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五轴综合手册匯出日期：2023-10-04修改日期：2021-01-25••••1 1. 五轴机概论本章节将对五轴机之特点、类型、旋转轴定义与新代相关参数进行简介。
1.1 1.1 五轴机特点五轴机包含了有三个直线移动轴和与两个旋转轴，增加加工的自由度，可以在机台机构干涉处或复杂曲面进行加工，因此对於工件外型的接受度更高。
（如图一所示）除此之外，五轴机台亦有以下三种优点。
图一1.1.1 加工高效率在加工曲面或倾斜面时会使用球铣刀，而球铣刀的中心切削能力不高，使用此部位进行加工的效率差，而五轴加工机可以根据加工面来调整刀具角度，以切削能力强的刀刃部位进行加工，不仅可保护刀具，也可以提高加工效率及品质。
1.1.2 加工高精度外型特殊的工件，例如有负角度之工件，若以传统三轴机加工，需要进行换面的动作，增加了上下料以及重新定位的时间，精度方面也受到影响。
而五轴加工机能够达到一次夹持、完整加工的需求，不仅省时又不影响精度。
1.1.3 提高刀具刚性使用三轴机在加工较深的地方时，需要将刀具拉长，避免刀座与工件接触，如此会减少刀具被夹持的部分，进而降低刀具正向以及侧向的刚性（见图二）。
而五轴加工机可以改变刀具角度，在碰到相同状况时，刀具外露长度较短，刚性提高，加工精度也提高。
（见图三）1.2.3.图二图三1.2 1.2 机台类型五轴机台依据旋转轴设置位置的不同，可大致分为三种类型，分别为：双旋转主轴 双旋转工作台主轴-工作台如图四双旋转主轴Spindle Type双旋转工作台Table Type主轴-工作台Mix Type图四1.2.1 双旋转主轴此类型五轴机的两个旋转轴都在主轴端，一般为C轴搭配A或B轴，特殊的机台类型会出现A轴及B轴的搭配。
双旋转主轴类型适合用来加工大型工件，像是船或者飞机的机身，因为两个旋转轴都在主轴端，所以工作台的承载能力可以提高，也因此机台尺寸通常较大，而跟整机重量比起来，主轴端的重量相对较轻，如此可在加工时保持机台的稳定度。
五轴机床及其应用领域五轴机床是一种具有五个工作轴的数控机床，分别为X、Y、Z三个线性轴和A、C 两个旋转轴。
其中，X、Y、Z轴分别代表机床的三个线性方向，而A、C轴则分别代表机床绕X轴和Z轴旋转的方向。
五轴机床具有较高的加工精度和加工效率，广泛应用于航空航天、汽车、模具等领域。
五轴机床的坐标变换原理是指通过一系列的坐标变换，将加工物体在机床坐标系下的坐标转换为工件在机床工作空间内的坐标，以实现精确的切削加工。
坐标变换原理是五轴机床能够实现复杂曲面加工的基础，下面将详细介绍与坐标变换原理相关的基本原理。
坐标系及坐标变换在五轴机床中，通常使用三个坐标系来描述加工物体的位置和姿态。
分别为机床坐标系（MCS）、工件坐标系（WCS）和刀具坐标系（TCS）。
其中，MCS是机床的固定坐标系，WCS是工件的坐标系，而TCS是刀具的坐标系。
机床坐标系（MCS）是机床固定不动的坐标系，由机床制造商定义。
它通常以机床的主轴中心为原点，X轴指向机床的前方，Y轴指向机床的左侧，Z轴指向机床的上方。
工件坐标系（WCS）是以被加工工件为参考的坐标系，它的原点和轴向可以根据加工需要进行定义。
工件坐标系的选择应能够最大程度地简化加工过程，使得刀具的运动轨迹能够与工件的几何形状相匹配。
刀具坐标系（TCS）是以刀具为参考的坐标系，它的原点和轴向通常与机床坐标系相同。
刀具坐标系的选择应能够方便地描述刀具的位置和姿态，并且与工件坐标系之间的转换关系简单明了。
坐标变换是将工件坐标系（WCS）中的坐标转换为机床坐标系（MCS）中的坐标的过程。
坐标变换通常包括平移变换和旋转变换两个部分。
平移变换将工件坐标系的原点从工件的某一特定点移动到机床坐标系的原点，而旋转变换则是将工件坐标系沿着某一特定轴旋转到与机床坐标系重合。
平移变换平移变换是将工件坐标系（WCS）中的坐标转换为机床坐标系（MCS）中的坐标的一种基本变换方式。
平移变换通过将工件坐标系的原点从工件的某一特定点移动到机床坐标系的原点来实现。
五轴联动数控机床加工中心基本知识介绍几十年来，人们普遍认为五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的惟一手段。
一旦人们在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题，就会求助五轴加工技术。
早在20世纪60年代，国外航空工业生产中就开始采用五轴数控铣床。
目前五轴数控机床的应用仍然局限于航空、航天及其相关工业。
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。
国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。
由于其特殊的地位，特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，西方工业发达国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度，对我国实行禁运。
因而，研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。
符合数控机床发展的新方向近几年国际、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。
国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。
在加工中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。
最近国际机床业出现了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。
五轴数控机床在国内外的实际应用表明，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资，大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。
发展和推广的难点及阻力何在显然，人们早已认识到五轴数控技术的优越性和重要性。
但到目前为止，五轴数控技术的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门，并且仍然存在尚未解决的难题。
五轴数控技术为何久久未能得以广泛普及？五轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位姿控制，其数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得多。
五轴加工中心的原理
五轴加工中心是一种高精度的数控机床，其原理是通过同时对工件进行五个轴向的切削加工，实现复杂零件的高效加工。
这五个轴分别是X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴。
X轴、Y轴和Z轴分别对应着水平、垂直和纵向运动，用来控制工件在平面和立体空间内的位置。
A轴和C轴则是用来控制工件的旋转。
A轴是绕工件X轴旋转，可以实现水平面的多方位加工；C轴是绕Z轴旋转，可以实现立体空间内的任意角度加工。
五轴加工中心通过这五个轴的组合运动，可以同时进行多个加工动作，如铣削、钻孔、镗孔、螺纹攻丝等。
相比于传统的三轴加工中心，五轴加工中心具有更高的加工精度和加工效率，尤其适用于复杂曲面的加工。
五轴加工中心借助计算机控制系统，可以根据预先编程的加工路径和加工参数，实现自动化的加工过程。
操作人员只需通过操作界面输入指令，机床就能按照要求进行高精度的切削加工。
除了常见的金属材料，五轴加工中心还可以加工非金属材料，如塑料、复合材料等。
它广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造、电子电器等行业，满足高精度零件的生产需求。
五轴数控机床的组成及特点五轴数控机床的组成及特点引言：五轴数控机床（Five-axis computer numerically controlled machine tool）是一种高精度、高性能的机床，其具备了在多个方向上进行精细加工的能力。
它集机械、电子、自动化技术于一体，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工等领域。
本文将深入探讨五轴数控机床的组成和特点，并针对不同方面进行分析。
一、五轴数控机床的组成1. 主轴与工作台：五轴数控机床的主轴负责旋转刀具，而工作台则用于固定被加工的工件。
主轴和工作台之间的配合关系是五轴加工的基础。
2. 五轴联动系统：该系统由五个坐标轴组成，分别是X、Y、Z轴和A、C轴。
X、Y、Z轴负责线性运动，而A、C轴则负责主轴的转动。
3. 数控系统：数控系统是五轴数控机床的核心控制部分，负责控制五轴实现复杂的加工运动。
它能够根据预先输入的程序指令自动控制机床运行，实现高精度的加工。
4. 刀库和自动换刀系统：五轴数控机床通常配备有多样的刀具，刀库可以存放不同类型和尺寸的刀具。
自动换刀系统能够根据加工需求自动更换刀具，提高生产效率。
5. 冷却系统：在加工过程中，五轴数控机床需要保持工作温度的稳定，以确保加工质量。
冷却系统能够通过喷水或喷油的方式冷却刀具及工件，有效地控制加工温度。
6. 监控系统：五轴数控机床通常配备有监控系统，用于实时监测和检测机床的工作状态和加工过程。
通过监控系统，操作者可以及时了解机床的运行情况，并进行必要的调整和干预。
二、五轴数控机床的特点1. 复杂加工能力：五轴数控机床能够实现在多个方向上同时进行精细加工，具备了对复杂曲面进行高精度加工的能力。
相比于其他数控机床，它可以大大提高加工效率和加工质量。
2. 灵活性和高效性：五轴数控机床具备较强的灵活性，可以适应多样的加工需求。
通过合理设置机床参数和调整加工路径，可快速完成不同形状和尺寸的工件加工，提高生产效率。
5轴联动数控车床工作原理
5轴联动数控车床是一种高精度加工设备，它采用了多轴联动控制技术，可以实现对复杂曲面零件的高效加工。
其工作原理如下：
1. 刀具控制定位：数控车床上的主轴可以控制刀具的旋转，通过准确定位和控制主轴的转速，可以实现对工件的不同位置进行加工。
2. 坐标系控制：数控车床采用了笛卡尔坐标系，通过XYZ三轴的移动来控制刀具在空间中的位置。
其中，X轴控制刀具在水平方向的移动，Y轴控制刀具在垂直方向的移动，Z轴控制刀具在纵向方向的移动。
3. 旋转轴的控制：数控车床还配备有旋转轴，可以控制刀具在不同角度进行旋转。
通常情况下，数控车床的旋转轴有两个，分别是C轴和B轴。
C轴控制刀具在水平方向进行旋转，B轴控制刀具在垂直方向进行旋转。
4. 高精度测量系统：为了保证加工的精度，数控车床还配备有高精度的测量系统，可以实时监测工件的位置和尺寸。
通过测量系统的反馈，数控系统可以做出相应的调整，从而保证加工的精度。
5. 数控系统控制：整个数控车床的工作都是由数控系统进行控制的。
数控系统根据预先编制好的加工程序，通过对各个轴的控制，实现对工件的加工。
同时，数控系统还可以监控加工过
程中的各种参数，并做出相应的调整，以保证加工的质量和稳定性。
综上所述，5轴联动数控车床通过刀具控制定位、坐标系控制、旋转轴的控制、高精度测量系统和数控系统的控制，实现了对复杂曲面零件的高效加工。
五轴联动数控机床简单介绍pptxx年xx月xx日•介绍•工作原理•技术参数目录•操作流程•维护保养01介绍五轴联动数控机床是一种高精度、高效率的数控机床，具有五个运动轴，可实现三维空间运动和两个旋转轴的联动。
五轴联动数控机床根据主轴和旋转轴的不同配置，可分为多种类型，如双主轴头型、双主轴型、单主轴头型等。
定义和类型五轴联动数控机床起源于20世纪70年代，最初是为了解决航空发动机叶轮的加工难题而研发的。
随着计算机技术和数控技术的不断发展，五轴联动数控机床的技术水平得到了不断提高和应用领域的不断扩展。
历史和发展五轴联动数控机床适用于加工具有复杂几何形状和特殊要求的零件，如航空发动机涡轮叶片、船用螺旋桨等。
五轴联动数控机床具有高精度、高效率、高可靠性、低能耗等优势，可实现复杂零件的一次装夹加工完成，提高生产效率和加工质量。
五轴联动数控机床可进行非球面、自由曲面、多面体等复杂零件的高精度加工，也可实现多种特殊工艺的加工，如高速切削、干切削等。
适用范围和优势02工作原理1结构特点23五轴联动数控机床采用旋转轴结构，包括X、Y、Z三个线性轴和A、B两个旋转轴。
旋转轴结构机床内部采用高精度齿轮，保证了旋转轴的传动精度和稳定性。
高精度齿轮各轴之间通过同步轴实现联动，确保各轴运动的协调性和准确性。
同步轴数控系统五轴联动数控机床的数控系统是核心，它可以接受来自计算机或其他控制设备的指令，并将其转换为机床各轴的运动。
数据处理数控系统根据加工零件的几何形状和加工要求，计算出各轴的运动轨迹和联动关系，实现五轴联动。
运动控制数控系统将计算出的运动轨迹和联动关系转换为机床各轴的进给量和进给速度，通过伺服控制系统控制机床各轴的运动。
位置控制01五轴联动数控机床的位置控制系统采用闭环控制，通过编码器反馈机床各轴的实际位置，与指令位置进行比较，调整各轴的运动轨迹。
速度控制02机床各轴的进给速度通过速度控制环进行控制，数控系统将进给速度转换为机床各轴的转速，通过伺服电机进行控制。
什么是五轴
前言
对于从事机械、工业制造等行业的人来说，五轴这个名词可能已经不再陌生。
而对于其他人来说，五轴是个令人困惑的概念。
到底什么是五轴呢？本文将为您解答。
五轴是什么？
五轴机床，顾名思义，就是指装备了五个方向的运动功能的机床。
通常来说，这五个运动方向包括X、Y、Z三方向线性运动，以及A、C两方向的转动。
在五轴机床上，工件可以在X、Y、Z三个方向上移动，而刀具则可以在A、C 两个方向上旋转。
这意味着五轴机床能够以更加复杂的方式切割或雕刻工件，制造出更加精细的产品。
五轴机床的优点
五轴机床相比普通的机床，有以下几个明显的优点：
1.更高的切削精度。
通过A、C两个方向的转动，五轴机床的刀具能够
更轻松高效地切削工件，从而获得更高的切削精度。
2.更小的误差。
五轴机床的设计更加复杂，但同时也能够更加精确地定
位工件，从而减少制造误差。
3.更大的可加工范围。
五轴机床的工作范围更广，能够加工的工件形状
和尺寸更加灵活，从而满足更多的加工需求。
4.更加高效的加工速度。
由于更加复杂的机械结构和功能，五轴机床能
够以更加高效的方式完成加工任务。
总结
通过本文的介绍，相信大家已经对五轴机床有了更加清晰的认识。
五轴机床是一种能够切削和雕刻更加复杂工件的机床，具有更高的切削精度、更小的误差、更大的可加工范围和更加高效的加工速度等优点。
随着制造技术的不断进步，五轴机床的应用将会越来越广泛。
五轴数控系统控制原理五轴数控系统是一种先进的数控系统，可以实现对加工设备的五个轴向坐标进行精确控制。
其控制原理主要包括硬件和软件两个方面。
硬件方面，五轴数控系统主要由五轴数控机床、伺服系统、控制柜、操作面板和通信模块等组成。
在五轴数控机床上，通常分为X、Y、Z、A和C五个轴向。
X、Y和Z轴通常用于控制机床上下、前后和左右的移动；A轴用于机械的旋转运动；而C轴则用于机械的倾斜运动。
伺服系统是五轴数控系统的核心部分，用于实现对各个轴向的精确控制。
伺服系统一般由伺服电机、编码器和伺服驱动器等组成。
伺服电机负责驱动机床移动，编码器用于实时反馈伺服电机的位置信息，而伺服驱动器则负责根据编码器的反馈信息控制伺服电机的转动。
控制柜是五轴数控系统的核心控制部分，负责接收来自操作面板的指令，并通过通信模块将指令传输给伺服系统。
在控制柜中，通常还包括电源模块、断电保护模块、运动控制卡和数控系统主控板等组件。
软件方面，五轴数控系统主要通过数控系统主控板上的控制软件来实现对加工设备的控制。
控制软件通常包括G代码解释器、插补器、运动控制模块和数据处理模块等功能模块。
G代码解释器负责将用户输入的G代码翻译成机床可以执行的指令；插补器负责实现不同轴向之间的插补运动；运动控制模块则负责控制伺服系统实现具体的运动。
五轴数控系统的控制原理可以简单概括为以下几个步骤：首先，用户通过操作面板输入加工任务的参数和G代码；然后，控制柜接收到操作面板的指令，并将其传输给数控系统主控板；接着，主控板根据G代码解释器对G代码进行解释，生成相应的指令；随后，插补器根据指令计算出各个轴向的移动路径和速度；最后，运动控制模块将插补器计算出的运动指令传输给伺服系统，伺服系统根据指令驱动机床进行加工。
总之，五轴数控系统的控制原理是通过硬件和软件的配合，实现对机床五个轴向坐标的精确控制。
通过操作面板输入加工任务的参数和G代码，控制柜将指令传输给数控系统主控板，主控板通过解释器对指令进行解释，插补器计算出各个轴向的移动路径和速度，最终由运动控制模块传输给伺服系统，实现机床的精确加工。
五轴加工机床的优点和结构特点五轴加工机这里是指在一台机床上至少有五个坐标轴（三个直线坐标和两个旋转坐标），而且可在计算机数控（CNC）系统的控制下同时协调运动进行加工。
这样的五轴联动数控加工与一般的三轴联动数控加工相比，主要有以下优点：1、可以加工一般三轴数控机床所不能加工或很难一次装夹完成加工的连续、平滑的自由曲面。
例如，航空发动机和汽轮机的叶片，舰艇用的螺旋推进器，以及许许多多具有特殊曲面和复杂型腔、孔位的壳体和模具等，如用普通三轴数控机床加工，由于其刀具相对于工件的位姿角在加工过程中不能变，加工某些复杂自由曲面时，就有可能产生干涉或欠加工（即加工不到）。
而用五轴联动的机床加工时，则由于刀具/工件的位姿角在加工过程中随时可调整，就可以避免刀具工件的干涉并能一次装夹完成全部加工；2、可以提高空间自由曲面的加工精度、质量和效率。
例如，三轴机床加工复杂曲面时，多采用球头铣刀，球头铣刀是以点接触成形，切削效率低，而且刀具/工件位姿角在加工过程中不能调，一般就很难保证用球头铣刀上的最佳切削点（即球头上线速度最高点）进行切削，而且有可能出现切削点落在球头刀上线速度等于零的旋转中心线上的情况处。
这时不仅切削效率极低，加工表面质量严重恶化，而且往往需要采用手动修补，因此也就可能丧失精度。
采用五轴机床加工，由于刀具/工件位姿角随时可调，则不仅可以避免这种情况的发生，而且还可以时时充分利用刀具的最佳切削点来进行切削，或用线接触成形的螺旋立铣刀来代替点接触成形的球头铣刀，甚至还可以通过进一步优化刀具/工件的位姿角来进行铣削，从而获得更高的切削速度、切削线宽，即获得更高的切削效率和更好的加工表面质量，图中所示便是以不变位姿角和以优化位姿角铣削相同自由曲面的效果比较的一例。
采用不变位姿角（Sturz法）铣削叶片的表面粗糙度要比采用优化位姿角（P铣削法—Starrag公司的专利）铣削叶片的表面粗糙度低一级，而所用的时间，前者还比後者多30%～130%；表面质量等级平均Ra值N81.6-3.2μmN70.8-1.6μmN60.4-0.8μmN50.2-0.4μm五轴加工机的结构特点：五轴加工机床与一般机床的最大区别在于它除了具有通常机床的三个直线坐标轴外，还有至少2个旋转坐标轴，而且可以五轴联动加工。
