五轴加(jia)工(5 axis machining)，顾(gu)名思义，是(shi)数(shu)控机床加(jia)工(gong)的一种(zhong)模(mo)式(shi)。采(cai)用X、y、z、a、b、c中(zhong)任意5个坐标(biao)的线(xian)性(xing)插补(bu)运动(dong)，五轴(zhou)加工所采(cai)用的机(ji)床(chuang)通(tong)常(chang)称(cheng)为(wei)五(wu)轴(zhou)机(ji)床(chuang)或(huo)五轴加工(gong)中心(xin)。可(ke)是(shi)你真的了(le)解(jie)五轴(zhou)加工(gong)吗？
与三(san)轴(zhou)联(lian)动(dong)的(de)数控(kong)加工(gong)相(xiang)比，从(cong)工艺(yi)和(he)编(bian)程(cheng)的角度来(lai)看(kan)，对(dui)复杂曲面采(cai)用五轴数控加(jia)工(gong)有(you)以(yi)下(xia)优(you)点(dian)：
（1）提高(gao)加(jia)工质(zhi)量和(he)效率
（2）扩(kuo)大工艺(yi)范(fan)围(wei)
（3）满足(zu)复(fu)合化(hua)发(fa)展新(xin)方(fang)向(xiang)
说(shuo)到(dao)五轴(zhou)，不(bu)得不(bu)说一(yi)说(shuo)真假(jia)五(wu)轴？真假(jia)5轴的区别主(zhu)要在(zai)于(yu)是(shi)否有(you)rtcp功(gong)能。
rtcp，解(jie)释一下，fidia的rtcp是(shi)“rotational tool center point”的缩写，字面意(yi)思是(shi)“旋转(zhuan)刀具中心(xin)”，业内(nei)往(wang)往(wang)会稍(shao)加转(zhuan)义(yi)为(wei)“围(wei)绕刀(dao)具(ju)中(zhong)心转”，也(ye)有(you)一(yi)些(xie)人直译(yi)为“旋(xuan)转刀具中心编(bian)程(cheng)”，其(qi)实这只是rtcp的(de)结(jie)果(guo)。
从(cong)fidia的(de)rtcp的(de)字(zi)面含(han)义(yi)看，假设(she)以手动方式(shi)定(ding)点(dian)执(zhi)行rtcp功能，刀具(ju)中心点和刀具与(yu)工件表面(mian)的(de)实际(ji)接触点将维(wei)持不(bu)变(bian)，此(ci)时刀具(ju)中(zhong)心(xin)点落在刀(dao)具(ju)与(yu)工件(jian)表(biao)面实(shi)际接触(chu)点(dian)处的(de)法线(xian)上(shang)，而(er)刀柄(bing)将(jiang)围绕刀(dao)具中心(xin)点(dian)旋(xuan)转(zhuan)，对(dui)于(yu)球头(tou)刀而(er)言(yan)，刀(dao)具(ju)中(zhong)心(xin)点就是数控代(dai)码(ma)的目(mu)标(biao)轨(gui)迹点(dian)。为(wei)了达(da)到(dao)让(rang)刀柄(bing)在执(zhi)行rtcp功能(neng)时能(neng)够(gou)单纯地(di)围(wei)绕目标轨迹(ji)点（即(ji)刀具中心点）旋(xuan)转(zhuan)的(de)目(mu)的，就(jiu)必须实(shi)时(shi)补偿由于刀(dao)柄转动所造成的(de)刀(dao)具中心点各直线坐标的偏(pian)移，这样(yang)才能(neng)够在保(bao)持刀具中心(xin)点(dian)以(yi)及刀(dao)具(ju)和工(gong)件表(biao)面(mian)实(shi)际接触点(dian)不变的(de)情况，改(gai)变刀柄与刀(dao)具(ju)和(he)工件(jian)表(biao)面(mian)实际(ji)接触点处的法线之(zhi)间的(de)夹角，起到(dao)发(fa)挥(hui)球头刀的最(zui)佳切(qie)削效率(lv)，并有效(xiao)避让(rang)干(gan)涉(she)等(deng)作用(yong)。因(yin)而rtcp似乎更多的是站在(zai)刀(dao)具中(zhong)心点（即(ji)数控(kong)代(dai)码的目标轨迹点(dian)）上，处理旋转(zhuan)坐标(biao)的变(bian)化。
不(bu)具备(bei)rtcp的五轴(zhou)机(ji)床(chuang)和数控系统必须依靠cam编(bian)程和后(hou)处理(li)，事(shi)先(xian)规(gui)划(hua)好刀路，同(tong)样(yang)一个(ge)零(ling)件(jian)，机(ji)床(chuang)换了，或(huo)者刀(dao)具换了，就(jiu)必(bi)须(xu)重新(xin)进行(xing)cam编程和(he)后处理，因而只(zhi)能(neng)被(bei)称(cheng)作假(jia)五轴(zhou)。真五轴即五轴(zhou)五联(lian)动，假五轴有可(ke)能是(shi)五(wu)轴(zhou)三联(lian)动(dong)，另(ling)外两轴只起到(dao)定(ding)位功能！
目前(qian)五轴(zhou)数(shu)控(kong)机(ji)床的(de)形(xing)式(shi)：
在(zai)5轴加工中心的机械设计上，机(ji)床(chuang)制造(zao)商始终坚持不懈(xie)地(di)致力(li)于(yu)开发(fa)出新(xin)的(de)运动(dong)模(mo)式，以(yi)满足(zu)各(ge)种要求(qiu)。综(zong)合目前市(shi)场上(shang)各类五(wu)轴(zhou)机(ji)床，虽然(ran)其(qi)机械(xie)结(jie)构形(xing)式(shi)多(duo)种(zhong)多样，但(dan)是主(zhu)要(yao)有以(yi)下(xia)几(ji)种形式：
1. 两(liang)个(ge)转(zhuan)动坐标(biao)直(zhi)接(jie)控制(zhi)刀(dao)具轴(zhou)线的方(fang)向（双摆头形(xing)式(shi)）
2. 两(liang)个(ge)坐(zuo)标轴在刀具(ju)顶端(duan)，但是旋转轴(zhou)不与(yu)直线轴(zhou)垂(chui)直（俯垂(chui)型摆(bai)头(tou)式(shi)）
3. 两个(ge)转(zhuan)动(dong)坐标直(zhi)接控(kong)制(zhi)空(kong)间的旋转(zhuan)（双转(zhuan)台形式）
4. 两个坐(zuo)标轴(zhou)在(zai)工作台(tai)上(shang)，但(dan)是旋(xuan)转轴不(bu)与(yu)直线(xian)轴(zhou)垂(chui)直（俯垂型工(gong)作(zuo)台式(shi)）
5. 两个(ge)转(zhuan)动坐(zuo)标(biao)一个(ge)作(zuo)用(yong)在刀(dao)具(ju)上，一(yi)个(ge)作(zuo)用(yong)在(zai)工件(jian)上（一摆一转形式）
五(wu)轴加(jia)工(gong)的(de)难(nan)点(dian)：
1. 五(wu)轴数(shu)控(kong)编(bian)程抽象(xiang)、操作困(kun)难：
三轴(zhou)机(ji)床(chuang)只(zhi)有直(zhi)线坐标轴(zhou), 而五(wu)轴(zhou)数控机(ji)床(chuang)结(jie)构形式多(duo)样；同(tong)一段(duan)nc 代(dai)码(ma)可以(yi)在(zai)不同(tong)的三轴(zhou)数控(kong)机(ji)床上(shang)获得(de)同(tong)样(yang)的加(jia)工效(xiao)果，但(dan)某一(yi)种(zhong)五轴机(ji)床(chuang)的nc代(dai)码却不能适(shi)用于(yu)所有(you)类型(xing)的五轴机床(chuang)。数控(kong)编程除(chu)了直(zhi)线(xian)运(yun)动(dong)之(zhi)外(wai), 还要(yao)协(xie)调旋(xuan)转(zhuan)运(yun)动的相(xiang)关(guan)计(ji)算(suan)，如旋转角(jiao)度(du)行程(cheng)检验、非线性(xing)误(wu)差(cha)校核(he)、刀(dao)具(ju)旋(xuan)转运(yun)动(dong)计算等(deng)，处(chu)理的(de)信息量很(hen)大，数控编程极(ji)其(qi)抽(chou)象。五轴数控(kong)加工(gong)的操(cao)作(zuo)和编(bian)程技能密(mi)切相关，如(ru)果用(yong)户为(wei)机(ji)床(chuang)增(zeng)添了(le)特殊(shu)功(gong)能，则(ze)编程和操(cao)作(zuo)会更(geng)复(fu)杂(za)。只有(you)反(fan)复(fu)实践(jian)，编(bian)程及操作(zuo)人员才能(neng)掌握必备(bei)的知识(shi)和(he)技能。经(jing)验(yan)丰(feng)富(fu)的编程、操(cao)作人(ren)员的缺(que)乏，是五(wu)轴数(shu)控技术普(pu)及(ji)的一(yi)大阻力。许(xu)多(duo)厂(chang)家从国(guo)外购(gou)买了五轴数(shu)控(kong)机(ji)床，由于(yu)技(ji)术(shu)培(pei)训和(he)服(fu)务(wu)不到位(wei)，五(wu)轴(zhou)数(shu)控(kong)机(ji)床固(gu)有(you)功能很难(nan)实现(xian)，机(ji)床利用率(lv)很(hen)低，很(hen)多(duo)场合还不(bu)如(ru)采(cai)用(yong)三轴(zhou)机床(chuang)。
2. 对(dui)nc插(cha)补控制器(qi)、伺(ci)服(fu)驱(qu)动系(xi)统要求十(shi)分严格：
五轴(zhou)机床的(de)运(yun)动是(shi)五(wu)个坐(zuo)标(biao)轴(zhou)运(yun)动的(de)合(he)成(cheng)。旋(xuan)转(zhuan)坐(zuo)标的(de)加入(ru)，不(bu)但(dan)加(jia)重(zhong)了插补(bu)运算的负担(dan)，而(er)且旋(xuan)转坐标(biao)的微(wei)小误差就(jiu)会大(da)幅(fu)度降低(di)加(jia)工(gong)精度。因(yin)此(ci)，要求(qiu)控制(zhi)器有(you)更高的(de)运(yun)算(suan)精度(du)。五(wu)轴机(ji)床的运(yun)动(dong)特(te)性要求伺(ci)服(fu)驱动(dong)系统(tong)有(you)很(hen)好(hao)的(de)动(dong)态特(te)性和较(jiao)大的(de)调速(su)范围(wei)。
3. 五轴(zhou)数控(kong)的(de)nc程(cheng)序校验尤为重要(yao)
要(yao)提(ti)高机(ji)械加(jia)工(gong)效率(lv)，迫(po)切要(yao)求(qiu)淘汰(tai)传(chuan)统(tong)的“试切法(fa)”校验(yan)方(fang)式 。在五轴数控加(jia)工当中，nc 程(cheng)序的校验工作也变(bian)得十分重要， 因为(wei)通常采用(yong)五(wu)轴(zhou)数控(kong)机(ji)床加(jia)工的(de)工(gong)件(jian)价格十分(fen)昂(ang)贵(gui)，而且(qie)碰撞是五轴数(shu)控(kong)加工(gong)中的(de)常(chang)见问(wen)题：刀(dao)具(ju)切入工件；刀具以极(ji)高的速(su)度碰(peng)撞到(dao)工(gong)件；刀具和机床、夹具及(ji)其(qi)他加工范(fan)围内的(de)设(she)备(bei)相碰撞(zhuang)；机床(chuang)上(shang)的(de)移动(dong)件和(he)固(gu)定(ding)件或工(gong)件(jian)相(xiang)碰(peng)撞(zhuang)。五(wu)轴数控(kong)中，碰(peng)撞(zhuang)很(hen)难(nan)预(yu)测，校(xiao)验(yan)程序必(bi)须(xu)对(dui)机(ji)床运(yun)动学(xue)及控(kong)制(zhi)系统进行(xing)综合(he)分析。如(ru)果(guo)cam 系统检(jian)测(ce)到(dao)错(cuo)误，可以立即对(dui)刀具(ju)轨(gui)迹(ji)进(jin)行(xing)处(chu)理(li)；但如果在加工(gong)过程(cheng)中(zhong)发(fa)现(xian)nc 程序错误(wu)，不能(neng)像在(zai)三轴(zhou)数(shu)控(kong)中那(na)样(yang)直(zhi)接(jie)对刀(dao)具(ju)轨迹(ji)进行修(xiu)改(gai)。在三轴(zhou)机(ji)床(chuang)上(shang)，机床操作者(zhe)可以(yi)直接对(dui)刀具(ju)半(ban)径(jing)等(deng)参(can)数(shu)进行修(xiu)改。而(er)在(zai)五(wu)轴(zhou)加工中(zhong)，情况(kuang)就(jiu)不那(na)么(me)简单了，因为(wei)刀(dao)具尺寸和(he)位置的变(bian)化对后续(xu)旋(xuan)转运动轨(gui)迹有直(zhi)接(jie)影响。
4. 刀(dao)具半(ban)径补偿(chang)
在(zai)五轴(zhou)联动nc 程(cheng)序中，刀具(ju)长度补(bu)偿(chang)功(gong)能(neng)仍然(ran)有效，而刀(dao)具(ju)半径(jing)补偿却(que)失(shi)效(xiao)了。以(yi)圆柱(zhu)铣(xi)刀进(jin)行(xing)接(jie)触成(cheng)形铣削时(shi)，需要(yao)对不(bu)同直径(jing)的刀具(ju)编制(zhi)不(bu)同(tong)的(de)程序。目(mu)前流行(xing)的cnc 系(xi)统均无(wu)法完(wan)成(cheng)刀具(ju)半(ban)径(jing)补(bu)偿(chang)，因(yin)为(wei)iso文件中没有(you)提供(gong)足(zu)够的数(shu)据(ju)对刀(dao)具(ju)位(wei)置进(jin)行(xing)重(zhong)新(xin)计算(suan)。用户(hu)在进行数控加(jia)工时(shi)需要(yao)频(pin)繁(fan)换(huan)刀(dao)或调整(zheng)刀具(ju)的确切(qie)尺寸，按照(zhao)正(zheng)常的处理程序，刀(dao)具(ju)轨迹应(ying)送回cam 系(xi)统重(zhong)新(xin)进行(xing)计算(suan)。从而导致(zhi)整个加工(gong)过(guo)程(cheng)效率十分(fen)低下(xia)。针(zhen)对(dui)这(zhe)个问(wen)题, 挪(nuo)威研究(jiu)人员(yuan)正(zheng)在(zai)开发一(yi)种临时解决(jue)方(fang)案, 叫(jiao)做(zuo)lcops(low cost optimized productionstrategy , 低(di)耗最优(you)生产策略)。刀(dao)具(ju)轨(gui)迹修(xiu)正(zheng)所需数据由cnc 应用(yong)程(cheng)序(xu)输送到(dao)cam 系(xi)统(tong)，并(bing)将(jiang)计算所(suo)得(de)刀(dao)具(ju)轨迹直接送往(wang)控制(zhi)器。lcops 需要(yao)第三(san)方提供cam 软(ruan)件，能够直(zhi)接(jie)连接(jie)到cnc 机(ji)床(chuang)，其间(jian)传(chuan)送的是(shi)cam 系统(tong)文(wen)件(jian)而不是iso 代码。对这个问题(ti)的最终(zhong)解(jie)决方案，有赖于引(yin)入新一(yi)代cnc 控(kong)制系统(tong)，该系(xi)统(tong)能(neng)够识别(bie)通用格式的工(gong)件(jian)模型(xing)文件(如step 等(deng))或(huo)cad 系统文件。
5. 后置处(chu)理(li)器
五(wu)轴机床和三(san)轴(zhou)机床不(bu)同(tong)之处在于(yu)它(ta)还(hai)有两个(ge)旋转(zhuan)坐(zuo)标(biao)，刀(dao)具(ju)位置从(cong)工(gong)件(jian)坐(zuo)标系(xi)向机床(chuang)坐(zuo)标(biao)系(xi)转换(huan)，中间(jian)要(yao)经(jing)过(guo)几次(ci)坐标变(bian)换(huan)。利用(yong)市场上(shang)流(liu)行(xing)的后(hou)置(zhi)处(chu)理(li)器(qi)生(sheng)成(cheng)器，只需(xu)输(shu)入(ru)机(ji)床的(de)基(ji)本参数，就能(neng)够(gou)产生三轴(zhou)数控机床的后(hou)置处(chu)理(li)器(qi)。而(er)针(zhen)对(dui)五轴数(shu)控机床，目前只有一些(xie)经过(guo)改(gai)良(liang)的后(hou)置处理(li)器(qi)。五(wu)轴数(shu)控(kong)机床(chuang)的后置处(chu)理(li)器还有待(dai)进一步(bu)开发(fa)。三轴联(lian)动时，刀具(ju)的(de)轨(gui)迹(ji)中(zhong)不(bu)必(bi)考虑(lv)工(gong)件(jian)原(yuan)点在机床(chuang)工(gong)作台的(de)位(wei)置(zhi)，后(hou)置(zhi)处(chu)理器(qi)能够自(zi)动(dong)处(chu)理工件(jian)坐标(biao)系(xi)和(he)机(ji)床(chuang)坐标系的关(guan)系(xi)。对(dui)于五(wu)轴(zhou)联(lian)动，例如在X、y、z、b、c 五(wu)轴联(lian)动(dong)的卧式铣床上加(jia)工时, 工件(jian)在c 转台(tai)上(shang)位(wei)置(zhi)尺寸(cun)以(yi)及(ji)b 、c 转台相(xiang)互(hu)之间的位(wei)置尺寸，产(chan)生刀具轨(gui)迹时(shi)都必须加(jia)以考(kao)虑(lv)。工(gong)人通(tong)常在装(zhuang)夹(jia)工(gong)件(jian)时要(yao)耗(hao)费(fei)大(da)量时(shi)间(jian)来处理(li)这(zhe)些位(wei)置关系。如(ru)果(guo)后(hou)置处理(li)器能处理这些(xie)数据，工件的(de)安装(zhuang)和刀具轨迹的(de)处(chu)理都会大(da)大简化(hua)；只(zhi)需(xu)将(jiang)工件装(zhuang)夹(jia)在(zai)工作(zuo)台(tai)上，测(ce)量工(gong)件(jian)坐标(biao)系的(de)位置(zhi)和(he)方向(xiang)，将这些数(shu)据(ju)输(shu)入(ru)到(dao)后(hou)置(zhi)处理器(qi)，对刀(dao)具轨(gui)迹进(jin)行后(hou)置处理(li)即(ji)可(ke)得(de)到适当(dang)的(de)nc 程(cheng)序。
6. 非(fei)线(xian)性(xing)误(wu)差(cha)和(he)奇异性问题
由于旋(xuan)转(zhuan)坐标的(de)引入(ru)，五轴数(shu)控机床的运动学(xue)比三轴(zhou)机床要复杂得多(duo)。和(he)旋(xuan)转有关(guan)的(de)第(di)一(yi)个问(wen)题是非线(xian)性(xing)误(wu)差(cha)。非线(xian)性(xing)误(wu)差应归(gui)属(shu)于编程(cheng)误差，可(ke)以通过(guo)缩小步距(ju)加以控(kong)制。在(zai)前置计算阶段(duan)，编程(cheng)者(zhe)无法(fa)得(de)知(zhi)非(fei)线(xian)性(xing)误差的(de)大小(xiao)，只有通(tong)过后置(zhi)处理(li)器生(sheng)成(cheng)机(ji)床程(cheng)序(xu)后(hou)，非(fei)线性误差(cha)才有可能计(ji)算(suan)出来(lai)。刀(dao)具轨(gui)迹(ji)线性化(hua)可以(yi)解决(jue)这个(ge)问(wen)题。有些控(kong)制系统(tong)能够(gou)在加(jia)工(gong)的(de)同(tong)时对刀(dao)具轨迹(ji)进行线性(xing)化(hua)处(chu)理(li)，但(dan)通(tong)常(chang)是在后置处理(li)器中(zhong)进(jin)行线(xian)性(xing)化(hua)处(chu)理(li)。旋(xuan)转(zhuan)轴(zhou)引起(qi)的另(ling)一个(ge)问题(ti)是(shi)奇(qi)异(yi)性。如果奇(qi)异(yi)点处在(zai)旋(xuan)转(zhuan)轴(zhou)的极限(xian)位置(zhi)处，则(ze)在(zai)奇异点附近若有很(hen)小(xiao)振(zhen)荡都会(hui)导致旋转(zhuan)轴的(de)180°翻转(zhuan)，这(zhe)种(zhong)情况(kuang)相(xiang)当(dang)危(wei)险(xian)。
7. 对(dui)cad/ cam系(xi)统(tong)的要求(qiu)
对(dui)五(wu)面(mian)体加(jia)工(gong)的(de)操(cao)作, 用(yong)户必(bi)须借(jie)助(zhu)于(yu)成熟的(de)cad/cam 系(xi)统(tong)，并且(qie)必(bi)须(xu)要有(you)经验(yan)丰富(fu)的(de)编(bian)程人(ren)员(yuan)来(lai)对cad/cam 系统(tong)进行操作(zuo)。
8. 购(gou)置机床(chuang)的(de)大量投(tou)资(zi)
以前五(wu)轴机床和(he)三轴机床(chuang)之(zhi)间的价(jia)格(ge)悬(xuan)殊(shu)很大(da)。现在，三(san)轴机(ji)床附(fu)加一个(ge)旋转(zhuan)轴(zhou)基(ji)本(ben)上(shang)就是普通三轴机床(chuang)的价格(ge)，这(zhe)种机床可以(yi)实(shi)现(xian)多(duo)轴机(ji)床(chuang)的功能(neng)。同(tong)时(shi)，五(wu)轴机床(chuang)的(de)价格(ge)也(ye)仅(jin)仅比三轴机床(chuang)的价(jia)格高(gao)出30%～ 50%。除了机(ji)床本(ben)身(shen)的投资(zi)之外(wai)，还必须(xu)对(dui)cad/cam系统软(ruan)件(jian)和(he)后置(zhi)处理(li)器(qi)进(jin)行升级，使(shi)之适(shi)应(ying)五(wu)轴加(jia)工(gong)的要求(qiu)；必须对(dui)校(xiao)验(yan)程序进行(xing)升(sheng)级(ji)，使(shi)之(zhi)能够(gou)对(dui)整(zheng)个(ge)机(ji)床进(jin)行仿(fang)真处(chu)理(li)。
