五轴加工中心原理

五轴加工中心数控编程技巧分析

摘要：五轴加工中心是机械工业生产中极为重要的设备，具有加工范围广、精度高、速度快的特点，可以对各类零部件进行高效加工。五轴加工中心数控编程技巧的应用有利于提升加工效率，保证加工质量，程序员在进行五轴加工中心的数控编程时需要注意科学分析数控机床、明确坐标系确定方法、关注编程中刀具补偿、选用恰当的编程方法并优化编程中的工艺处理，进一步强化数控编程质量，提升五轴加工中心的工作效率。

关键词：五轴加工中心；数控编程；技巧

五轴加工中心的五轴联动设计是工业生产中进行零件加工的重要技术，可以对大型三维立体曲面等零件进行加工，具有极高的应用价值。而数控编程技术的应用能够对五轴联动加工系统进行多元化控制，调整加工速度、空走速度、落刀速度等数值，保证加工效率与质量。在五轴加工中心的数控编程中，合理运用编程技巧可以减少程序编写的工作量，提升加工效率、优化工业生产过程，为此应该重视五轴加工中心数控原理分析，并对具体的编程技巧进行研究，合理的运用相应技巧完成程序编写。

一、五轴加工中心数控系统控制原理

五轴加工是数控机床加工的一种模式，是在X、Y、Z三个移动轴基础上加任意两个旋转轴的五轴联动加工系统，可以让加工刀具在五个自由度上进行定位与连接，能够实现几何形状复杂的零件加工。五轴加工中心是五轴加工所采用的机床，可进行各类复杂零部件加工，包括有自由曲面的机体零部件、涡轮机零部件等，能够提高零件加工效率。五轴加工中心的五轴联动加工具有更广的适应性，可以对直纹面类零件进行加工，提高其工作效率[1]。在立体型面加工时，五轴加工可以采用铣刀端面逼近立表面进行加工，减少走刀次数，降低残余高度，提高加工效率与表面质量。此外，五轴数控加工可以一次装夹完成工件多表面、度工序加工，在提高工作效率的同时，确保相互位置的精度，具有极高的应用价值。五轴加工中心数控系统是运用编程软件完成编程，进而实现数字化控制的过程，通常需要由编程人员与机床操作人员密切配合，保证其程序编写的科学性与准确性。在五轴加工中心数控编程中，操作人员负责测量工件在机床上装夹时与两个回转轴之间的具体位置、刀具的实际长度，编程人员则根据测量数据进行编程设计，生成程序交付加工使用。优质的数控编程可以提升五轴加工中心的工作效率，保证加工精度，为工业生产创造更好的条件[2]。

图1 美国moore的500FG五轴超精密机床

图2 乌克兰新工作原理超精密机床

图3 国内先进的超精密加工机床

图4a ELID镜面磨削新工艺的原理

图4bELID镜面磨削新工艺磨出的样件

图5精密曲面抛光机 图6 磁流体抛光设备

图7 Zeeko气囊抛光原理 图8微型铣刀的加工微结构

图9 铣制的端部微细密齿件 图10微细铣刀

图11加工微型零件的五轴加工中心的结构示意图

图12 用五轴加工中心加工的产品

图13 超精密切削玻璃时的脆塑转变

图14 超精密切削表面形貌的仿真

图15 超精密切削的分子动力学模拟

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。

五轴加工中心优点

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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。