中心，它是怎么实现精密铝合金零件加工的呢？ 此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，实现五轴联动加工。这种设置方式简便灵活，如需要主轴立、卧转换，工作台只需分度定位，即可简单地配置为立、卧转换的三轴加工中心。由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工件实现五面体加工，制造成本降低，又非常实用。也可对工作台设置数控轴，最小分度值0.001度，但不作联动，成为立、卧转换的四轴加工中心，适应不同加工要求，价格非常具有竞争力。 另一种为传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台B轴，B轴可双向360度回转。这种卧式五轴加工中心的联动特性比第一种方式好，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。回转轴也可配置圆光栅尺反馈，分度精度达到几秒，当然这种回转轴结构比较复杂，价格也昂贵。 目前卧式加工中心工作台可以做到大于1.25m2，对第一种五轴设置方式没有什么影响。但是第二种五轴设置方式比较困难，因为1.25m2的工作台做A轴的回转，还要与工作台中间的B轴回转台联动确实勉为其难。卧式加工中心的主轴转速一般在10,000rpm以上，由于
五轴加工中心优点 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一、五轴加工中心的概念 五轴加工中心也叫五轴联动加工中心，是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的加工中心，这种加工中心系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。目前，五轴联动数控加工中心系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成复杂的加工。能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。五轴加工中心和五面体加工中心是有很大区别的。很多人不知道这一点，误把五面体加工中心当做五轴加工中心。五轴加工中心有x,y,z,a,c五个轴，xyz和ac轴形成五轴联动加工，擅长空间曲面加工，异型加工，镂空加工，打孔，斜孔，斜切等。而“五面体加工中心”则是类似于三轴加工中心，只是它可以同时做五个面，但是它无法做异型加工，打斜孔，切割斜面等。
二、五轴加工中心的应用前景 五轴加工中心不仅应用于民用行业，例如木模制造，卫浴修边，汽车内饰件加工，泡沫模具加工，欧式风格家居，实木椅子等，还广泛应用于航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业。五轴加工中心是一种高科技的手段，它让不可能变成了可能，一切的空间曲面，异型加工都可以完成实现。它不但能够完成复杂工件完成机械化加工的任务，而且还能够快速提高加工效率，缩短加工流程。 三、五轴加工中心的优点 五轴加工中心优势一是可以加工一般的三轴数控机床所不能加工或着它不能一次性就能完成加工的自由曲面。如，飞机发动机和汽轮机的叶片，舰艇的螺旋推进器，其他的有特殊曲面的复杂模具等。由于五轴加工中心的刀具和角度在加工过程中可以随时调整，就可以避免其他刀具的妨碍而且能一次性完成全部加工。 五轴加工中心在效果高的前提下，也可以实现自由曲面的加工精度、和质量。如，三轴机床加工复杂的曲面时，要用球头铣刀，它的切削效率低，而且刀具的角度不能自由调整，所以很难保证加工表面质量的光滑度。但是用五轴加工中心机床加工，因为刀具的角度是可以自由调整的，就可以避免以上情况的发生，从而能获得更高的切削效率和优质的加工表面质量。 五轴加工中心有3种结构形式和3种运动配置方式，这2者一结合，就得到了9
第七章其他相关领域研究进展 五轴数控加工技术的现状 高平王科社 （北京机械工业学院北京１０００８５） 摘要五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。 关键词五轴联动立式加工中心卧式加工中心 五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。但由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之ＮＣ程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。近年来，随着计算机辅助设计（ＣＡＤ）、计算机辅助制造（ＣＡＭ）系统取得了突破性发展，中ｙ多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁。 一、五轴联动数控加工的优点 与三轴联动的数控加工相比，对复杂曲面采用五轴联动数控加工有以下优点： １．提高加工质量和效率 五轴联动数控加工中刀具有更灵活的位姿，可采用平头刀，平头刀加工是以面带成形，可以保证高速切削，因而加工后的表面更连续光滑，五轴联动加工可以采用更大的行距和步距，因而效率更高。 ２．扩大工艺范围 有些形状复杂的零部件，如导风轮、发动机上的整体叶轮，由于叶片本身扭曲和各曲面问相互位置限制，加工时需要转动刀具轴线，否则很难甚至无法加工，在模具加工中的某些场合，只有采用五轴联动数控加工才能避免刀具与工件的干涉。 ３．适应目前数控机床发展的新方向——复合化 近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展，复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。 二、立式五轴加工中心 立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台 回转轴式（图１），设置在床身上的工作台可以环绕ｘ轴回 转，定义为Ａ轴，Ａ轴一般工作范围＋３００一一１２０。，工作 台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕ｚ轴回 转，定义为ｃ轴，ｃ轴是３６０。回转，这样通过Ａ轴与Ｃ轴 的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个 面都可以由立式主轴进行加工，Ａ轴和Ｃ轴最小分度值一般图１工作台回转的立式五轴加工中心为０．００１０，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等，Ａ轴和ｃ轴如与ｘ、Ｙ、ｚ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统
五轴加工中心简介 立式（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴（以及五轴以上）控制的方向发展，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工。 这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C 轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A 轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。 另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z 轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面加工曲面时，当中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。
五轴联动技术在我国的发展现状及前景 前言： 机床作为“制造的母机”在某种程度上代表了一个国家制造业水平的高低，不仅与国家的航空航天、船舶、军工、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有极大关系，而且与人们日常生活的方方面面息息相关。从某种意义上说，没有制造业的支撑就很难实现真正意义上的现代化。而五轴联动数控机床则象征着目前机床制造业的最高水准，是数控机床技术制高点之一，也是世界各制造大国不遗余力发展的重点对象。 关键词：五轴联动数控系统五轴头 英文翻译: Machine tool as a "manufacturing machine tools" represents the level of a country's manufacturing industry in a way, not only related to the state's aerospace, marine, military, scientific research, precision instruments, high-precision medical device and other industries, but also closely related to all aspects of daily life.In a sense, there is no real modernization if depart from the support for manufacturing sector. The five-axis CNC machine tool manufacturing industry stands for the highest level present, is the commanding height of CNC machine tool technology, also is one of the key targets that large manufacturing countries spare no effort to development. Key words:Five-axis NC system Five-axis head
五轴加工的RTCP技术【原创+整理】 一点儿背景 十数年前，一汽为模具加工招标五轴机床，据说当时去了不少国际大牌厂商，招标现场有外商提出他们的产品好，有RTCP功能，在坐的国内厂商和业内专家一时语塞，几乎无人知晓RTCP为何方神圣，最后还是国内最早从事数控研究的某高校知名教授现场指点迷津，才为国内业界挽回局面。但一直到十几年之后的“十一五”数控重大专项出台前后，RTCP概念才开始得到国内数控业界和学界的广泛关注。 差不多两年，一业内企业在媒体上高调宣称其具有自主知识产权的高端数控系统具有RTCP和极高段数的前瞻功能，问及RTCP和前瞻的精髓是什么时，也就噤声不语了，不知是不愿说，还是没法说。 今年年底“十一五”数控重大专项的高端数控系统的五家中标企业：华中、广数、高精（蓝天）、航天、光洋都将进行项目验收，届时RTCP将不可避免地称为验收的焦点之一，八仙过海，各显神通，验收原则上不会不过，但实效如何，国产的RTCP能否稳健走向市场，并为用户创造价值，大家仍需拭目以待。 个人对RTCP的理解 一台数控机床有五个联动轴并不能就此简单地称之为五轴机床，同样，一套数控系统能控五个轴，也不能就此声称为五轴数控系统，判断一台数控机床是不是五轴机床，一套数控系统是不是真正的五轴系统，首先必须看其是否具备RTCP功能，Fidia的RTCP是“Rotational Tool Center Point”的缩写，字面意思是“旋转刀具中心”，业内往往会稍加转义为“围绕刀具中心转”，也有一些人直译为“旋转刀具中心编程”，其实这只是RTCP的结果。PA的RTCP则是“Real-time Tool Center Point rotation”前几个单词的缩写。海德汉则将类似的所谓升级技术称为TCPM，即“Tool Centre Point Management”的缩写，刀具中心点管理。还有的厂家则称类似技术为TCPC，即“Tool Center Point Control”的缩写，刀具中心点控制。 从Fidia的RTCP的字面含义看，假设以手动方式定点执行RTCP功能，刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点将维持不变，此时刀具中心点落在刀具与工件表面实际接触点处的法线上，而刀柄将围绕刀具中心点旋转，对于球头刀而言，刀具中心点就是数控代码的目标轨迹点。为了达到让刀柄在执行RTCP功能时能够单纯地围绕目标轨迹点（即刀具中心点）旋转的目的，就必须实时补偿由于刀柄转动所造成的刀具中心点各直线坐标的偏移，这样才能够在保持刀具中心点以及刀具和工件表面实际实际接触点不变的情况，改变刀柄与刀具和工件表面实际接触点处的法线之间的夹角，起到发挥球头刀的最佳切削效率，并有效避让干涉等作用。因而RTCP似乎更多的是站在刀具中心点（即数控代码的目标轨迹点）上，处理旋转坐标的变化。 不具备RTCP的五轴机床和数控系统必须依靠CAM编程和后处理，事先规划好刀路，同样一个零件，机床换了，或者刀具换了，就必须重新进行CAM编程和后处理，因而只能被称作假五轴，国内很多五轴数控机床和系统都属于这类假五轴。当然了，人家硬撑着把自己称作是五轴联动也无可厚非，但此（假）五轴并非彼（真）五轴！ Fidia C20数控系统宣传样本关于RTCP的描述
附件2 “华中数控杯”五轴联动加工技术应用赛项规程 一、竞赛名称 五轴联动加工技术应用 二、参赛对象 （一）高职组：高等职业院校（含高职、高专、成人高校、技师学院）在籍学生。 （二）中职组：中等职业学校（含中专、职高、职教中心、技工学校）在籍学生 三、比赛方式与内容 （一）比赛方式 团体赛，每支参赛队由2名选手组成，不得跨校组队，每队可选派一名指导教师，每校限报2支队伍。 （二）比赛内容 参赛选手使用赛场提供的机床、设备、附件、计算机、CAD/CAM 软件，按照赛卷要求，完成赛件的手工编程与加工、自动编程与加工、检测、填写相关技术文件任务。在5个小时内完成以下任务： 任务一：利用现场提供的五轴联动加工中心、CAD/CAM软件等，根据指定图纸的型面特点和曲面造型的需要，建立零件的几何模型。 任务二：五轴联动数控编程。根据现场提供的零件毛坯、数控刀具、五轴联动加工中心等，使用CAD/CAM软件进行编程、刀路模拟，并且利用现场提供的U盘拷贝到数控系统中，进行程序校验运行。 任务三：五轴联动加工和部件装配。利用现场设备条件，完成零件的工艺方案，完成零件的五轴联动铣削，并提交相应工艺
文件，在零件加工完成后，根据部件装配图进行装配。 任务四：职业素养。在职业素养中考核以下方面：操作设备的规范性； 工具、量具、刃具的放臵及正确使用；安全、文明生产（含工作服、鞋、帽、护目镜的穿戴）；完成任务的计划性、条理性，以及遇到问题时的应对状况等；尊重赛场工作人员，爱惜赛场的设备和器材，保持赛位的整洁。 四、比赛技术平台 （一）竞赛设备： 数控五轴加工中心为JT-GL8-V（福建嘉泰数控装备有限公司生产）,配臵HNC-848B数控系统。 （二）竞赛刀具：竞赛用刀具由选手自带，刀具、刀柄、量具清单于正式比赛前一个月与样题一起公布。 （三）竞赛夹具：竞赛用夹具由承办方及赞助商提供，夹具清单于正式比赛前一个月与样题一起公布。 （四）竞赛软件： CAD /CAM软件：竞赛软件由赛场统一提供，赛场相关设备预装有北京数码大方、西门子工业软件（上海）有限公司、思美创（北京）科技有限公司等提供的相关软件，选手报名时任选其一。具体软件型号等信息于赛前一个月与样题一起公布。 （五）竞赛检测仪器设备：三坐标测量机，粗糙度仪，手工检测量具。 （六）对刀仪：具体型号等信息于赛前一个月与样题一起公布。 （七）夹具：具体型号等信息于赛前一个月与样题一起公布。 五、评分标准与评奖办法 （一）评分标准
本技术公开了一种卧式五轴加工中心，包括机座、设置在机座上的摇篮支撑座、安装在摇篮支撑座上的摇篮主体，摇篮支撑座上设置有伺服电机，伺服电机驱动连接摇篮，伺服电机带动摇篮主体绕左右方向转动，机座上设置有x轴滑移机构，x轴滑移机构上设置有第一机架，第一机架在x轴滑移机构上左右运动，第一机架上设置有y轴滑移机构，y轴滑移机构上设置有第二机架，y轴滑移机构带动第二机架上下运动，第二机架上设置有z轴滑移机构，z轴滑移机构上设有刀具，z轴滑移机构带动刀具前后运动，刀具的运动轨迹形成一个加工空间，摇篮主体设置在加工空间内。本技术提供一种精度较高的卧式五轴加工中心。 权利要求书 1.一种卧式五轴加工中心，包括机座，其特征在于：还包括固定在所述机座上的摇篮支撑座、安装在所述摇篮支撑座上的摇篮主体，所述摇篮支撑座上设置有伺服电机，所述伺服电机驱动连接所述摇篮，所述伺服电机带动所述摇篮主体绕左右方向转动，所述机座上设置有x轴滑移机构，所述x轴滑移机构上设置有第一机架，所述第一机架在所述x轴滑移机构上左右运动，所述第一机架上设置有y轴滑移机构，所述y轴滑移机构上设置有第二机架，所述y 轴滑移机构带动第二机架上下运动，所述第二机架上设置有z轴滑移机构，所述z轴滑移机构上设有刀具，所述z轴滑移机构带动所述刀具前后运动，所述刀具的运动轨迹形成一个加工
空间，所述摇篮主体设置在所述加工空间内。 2.根据权利要求1所述的一种卧式五轴加工中心，其特征在于：所述y轴滑移机构包括两个沿竖直方向的y轴滑轨、以及沿竖直方向竖直电动丝杆，两个所述y轴滑轨固定设置在所述第一机架上，所述y轴滑轨朝向所述摇篮主体，所述第一机架上设置有一个沿前后方向的第一安装通道，所述第一安装通道设置于两个所述y轴滑轨之间，所述第一安装通道内设置所述第二机架，所述第二机架滑动连接两个所述y轴滑轨，所述竖直电动丝杆固定连接所述第一机架，所述竖直电动丝杆带动所述第二机架上下运动。 3.根据权利要求2所述的一种卧式五轴加工中心，其特征在于：所述第二机架包括机箱、竖直滑块，所述竖直滑块固定连接所述机箱，所述竖直滑块滑动连接所述y轴滑轨，每一个所述y轴滑轨上至少设置一个所述竖直滑块，所述机箱上开设有沿前后方向的第二安装通道，所述第二安装通道内设置所述z轴滑移机构，所述竖直电动丝杆带动所述机箱上下运动。 4.根据权利要求3所述的一种卧式五轴加工中心，其特征在于：所述z轴滑移机构包括z轴滑轨、前后滑块、框架、刀具固定支架、z轴电动丝杆，所述z轴滑轨设置于所述第二安装通道的内底面，所述z轴滑轨沿前后方向设置，所述z轴滑轨设置两个，所述z轴电动丝杆设置于两个所述z轴滑轨之间，所述前后滑块滑动连接所述z轴滑轨，每一个所述z轴滑轨上至少一个所述前后滑块，每一个所述前后滑块固定连接所述框架，所述框架内固定连接所述刀具固定支架，所述刀具固定支架固定连接所述刀具，所述z轴电动丝杆驱动连接所述框架，所述z轴电动丝杆带动所述框架前后运动，所述框架设置于在所述第二安装通道内。 5.根据权利要求4所述的一种卧式五轴加工中心，其特征在于：所述第二安装通道的内顶面开设有两个安装槽，所述安装槽内固定设置有滚柱导轨块，所述框架的顶面设置有两个凸起滑轨，每一个所述凸起滑轨沿前后方向延伸，两个所述凸起滑轨间隔设置，所述凸起滑轨与所述滚柱导轨块一一对应设置，所述凸起滑轨滑动连接所述滚柱导轨块。 6.根据权利要求4所述的一种卧式五轴加工中心，其特征在于：所述刀具固定支架包括筒体、固定连接所述筒体的支撑杆，每一条支撑杆的一端固定连接所述框架，每一条支撑 杆的另一端固定连接所述筒体，所述筒体内固定设置有主轴电机，所述主轴电机的转动部连接有刀套，所述刀套内设置有沿莫氏锥度设置的刀头安装槽。
数控五轴加工中心的优势是什么 数控五轴加工中心科技含量高、精密度高，适用范围广泛。不仅应用于民用行业，还广泛应用于航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业。下面简要介绍它的优势。 五轴加工中心特别适合用来加工几何形状复杂的模具，它具有的优势如下： 1、在加工较深、较陡的型腔时，可以通过工件或主轴头的附加回转及摆动为立铣刀的加工创造最佳的工艺条件，并避免刀具及刀杆与型腔壁发生碰撞，减小刀具加工时的抖动和刀具破损的危险，从而有利于提高模具的表面质量、加工效率和刀具的耐用度。 2、五轴联动加工中心的技术解除了工件在复杂角度再次定位所需的多次调试装卡。这不但节约了时间，而且还大大降低了误差，并且节约了安装工件就位所需的工装夹具等所需的昂贵费用。 3、使机床能够加工复杂的零件，这是采用其他方法不可能办到的，包括复杂表面上通常所需要的钻孔、型腔隐窝和锥度加工。 4、通过采用较短的刀具，可一次性完成整个零件的加工，不需再次装卡或采用同类3轴加工中所需的较长刀具，而且可以在较短的时间内交工，零件的表面质量也比较理想。 五轴数控机床具有科技含量高、精密度高、效率高等特点，在航天、军事、科研、高精医疗设备等行业有着举足轻重的作用。 五轴联动加工的分类设计 五轴联动加工有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五轴联动加工的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴，设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，五轴联动加工其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。 五轴联动加工这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，五轴联动加工主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，五轴联动加工能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。
航空航天五轴加工工艺手册 V1.0 2008年9月5日
目录1．基本原理 1．1用3轴、3+2轴或5轴铣削1．2什么在运动？怎么运动？ 1．3独立于机床的CNC程序 1．4刀具半径补偿原理 1．5什么是框架（FRAME） 1．6精度、速度、表面质量 1．7五轴应用中的刀具定向 2．机床操作人员 2．1工件---确定零点 2．2测量刀具 2．3中断程序 2．4高速循环---CYCLE832 3．程序员信息 3．1独立运动的NC程序 3．2五轴转换TRAORI 3．3刀具定向A3= B3= C3= 3．4高速循环CYCLE832 3．5进给率控制FNORM、FLIN
3．6定向插补ORI— 3．7三维刀具补偿CUT3DFS 3．8在机床上编程
1．1用3轴、3+2轴或5轴铣削 带有相同凸曲线的复杂曲面加工通常采用3轴加工，但对于深凹槽或频繁改变曲率的情况来说，则需要使用5轴加工。 无疑，Sinumerik 840D将支持所有加工方案。 ①3轴控制直线进给轴X、Y、Z 切削刀具方向在沿着整个切削路径运动过程中保持不变。刀尖的切削状态始终无法达到完美。 ②3+2轴控制进给轴X、Y、Z 在这些机床上，刀具的方向或是工作台的位置可以改变，比如通过重新设置。上面的左图中，，切削刀具正在最佳切削状态下运转。当切削刀具向顶端或工件 边缘移动时，切削状态逐渐变差。要在此处也保持最佳切削状态，请旋转工作台。要完整加工一个不规则平面，必须常常讲工作台以不同的方向旋转多次。 ③5轴：控制进给轴X、Y、Z 控制旋转轴比如：A、B
优点：在沿着整个路径运动过程中可对刀具方向进行优化，同时进行刀具直线运动。这样，在整个路径上都可保持最佳切削状态。 怎么运动？ ？ ？怎么运动 什么在运动？ 1．2什么在运动
国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲面零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上,又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，有时甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资,大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的 周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，CIMT99 展览会上国产五轴联动数控机床第一次登上机床市场的舞台。自江苏多棱数控机床股份有限公司展出第一台五轴联动龙门加工中心以来，北京机电研究院、北京第一机床厂、桂林机床股份有限公司、济南二机床集团有限公司等企业也相继开发出五轴联动数控机床。 当前，国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的杂零件加工，加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得国内市场的认同。 现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。它是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，该机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。 优点： 五轴联动机床的使用，让工件的装夹变得容易。加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外，由于五轴联动机床可在加工中省去许多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好 的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。 发展的趋势： 1、首先是采用直线电机驱动技术。经过十几年的发展，直线电机技术已经非常成熟。直线电机刚开发出来易受干扰和产热量大的问题已经得到解决，而直线电机的定位技术，既在高速移动中快速停止，也有部分机床厂家采用阻尼技术给予解决。直线电机的优点是直线驱动、无传动链、无磨损、无反向间隙，所以能达到最佳的定位精