五轴加工(5 axis machining)，顾名思义，是数控机床(chuang)加工的一种(zhong)模式。采用X、y、z、a、b、c中任意5个坐标的线(xian)性插补运动(dong)，五轴加工所采(cai)用的(de)机床通常称为五轴机床或五轴(zhou)加工中心。可是你(ni)真的了解五轴加工吗？
与三轴联动的数控(kong)加工相比，从工(gong)艺和编(bian)程的角度来看，对复杂曲面(mian)采用五轴数(shu)控加(jia)工有以下优点：
（1）提高加工质量(liang)和(he)效(xiao)率
（2）扩大工艺范围
（3）满足复合化发展新方向
说到五轴，不得不说(shuo)一说真假五轴？真假5轴(zhou)的区别主要在于(yu)是否有(you)rtcp功能。
rtcp，解释一下，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(hui)稍加转(zhuan)义为“围绕刀具中心转”，也有(you)一些人直译为“旋转刀具中心编程”，其实这只(zhi)是rtcp的结果。
从fidia的rtcp的字面含义看，假设以手动方式(shi)定点执行rtcp功能，刀具中(zhong)心点和刀具与(yu)工件表面的实际接触点将(jiang)维持不变，此时刀具中心点落(luo)在刀具与工件表面实际接触点处的法(fa)线上，而刀柄(bing)将(jiang)围(wei)绕刀具中心点旋转，对于球头刀而言，刀(dao)具中心点(dian)就是数控代(dai)码的(de)目标轨迹点。为了达到(dao)让刀柄在执行rtcp功(gong)能时能够单纯地围绕目标轨迹点（即(ji)刀具中心点）旋转的目的，就必须实(shi)时补偿由于刀柄转动所造成的刀具中心点各直线坐(zuo)标的(de)偏移，这样才(cai)能(neng)够在(zai)保持刀具中心点(dian)以及刀具和工件表面实际(ji)接触点(dian)不变的情况，改变刀(dao)柄与刀具和工(gong)件表面(mian)实际(ji)接(jie)触点处(chu)的法线之间的夹角，起到发挥球头刀的最(zui)佳(jia)切削效率，并(bing)有效(xiao)避让干涉等作用(yong)。因而rtcp似乎更多的(de)是站在(zai)刀具中心(xin)点（即(ji)数控代码的目标轨迹点）上，处理(li)旋转坐标的变(bian)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(hua)好刀路(lu)，同样一个零件，机床换了(le)，或者刀具换了，就必须重新进行cam编程(cheng)和后处理，因而只能被称(cheng)作假五轴。真五轴即五轴(zhou)五联动，假五轴有(you)可能是五轴三联动，另外两轴(zhou)只起到定(ding)位功能！
目前五轴数控机床的(de)形式：
在5轴加(jia)工中心(xin)的机械设计上，机床制造商始(shi)终坚持不懈地致力于开发出新的运动模式(shi)，以满足各种要求。综合目前市场上各类五轴机床，虽然其机械结构形式多种多样，但是主要有以下几种形式：
1. 两个转动坐标直接控制刀具轴线的方向（双摆头形式）
2. 两(liang)个坐标轴在刀具顶端，但是旋转轴不与直线轴垂直（俯垂(chui)型摆头式）
3. 两个转动坐标直接控制空间的旋转(zhuan)（双(shuang)转台形(xing)式）
4. 两个坐标轴在(zai)工作台上，但是旋转(zhuan)轴(zhou)不与直线轴垂直(zhi)（俯垂型工作台式）
5. 两(liang)个转(zhuan)动坐标一个作用在刀具上(shang)，一个作用在工件上（一摆(bai)一转形式）
五轴(zhou)加(jia)工的难点：
1. 五轴数控编程抽象、操作(zuo)困难：
三轴机床只有(you)直线坐标轴, 而五轴数控机床结构形式多样(yang)；同(tong)一段nc 代码可以在不同的三轴数控(kong)机床上获得同(tong)样的加工效果，但某一(yi)种五轴(zhou)机床(chuang)的nc代码却不能适用于所有类型的五轴机床。数控编(bian)程除了直线运动之外, 还要协调旋转运动的相关计(ji)算(suan)，如旋转角度行(xing)程检验、非线性误(wu)差(cha)校核、刀具旋转(zhuan)运动计算等(deng)，处理的信息量很大，数控编程极其抽象。五轴数(shu)控加工的操作和编程技能密切相关，如果(guo)用户为机(ji)床增添了特殊功能(neng)，则编程和(he)操作会(hui)更复杂。只有反复实践，编(bian)程及操作人员才能掌(zhang)握必备的知识和技能。经验(yan)丰富的(de)编程、操作人员的缺乏，是五轴数控技术普及的一大阻力。许多厂家从国外购买了五轴数控机床，由于技术培训和(he)服务(wu)不到(dao)位，五轴数控机床固有功能很难实现，机床利用率很低，很多场合还不如(ru)采用三(san)轴机床。
2. 对nc插补控制(zhi)器、伺服驱动系统要求十分严格：
五轴机床的运动是五个坐标轴运动(dong)的合成。旋转坐标的加入，不但加重了插补运算的负担，而且(qie)旋转(zhuan)坐标(biao)的微小误差就(jiu)会大(da)幅度降低加工(gong)精度。因(yin)此，要求控制(zhi)器有更高的运算精度。五轴机床(chuang)的运动特性(xing)要求伺服驱动系统有很好的(de)动态特性和(he)较大的(de)调速范围。
3. 五轴数控的nc程序(xu)校验尤为重要
要提高机械加(jia)工效率，迫切(qie)要求淘汰传统的“试切法”校(xiao)验(yan)方式 。在五(wu)轴(zhou)数控(kong)加(jia)工(gong)当中，nc 程序的校验工作(zuo)也变得十分重要， 因为通常采用五轴数控机床加工的(de)工件价格十分昂贵，而且碰撞是五轴(zhou)数(shu)控加工中的常(chang)见问题：刀具切入(ru)工件；刀具以极(ji)高的速度碰撞(zhuang)到工件；刀具和机床、夹具及其(qi)他加工范围内的设备相碰(peng)撞；机床上(shang)的移动件和固定件或(huo)工件(jian)相碰撞(zhuang)。五(wu)轴数控中，碰撞很难预测，校验程序必须对机(ji)床运动(dong)学及控制(zhi)系统进(jin)行综合分(fen)析。如果(guo)cam 系统检(jian)测到错误，可以(yi)立即对刀具轨(gui)迹进行处理；但如果在加工过程中发现nc 程序错误，不能像在三轴数控中那样直接对刀具轨迹进行修改(gai)。在三轴机床上(shang)，机床操(cao)作者可以(yi)直接对刀具半(ban)径等参数进行修改。而在五轴加工(gong)中(zhong)，情况(kuang)就不那么简单了，因为(wei)刀(dao)具尺寸和位置的变化对后续旋转运动轨迹有直接影响。
4. 刀具半径补(bu)偿
在五轴联动nc 程序中，刀具长度补偿功能仍然(ran)有效，而刀具半径补偿却失效了(le)。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时，需要对不同直径的刀具编制不同的程序。目前流行的cnc 系统均无(wu)法完成刀具半径(jing)补偿，因为iso文件中没有提供足够的数据对刀具位(wei)置进行(xing)重新计算。用户在进行数控加工时需要频(pin)繁换刀或调(diao)整刀具的确切尺寸(cun)，按照(zhao)正常(chang)的处理程序，刀具轨(gui)迹应送回cam 系统重新进行计算(suan)。从(cong)而导(dao)致整个加(jia)工(gong)过程效率十分低下。针对这个问题, 挪威(wei)研究人员正在开发一种临时解决方案, 叫做lcops(low cost optimized productionstrategy , 低(di)耗最优生产策略)。刀具轨迹修正所(suo)需数据由cnc 应用程序输送到cam 系(xi)统，并将(jiang)计算所得刀具轨迹直接送往控制器。lcops 需要第三方提供cam 软件(jian)，能够(gou)直(zhi)接连接到cnc 机床，其间传送的是cam 系统文件而不是iso 代码。对这个问题(ti)的最终解决(jue)方案，有赖于引入新一代(dai)cnc 控制系统，该系统能够识别(bie)通用格式的工件模型文件(如step 等)或cad 系统文件。
5. 后置处理(li)器
五轴机床和(he)三轴机床不同之处在于它还有两个旋(xuan)转坐标，刀具位置从工件坐标系向机床坐标系转换，中间要经过几次坐标变换。利用市场(chang)上流行的后置处理器生成器，只需输入机(ji)床的基本参数，就能够产生三轴数控(kong)机(ji)床的后置处理器。而针对五轴数控机床，目(mu)前只有一(yi)些经过改良的后置处理器。五轴数控机床的后置处理器还有待进一步(bu)开发。三轴联动时，刀具的轨(gui)迹中不(bu)必考虑工件原点在机床工作台的位置，后置处(chu)理器能够自动处理工(gong)件坐标系和机床坐标系的关系(xi)。对于五轴联(lian)动，例如在X、y、z、b、c 五轴联动的(de)卧式铣床上(shang)加工时, 工(gong)件在c 转台上位置尺寸以及b 、c 转台(tai)相互之间的位置尺寸，产生刀具轨迹时都必须加以考虑。工人通常(chang)在装夹工件时要耗费大量时间来处理这(zhe)些位置关系。如果后置处理器能处理这(zhe)些数据，工件的安(an)装和刀具轨迹的处理都(dou)会大大(da)简化；只需将工件(jian)装夹在(zai)工作(zuo)台上，测量工件坐标系的(de)位置和方向，将这些数(shu)据输入到后置处(chu)理器，对刀具轨迹进行后置处理即可得到适当的nc 程序。
6. 非线性误差和奇异性问题
由于旋转坐标的引入，五轴数控机床的运动学比三轴(zhou)机床要复杂(za)得多。和旋转(zhuan)有关的第(di)一个问题是非线性误(wu)差。非线性误差应归属于编程误差，可以通过缩小步距加(jia)以控制(zhi)。在前置计算阶段，编程者无法得知非线性误差的大小，只有通过后置处理器(qi)生成机床程(cheng)序后，非线性误差才有可能计算出(chu)来。刀具轨迹线性化可以解决(jue)这(zhe)个问(wen)题。有些控制系统能够在加工的(de)同时对刀(dao)具(ju)轨(gui)迹进行线性(xing)化处理，但通(tong)常是在后置处理器中(zhong)进行线性化处理(li)。旋转轴引起的另一个问题是奇异性。如(ru)果奇异点处在旋转轴的极限位置处，则在奇异点附近若有很小振(zhen)荡都会导致旋转轴的180°翻转(zhuan)，这种(zhong)情况相当危险。
7. 对cad/ cam系(xi)统的要求
对(dui)五(wu)面体加工的操作, 用户必须借(jie)助于成熟的cad/cam 系统，并且(qie)必须要有经验丰富的编程人员来对cad/cam 系统进(jin)行操作(zuo)。
8. 购置机床的大量(liang)投资
以(yi)前五轴机床和三(san)轴机(ji)床之间的价(jia)格悬殊很大(da)。现在，三轴机床附加一个旋转轴基(ji)本上就是普通三轴机床的(de)价(jia)格，这种机床(chuang)可以实现多轴(zhou)机床的功能。同(tong)时，五轴(zhou)机床(chuang)的价格也仅仅比三轴机床的价格高出30%～ 50%。除了机床本身的(de)投资之外，还必须对cad/cam系统软件(jian)和后置处理器进行升级，使之(zhi)适应五轴加工(gong)的要求；必须对校验程序进行升级，使之(zhi)能(neng)够对整个机床进行仿真处理。
