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数控奥林匹克多轴加工工艺研修（无锡）班多轴机床实操讲义南京四开电子企业有限公司——数控中心内部资料多轴机床手册（节选）第一章五轴机床应用必备知识第一节五轴机床的几种结构简介1.1.1 五轴机床的分类五轴机床一般为在普通三轴机床的基础上附加了两个旋转轴。

又称为3+2轴。

按照旋转轴的类型，五轴机床可以分为三类：双转台五轴、双摆头五轴、单转台单摆头五轴。

旋转轴分为两种：使主轴方向旋转的旋转轴称为摆头，使装夹工件的工作台旋转的旋转轴称为转台。

按照旋转轴的旋转平面分类，五轴机床可分为正交五轴和非正交五轴。

两个旋转轴的旋转平面均为正交面（XY、YZ或XZ平面）的机床为正交五轴；两个旋转轴的旋转平面有一个或二个不是正交面的机床为非正交五轴。

1.1.2 SKY五轴机床的三种典型结构●双转台五轴两个旋转轴均属转台类，B轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。

一般两个旋转轴结合为一个整体构成双转台结构，放置在工作台面上。

特点：加工过程中工作台旋转并摆动，可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，适合加工体积小、重量轻的工件；主轴始终为竖直方向，刚性比较好，可以进行切削量较大的加工。

图1-1-1双转台结构示意图●双摆头五轴两个旋转轴均属摆头类，B轴旋转平面为ZX平面，C轴旋转平面为XY平面。

两个旋转轴结合为一个整体构成双摆头结构。

特点：加工过程中工作台不旋转或摆动，工件固定在工作台上，加工过程中静止不动。

适合加工体积大、重量重的工件；但因主轴在加工过程中摆动，所以刚性较差，加工切削量较小。

图1-1-2双摆头结构示意图●单转台单摆头五轴旋转轴B为摆头，旋转平面为ZX平面；旋转轴C为转台，旋转平面为XY 平面。

特点：加工过程中工作台只旋转不摆动，主轴只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头之间。

图1-1-3单摆头单转台结构示意图第二节加工坐标系与对刀操作的作用1.2.1 加工坐标系的作用使用数控机床来加工，编程时必须在所加工的实体或曲面模型上选择一个基准点。

以这个点为加工原点的坐标系就称为加工坐标系（或称工件坐标系）。

三轴机床加工坐标系的基本轴向一般都符合右手定则。

轴向如图所示：当右手大拇指的方向指向机床X轴正方向时，那么食指方向为Y轴正方向，中指方向为Z轴正方向。

Z轴正方向（中指的方向）Y轴正方向（食指的方向）X轴正方向（大拇指的方向）图1-2-1右手定则五轴机床比三轴机床多了旋转轴和摆动轴，因此五轴机床的加工坐标系是一个五维坐标系。

其加工坐标系中X 、Y 、Z 三轴一般都与三轴机床相同，其余两轴则因机床结构类型不同而不同。

在CAM 软件中编程时，首先生成加工的刀具轨迹，然后通过后处理生成G 代码的加工程序。

加工程序中除了G 代码指令之外，大量的内容为机床各轴坐标值，这些坐标值都是刀具轨迹上的点相对于加工坐标系中的值。

在机床加工时，机床就会按照这些坐标值确定的位置来运动，通过刀具的切削，精确加工出所需的工件。

加工坐标系的作用就是确定刀具轨迹的坐标值，使加工刀路可以数值化、程序化，从而可以实现精确的数控加工。

因此，数控加工必须要建立一个加工坐标系。

1.2.2五轴机床加工中的对刀操作对刀操作所做的工作就是将CAM 软件的三维图形中的加工坐标系与实际机床上的加工坐标系统一起来。

如下图，工件原点（加工坐标系原点）位置是由编程人员设定的。

机床上工件的原点反映的是工件与机床原点之间的位置关系。

工件原点一旦确定一般不再改变。

图1-2-2工件原点与机床原点的关系三轴机床加工时，在加工件在机床工作台上装夹好之后，要找到编程时在图形中设定为基准点的那一点在机床上的位置，也就是测出这一点的机床坐标值。

五轴机床加工的对刀操作与三轴机床不同，一是操作顺序不同，二是五轴比三轴要多一些内容。

三轴机床一般都是先装夹好工件，再去进行对刀操作。

五轴机床有时要先进行部分对刀操作，然后在装夹工件。

这种情况下，工件装夹的位置还需按照对刀的要求进行校正。

五轴机床的旋转轴或摆动轴都是按角度值运动的，因此五轴机床的对刀还需要校正旋转轴或摆动轴的零点位置；当机床结构为双转台或双摆头时，两个旋转轴是相关的（其中一个转轴跟随另一个运动），这时需要测定两轴的距离或偏心量；当五轴机床含有摆头结构时，还需要测量摆长以及刀具长度。

X+ Z+Y+机床原点（0,0,0） 工件原点（对应于编程原点）对三种主要结构类型的五轴机床对刀操作与三轴机床的不同点概述如下：A．双转台机床（工作台回转、摆动），在工件装夹之前测量确定两转轴轴线和摆轴轴线的交点、转台表面到摆轴轴线的距离，还要将转台校水平，装夹工件时校正工件或测量出工件位置偏差。

B．转台+摆头机床（工作台回转，刀具摆动），要在装夹工件之前测出转台中心，装夹工件时校正工件或测量出工件位置偏差，还要测定摆轴的有效摆长（有效摆长＝摆轴长＋基准刀具长）。

C．双摆头机床（刀具回转、摆动），要测定摆轴的有效摆长，还要校正摆轴和转轴的零度位。

第三节 SKY2006N型数控系统中的拓展功能—G10和G121．SKY2006N型多轴高速数控系统新增功能进一步改进了多轴联动加工的关键性控制技术；系统在新功能方面增加了3-D刀具空间补偿功能；改进了皮米插补功能和坐标系寻位补偿（G10）功能；摆轴长度补偿功能（加工时在数控系统中设定摆轴长度）；实现5000程序段的预处理功能（前瞻控制），满足了五轴联动机床高速加工的前瞻控制需求；增加了五轴加工刀具路径实时动态跟踪模拟显示功能；有力地保证了机床在运动中的精度控制和操作的方便性。

2．3-D刀具空间补偿原理（G10）五轴联动加工中涉及到的刀具补偿问题在SKY2006N型多轴数控系统中得到了很好的解决。

C轴和b轴的偏心3．G12补偿原理主轴和 C轴的偏心第二章五轴机床的基本操作第一节五轴机床操作的基本特点必须在熟练掌握SKY三轴机床操作的基础上，才能学习SKY五轴机床的操作。

SKY三轴机床操作请参照SKY三轴机床操作手册。

SKY五轴机床的操作的基本特点如下：1．SKY五轴机床的操作与SKY三轴机床的操作基本相同，只是在SKY三轴机床的基础上加了B、C两轴。

例如，开机→机床工作→返参的操作：打开总电源→打开操作面板上的钥匙开关→双击桌面SKY2008POWER进入SKY数控系统→旋起紧停按钮→打开机床工作→按“F4”进入返参方式→按“3”选择机床原点功能→按“F6”键执行。

这些基本操作与SKY三轴机床的操作完全一样。

三轴机床返参（回机床原点）过程为Z、Y、X三个直线运动轴按次序返回机床原点；五轴机床返参在此基础上，增加了旋转轴 B轴和C轴返回机床原点。

2．SKY五轴系统中一般摆动轴为B轴，旋转轴为C轴，单位均为度（°）。

3．一般从旋转轴的旋转平面法向正向去观察，顺时针转动就是正向，逆时针转动为负。

4．SKY五轴机床在对刀操作时需测定摆长：当机床为双转台结构时，摆长为转台表面到摆动轴轴线的距离；当机床为单摆头或双摆头结构时，摆长为主轴端面到摆动轴轴线的距离。

图2-1-1摆长示意图为了便于理解我们把这个距离叫做摆长，一般在双转台五轴机床中叫B轴的回转半径第二节 双转台机床的对刀操作步骤2.2.1 双转台机床的对刀方法双转台五轴机床的加工坐标，一般可取双转台的旋转轴线的交点作为加工坐标原点，因此，双转台机床的对刀也就是要找到双转台旋转轴线的交点，加工原点的X 、Y 、Z 轴坐标均由转台旋转轴线交点确定。

1．校正双转台把千分表吸在主轴上，如图2-2-1所示。

让表头接触到双转台基准面face1，保持机床Y 轴位置不变，沿X 轴移动，使表头接触face2，若表头接触face1 、face2时的读数不同，则调整双转台的位置，直到读数相同，以使 B 轴轴线与机床X 轴方向平行。

完成后固定双转台，固定后要注意复检，防止固定过程中转台受力移动。

2．校正B 轴零位（对刀B 轴原点）一般我们取C 轴转台（双转台上的圆形小转盘）的旋转平面为水平面时的B 轴位置为B 轴零位；校正方法如下：如图2-2-1所示，千分表吸在主轴上，让表头接触到C 转台表面，首先沿X 轴从B1到B2打表，以确认转台的安装是否平整，若千分表读数两点不同，则需要重新固定转台，确保转台安装面的清洁，并重新进行步骤1校正转台安装方向；然后，沿Y 轴从A1到A2打表，调整B 轴角度，使千分表在A1、A2两点的读数相同，此时C 轴的旋转平面校正到了水平位置。

转台水平后把此时B 轴的机床坐标值输入到G55对话框的B 框中，并按“确定”按钮保存录入的数据。

图2-2-1校正双转台3．找C 轴转台的中心（对刀X 、Y 轴原点）Y 方向 X 方向A1A2B1B2 双转台的基准面Face1 Face2把千分表吸在刀柄上并保证在表座随着刀柄在360范围内旋转时不受阻碍。

让表头接触到C轴转台的内孔表面，旋转刀柄（千分表应随着刀柄转动），如果表的回转中心和转台中心不重合，调整X轴和Y轴的位置直到二者重合为止（此时千分表在回转台内壁任意角度的读数相等或在允许的误差之内）。

把此时X轴和Y轴的机床坐标值分别输入到G55对话框的X和Y框中，并按“确定”按钮保存。

4．找出B、C轴线的交点（对刀Z轴原点）a．测量摆长使B轴运动至G55对刀点的位置，X、Y轴移动至主轴中心与C转台的中心位置重合（即机床移动至G55 X0 Y0 B0），在手轮方式下把“相对移动量KA”项清零，再让B轴摆动-90°，如图2-2-2所示：刀具侧刃回转台表面B轴回转半径图2-2-2 双转台摆长测量让刀具的侧刃（最好使用寻边器，防止刀刃刮伤转台）接触C轴回转台的表面，把此时“手轮方式”下的“相对移动量KA”下的Y坐标的值记录下来，记为R，这个值再减去刀具半径就是B轴的回转半径。

记为ZH1. ZH1=（|R| - 刀具半径）b．对C转台高度将B轴运动至G55对刀点的位置，用刀尖接触C转台表面，将此时机床坐标值记为“ZH2”.c．设定Z轴原点坐标G55_Z=ZH2-|ZH1|，将此数值输入G55对话框的Z框中并按“确定”按钮保存。

5．装夹工件现在可以装夹工件了，在把工件装夹到旋转台上，转动旋转台，保证工件和压板等装配物件在转台转动的过程中不碰撞周边的任何物体。

6．选定C轴的基准边（对刀C轴原点）通常在需要进行多轴加工的工件上取一基准边，把这个基准边与X（或Y）轴成一特定角度或平行时的C轴位置作为C轴的零位。

把此时C轴的机床坐标值输入到G55对话框的C框中，并按“确定”按钮保存。

7．找工件基准点与转台中心点的偏差使机床B、C轴都移动至零位（G55 B0 C0），按照三轴的对刀方法找到工件上对刀基准点X、Y、Z的机床坐标值，输入到G54对话框中，并按“确定”按钮保存。