空间自由曲面五轴联动数控加工
五轴联动机床的原理及应用
五轴联动机床的原理及应用一、五轴联动机床的基本原理五轴联动机床是一种具有多维运动能力的机床，它通过联动控制工作台和主轴的运动，实现工件在空间中的复杂加工操作。
它的基本原理包括以下几个方面：1. 坐标系和轴向定义五轴联动机床采用笛卡尔坐标系进行工件定位和运动控制。
在机床运动过程中，常使用一组定义标准轴向，分别为X、Y、Z、A、B轴。
•X轴表示工件在水平方向上的移动。
•Y轴表示工件在纵向方向上的移动。
•Z轴表示工件在垂直方向上的移动。
•A轴表示工件围绕X轴旋转的角度。
•B轴表示工件围绕Y轴旋转的角度。
这五个轴向的联动控制，实现了机床在各个维度上的运动自由度。
2. 五轴联动机构和传动方式五轴联动机床通常采用多轴联动传动方式。
主要的传动方式有：•摆线齿轮传动：通过摆线齿轮传动来实现A、B轴的旋转运动。
•滚珠丝杠传动：通过滚珠丝杠传动来实现X、Y、Z轴的线性运动。
•直线导轨传动：通过直线导轨传动来保证机台在高速运动时的精度和稳定性。
这些传动方式可以保证五轴联动机床在精度和刚性方面的需求。
3. 控制系统和编程方式五轴联动机床的控制系统包括硬件和软件两部分。
硬件部分主要包括数控系统、伺服电机、编码器等；软件部分则是通过编程实现机床的运动轨迹和加工参数控制。
在编程方式上，常用的有手动编程、CAM编程和自动编程。
手动编程主要是通过输入G代码和M代码来控制机床运动；CAM编程是在计算机辅助设计(CAD)软件上进行工件模型设计和加工路径生成；自动编程则是通过专门的编程软件进行加工程序的自动生成。
4. 五轴联动机床的特点五轴联动机床相比于传统的三轴机床具有以下特点：•可以实现工件的复杂多面加工，提高加工效率。
•可以减少换刀次数，提高加工精度和稳定性。
•可以实现剧烈曲面加工和斜面加工，扩展了加工范围。
•可以减少上下工序，提高生产效率。
•可以加工出更为复杂的形状，满足特殊工件的加工需求。
二、五轴联动机床的应用领域五轴联动机床在现代制造业中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域五轴联动机床在航空航天领域的应用非常重要。
大型雕塑曲面零件五轴联动数控加工技术
●■
圈 ５ 加 工 刀具
四 五轴数控加工刀位计算和仿真
雕塑 曲面零件的五轴联动数控加工刀位计算方 式在 Ｃ ＡＭＡＮＤ软件 中有Ｉ ＴＥ （ Ｎ ＲＰ 插值 ） 、ＮＯ Ｒ— ＭＡＬ 法向 ） Ｉ Ｔ（ （ 、Ｔ Ｌ 倾斜 ） Ｔ ＮＧ Ｏ（ 向） 和 Ｔ 切 等多 种方式 ，但对于大型雕塑 曲面零件 ，最常用的是 Ｔ ￣式来加工，这种加工方式加工时的刀具轴和 ｍＴ －
六 结束语
大型雕塑 曲而零件的五轴联 动加 工技术可 有 效解决这娄零件加工精度 和加工敬率之 间的矛盾 ，
田 ７ 某 雕塑 曲 面 的五 岛 加 工 刀住
这种技术涉 及到 汁算机辅助三维 曲面造型 ，计算机 辅助制造及机臧加工工 艺技术等多学科综合技术。 笔
铣刀，特别适台雕塑曲面零件 的半精加工和精加工 ；
Ｋ ｎ ａ ｔｌ 司的２ ０ ２ １ ｅ ｎ ｍｅａ 公 ２ ／ ２ 系列刀具具有 耐冲击和 刚性好等优点 ，适台粗加工快速大吃刀量加工 ，图
５ 示 的￣ Ｓ ｎ ｖｋ 所 ａ ｄ ｉ 和Ｋｅ ｎ ｍｅ ｌ 司 的刀 具 图片 。 ｎａ ｔ￣ ａ
切 削点 曲面法 矢成 一定 的前后倾 角 （ ａ Ｌｅ ｄ／Ｌ ｇ ａ Ａｎ ｌ） ｇｅ或侧倾角 （ ｉｈ／ ｅｔＡ ｇｅ ，图６ Ｒ ｇ ｔ Ｌｆ ｎ ｌ） 所示 的 是ｎＬ Ｔ方式刀轴示意 图。
ｇ 工为指导思想。 如今，有的厂家也有另一种工艺方
８ 式。 对于无确定基准的大型雕塑 曲面 ，将其直接 自由
选择刀具的直径应根据雕塑 曲面零件 的曲率大小来 确定 ，原则是刀具半径应该小于雕塑 曲面凹曲面的 最 小曲率半径 ，但也不宜太 小，否则将 使加 工效率 降低。 对于 曲率半径变化太大的雕塑曲面零件 ，也可 把整个零件划分成不 同区域 ，选择 不同直径 的刀 具 ， 提 高加工 效率。
五轴联动加工技术
工艺要点 － 坐标系(1)
机床坐标系和坐标轴的命名：
1.用来描述和确定机床运动以及工件在机床 上位置 2.理论上可随意定义 3. ISO对数控机床坐标轴的名称及其运动方 向作了统一的规定
工艺要点 － 坐标系(2)
工件坐标系：
1.定义工件形状和刀具相对工件运动 2.与工件固联 3.右手笛卡尔坐标系 4. 原点任意，便于工件几何形状的描述。
(式4-73)
Y
可能干涉初判断 式(4-75)、(4-76)
N
可能干涉
Y 坐标旋转变换
干涉详细判断 (与4.3.6中的算法相同)
N
干涉
Y
调整刀位数据，使刀具 与当前三角片的顶点、
边或面相切接触
五坐标加工干涉检测与处理流程
第三节.五轴联动加工编程的典型软 件、特色
3.1 NC刀具轨迹生成方法研究发展现状 3.2 UG五轴加工刀具轴线控制方法简介 3.3 Pro/E五轴加工刀具轴线控制方法简介
行距的影响因素与优化措施 :
1.刀具形状与尺寸 2.零件表面几何形状与安装方位 3.走刀进给方向 4.允许的表面残余高度要求
工艺要点－加工行距和步长的选择（2）
行距 (mm)
行距 (mm)
0.6 0.5 0.4
nz =0.81 nz =0.61 nz =0.41
0.6 0.5
nz =0.81
nz =0.61 nz =0.41
3.摆动机构结构较 复杂，一般刚性较 差，但运动灵活
工艺要点－机床类型及其工艺特点（2）
工作台回转/摆动型：
1.两个转动轴都作用 于工件上 2.定、动轴结构，只 是其动轴紧靠工件。 3.其旋转/摆动工作台 刚性容易保证、工艺 范围较广，实现容易。
5轴联动原理
5轴联动原理
5轴联动原理
5轴联动是一种常见的数控加工方式，它可以实现对复杂曲面的高精度加工。
5轴联动的原理是通过控制五个轴的运动来实现对工件的加工。
这五个轴分别是X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴。
其中X、Y、Z轴是三个直线轴，A、C轴是两个旋转轴。
X、Y、Z轴控制工件在三个方向上的移动，而A、C轴则控制工件的旋转。
通过这五个轴的联动运动，可以实现对工件的任意角度加工。
例如，可以实现对一个球形工件的表面进行加工，使其表面光滑无瑕疵。
在5轴联动加工中，需要对五个轴进行精确的控制。
这需要使用数控系统来实现。
数控系统可以根据加工程序生成五个轴的运动轨迹，并控制各个轴的运动速度和加速度，以实现高精度的加工。
在实际的5轴联动加工中，还需要考虑到工件的形状和加工难度。
例如，对于一个球形工件，需要使用球面坐标系来描述其形状，以便生成合适的加工程序。
同时，还需要考虑到工件表面的曲率变化，以避免出现加工痕迹和刀痕。
总之，5轴联动是一种高精度的数控加工方式，可以实现对复杂曲面的加工。
它需要使用数控系统来实现对五个轴的精确控制，并考虑到工件的形状和加工难度。
在实际应用中，5轴联动已经广泛应用于航空航天、汽车制造、模具制造等领域，成为现代制造业的重要技术手段。
五轴联动数控机床简单介绍
混联结构机床
五轴联动机床的应用
1、加工复杂空间曲面的产品零件
2、大型复杂结构件的高效率加工
3、复杂多面体带孔结构件的高生产率加工
4、在模具制造业，取代电火花（EMD）加工的常用方法。
电极加工和模具加工之后的补充加工，其工作量要占到模具生产周期的30%~65%。采 用高速5轴数控机床加工，可快速实现模具加工，不需制造电极与大量的补充加工，有 效缩短补充加工生产周期，明显降低生产成本。
数控机床中的坐标系
横式：
+X +Z
立式：
机床结构类型
传统(串连)结构
五个运动全在刀具侧
A11
五个运动全在工件侧
A12
五个运动分配在刀具和工件侧 A13（A，B，C）
并联结构
并联机床结构
串、并(混)联结构 混联结构
A11型
X
Z
C
A
Y
返回
A12型
C B
X Z
Y
返回
Hale Waihona Puke 13型A13型也是传统结构的机床，但五个坐标运动分别配置在刀具一 侧和工件一侧来完成。
谢谢观看！
我国在数控机床领域面临的挑战
1、加大研发资金投入力度，加大加强基础理论研究，为设备研究做 好理论准备。
2、研究外国先进设备技术，深研其中的核心知识。在仿照的基础上 进行创新。
3、研究国内外五轴联动技术的发展方向，做到先人一步开展研发。 4、了解国内外各个用户群体的需要，开发出适合不同用户需要的设 备。
主要内容
•五轴联动的基本意义 •坐标系的定义 •机床结构类型 •五轴联动数控机床的应用 •五轴联动数控机床的发展前景 •我国在数控机床领域面临的挑战 •小结
五轴五联动加工中心项目需求及技术要求
五轴五联动加工中心项目需求及技术要求
一、项目简介
本项目又称五轴五联动加工中心,是指将点、面、孔、槽、走线等多
工序加工整合到一个加工中心,一次上料,可完成一次性加工的数控机床，采用五轴技术,实现多轴联动,是实现完全自动加工的高精度机床。
二、项目目的
本项目旨在开发一台具有高精度、智能化功能的四轴五联动加工中心,实现客户制模零件的高效率、高精度数控加工。
三、技术要求
1、强有力的系统稳定性:控制系统采用德国Siemens等知名品牌的控制器,电器采用名牌伺服驱动器,配合出色的系统稳定性。
2、高精度加工能力:多轴共轭加工,采用进口高精度伺服电机,驱动精度可达到0.02mm,建模精度可达到0.02mm。
3、智能控制功能:采用Siemens等专业控制系统,实现运动控制和夹
具切换等智能控制功能,可实现多工位联动加工,降低加工时间,提高加工
效率。
4、安全特性:添加双闭环保护功能,采用双作动器及双紧固功能,可防止机床自动运行时的事故,降低加工事故,保证机床的持久安全。
四、委托方需求
1、机床应具有良好的系统稳定性及可靠性、出色的加工精度、快速
方便的操作以及安全可靠的特性。
2、必须达到五轴五联动加工中心的各个加工工序的加工精度及质量需求。
五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法
五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法五轴联动数控加工是一种高精度、高效率的加工方式，可以实现对复杂曲面的加工。
在五轴联动数控加工中，刀具轨迹控制算法起着至关重要的作用，决定了加工精度和效率。
本文将介绍几种常见的刀具轨迹控制算法，并对其原理和应用进行详细阐述。
1. 五轴联动数控加工概述五轴联动数控加工是指在数控加工机床上，通过同时控制五个坐标轴的运动，实现对工件的加工。
相比于传统的三轴加工，五轴联动可以更加灵活地加工复杂曲面，提高加工质量和效率。
2. 刀具轨迹控制算法的作用刀具轨迹控制算法是五轴联动数控加工中的关键技术之一。
它可以根据工件的三维模型和加工要求，计算出刀具在加工过程中的运动轨迹，从而实现精确的加工。
刀具轨迹控制算法的好坏直接影响加工精度和效率。
3. 刀具轨迹控制算法的分类刀具轨迹控制算法可以分为两类：离散点算法和曲线插补算法。
离散点算法是指将工件曲面离散化为一系列离散点，然后通过逐点加工来实现曲面加工。
常见的离散点算法有直线连接法、圆心法和切点法等。
这些算法简单直观，适用于加工简单曲面。
曲线插补算法是指根据工件的曲线方程和刀具半径，通过插补计算出刀具的运动轨迹。
常见的曲线插补算法有圆弧插补法、曲线插补法和样条插补法等。
这些算法可以实现对复杂曲面的高精度加工。
4. 圆弧插补算法圆弧插补算法是五轴联动数控加工中最常用的一种刀具轨迹控制算法。
它通过计算刀具半径和工件曲线的切向方向，确定刀具的圆弧插补路径。
圆弧插补算法具有计算简单、加工效率高的优点，适用于多数加工场景。
5. 曲线插补算法曲线插补算法是一种更加精细的刀具轨迹控制算法，可以实现对复杂曲面的高精度加工。
曲线插补算法通过计算刀具在曲线上的切向方向和曲率，确定刀具的插补路径。
与圆弧插补算法相比，曲线插补算法需要更复杂的计算和控制，但可以实现更高的加工精度。
6. 样条插补算法样条插补算法是一种基于数学样条曲线的刀具轨迹控制算法。
它通过计算曲面上的样条曲线，将刀具的运动路径进行插补。
五轴联动是什么
五轴联动是什么五轴联动是一种数控加工机床加工方式，它通过对机床加工工具进行控制，使其在五个方向上自由移动，从而可以加工出各种各样的零件形状。
此外，五轴联动还可以通过减少操作步骤和加工时间来提高生产效率，并使产品的质量得到稳定的提高。
五轴联动的优点五轴联动相对于其他加工方式来说有很多优点，如下所述：可加工任意三维空间曲面五轴联动可以通过控制加工工具在五个方向上的运动轨迹，实现对任意三维空间曲面的加工。
相较于传统加工方式，这种方式可以大大降低产品的误差率，以及加工成本。
降低了操作步骤和加工时间相较于传统加工方式，五轴联动可以通过同时控制加工工具和工件的移动，实现多道工序的同时进行，从而可以大大减少操作步骤和加工时间。
这一优点在工业生产中尤其重要，能够有效提升生产效率。
提高了工作环境和安全性五轴联动的加工方式大大减少了因加工过程中产生的废气、粉尘等污染物质的排放，减少了机床对工作环境的影响，同时也提高了对操作人员的安全性。
可以适用于多种材料加工五轴联动可以根据不同的加工需要选择不同的加工工具，从而适用于多种材料的加工，如金属、高分子材料、陶瓷等。
产品质量得到提升五轴联动加工方式在工艺上更加高级，所以可以在精度、表面质量等方面得到更好的加工效果，从而大大提高了产品的质量。
五轴联动的应用场景五轴联动的应用范围非常广泛，如以下几个方面：航空航天领域航空航天领域对于零件的精度和表面质量要求非常高，而五轴联动可以准确地制造出复杂的零件形状，从而使得其在航空航天领域得到广泛的应用。
模具制造模具制造过程中通常会遇到复杂的立体曲面，传统加工方式无法解决这种问题，而五轴联动加工方式可以使得模具的制造变得简单和高效。
医疗设备制造五轴联动可以通过对精细加工的掌握，制造出各种各样的特殊医疗设备，从而为患者提供更加高效的治疗方案。
艺术品制造五轴联动加工方式可以制造出各种各样的艺术品形状，使得艺术品在设计时更加灵活，从而让艺术品制造领域变得更加具有创造性。
数控五轴相关的课程
数控五轴相关的课程
数控五轴加工技术是一种高精度的加工方式，广泛应用于航空航天、汽车制造、模具加工等领域。
本文将详细介绍与数控五轴相关的课程内容，包括数控五轴的基本概念、原理与应用等方面，旨在帮助读者更好地理解和应用这一技术。
二、数控五轴的基本概念
1.数控五轴的定义：数控五轴是一种能够实现五个自由度同时运动的数控加工技术，其中的五个轴分别为X、Y、Z轴和A、C轴。
2.五轴加工的优势：相比于传统的三轴加工，数控五轴具有更高的加工精度和效率，能够实现对复杂曲面的加工，大大拓宽了加工范围。
三、数控五轴的原理
1.坐标系与工件坐标系：数控五轴加工中，需要建立坐标系与工件坐标系之间的转换关系，以确保精确的加工定位。
2.五轴运动控制：数控五轴加工机床通过对五轴的联动控制，实现对工件的精确加工。
其中，A轴和C轴的旋转运动，使得工具在不同角度下可以接触到工件的不同面。
四、数控五轴的应用
1.航空航天领域：数控五轴可以应用于航空航天领域中的铣削、钻孔等工序，保证了航空零件的高精度和复杂结构的加工。
2.汽车制造领域：数控五轴可以用于汽车模具的制造，实现对复杂曲面的加工，提高了模具的质量和生产效率。
3.其他领域：数控五轴还可以应用于医疗设备制造、电子元器件加工等领域，为相关行业的发展提供了可靠的技术支持。
数控五轴是一项重要的先进加工技术，它的应用不仅提高了加工效率和精度，还推动了相关行业的发展。
通过对数控五轴相关的课程内容的学习，我们可以深入了解其基本概念、原理和应用，为未来的工作和研究提供有力支撑。
希望本文能够对读者对数控五轴加工技术有所启发，进一步拓展思路，提高专业能力。
五轴加工机床的优点和结构特点
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。
五轴联动原理
五轴联动原理五轴联动加工技术是一种高效的加工方法，它可以实现在一台数控机床上完成复杂曲面零件的加工，大大提高了加工效率和加工精度。
五轴联动加工技术的核心是五轴联动原理，下面我们来详细了解一下五轴联动原理的相关知识。
首先，五轴联动原理是指在数控机床上通过同时控制五个坐标轴的运动，实现对工件的多方位加工。
这五个坐标轴分别是X轴、Y 轴、Z轴、A轴和C轴。
其中，X、Y、Z轴是机床的三个基本坐标轴，分别对应工件的长、宽、高方向的移动；而A轴和C轴则是机床的两个旋转轴，分别对应工件的旋转运动。
通过同时控制这五个坐标轴的运动，可以实现对工件的多方位加工，从而满足复杂曲面零件加工的需求。
其次，五轴联动原理的实现需要依靠数控系统和五轴联动加工中心。
数控系统是五轴联动加工的大脑，它能够精确地控制五个坐标轴的运动，实现对工件的精密加工。
而五轴联动加工中心则是五轴联动加工的具体执行者，它具有高速、高精度的加工能力，能够完成复杂曲面零件的加工任务。
通过数控系统和五轴联动加工中心的协同作用，才能实现五轴联动加工技术的应用。
另外，五轴联动原理的应用范围非常广泛。
它可以用于航空航天、汽车制造、模具制造、船舶制造、医疗器械等领域，特别适用于复杂曲面零件的加工。
由于五轴联动加工技术具有高效、高精度、高稳定性的特点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。
最后，五轴联动原理的发展也面临着一些挑战和机遇。
随着制造业的转型升级，对复杂曲面零件加工精度和效率的要求越来越高，五轴联动加工技术将会迎来更广阔的发展空间。
同时，五轴联动加工技术也需要不断创新和改进，以满足不同行业对加工精度和效率的需求。
总之，五轴联动原理是五轴联动加工技术的核心，它通过同时控制五个坐标轴的运动，实现对工件的多方位加工。
五轴联动加工技术具有广泛的应用前景，是制造业发展的重要方向之一。
希望通过我们的努力，能够进一步推动五轴联动加工技术的发展，为制造业的转型升级贡献力量。
五轴并联加工方法
五轴并联加工方法
一、原理
五轴并联加工是将工件夹持在一固定平台上，同时通过五个执行机构控制工件相对于平台的运动，从而实现工件的加工。
这五个执行机构一般由机械臂或传动平台组成，分别负责工件的平移、旋转等运动。
通过这种方式，工件可以沿着X、Y、Z三个方向的平移，以及绕X、Y、Z三个方向的旋转。
二、应用领域
五轴并联加工在航空航天、汽车制造、模具制造等领域具有广泛的应用。
举几个具体的例子，航空航天中，五轴并联加工可以用于飞机发动机的叶片加工；汽车制造中，可以用于汽车车身的加工；模具制造中，可以用于复杂曲面模具的加工。
三、优势
相比传统的三轴加工方法，五轴并联加工具有以下几个优势：
1.节省时间：五轴并联加工可以在较短的时间内完成复杂曲面的加工任务，大大提高了加工效率。
2.精度高：由于五轴并联加工具有更多的自由度，可以根据需要调整工件相对于刀具的姿态，从而实现更加精确的加工。
3.加工范围广：五轴并联加工适用于各种工件，不受形状和材料的限制。
可以加工出各种复杂曲面，满足不同行业的需求。
4.刀具利用率高：五轴并联加工可以使刀具更充分地利用，减少切削时间，延长刀具的使用寿命。
5.增加设计灵活性：五轴并联加工可以实现更加复杂的工件设计，提
高产品的竞争力。
四、总结
五轴并联加工作为一种高效、精密的加工方法，具有广泛的应用前景。
它不仅可以提高加工效率和精度，还可以在各种行业中应用。
在未来的发
展中，随着机器人技术和自动化技术的进一步发展，五轴并联加工将在生
产制造领域发挥越来越重要的作用。
五轴联动的介绍
五轴联动的介绍五轴联动是现代机械加工过程中的重要工艺，它使得加工工艺更加方便、高效、精确。
本文将介绍五轴联动是什么、五轴联动的优势、以及五轴联动技术的现状。
什么是五轴联动？五轴联动是机械加工中一种重要的工艺，它是指利用数控机床五轴联动运动的特性进行的一系列工艺过程，通过五轴联动可控制工件在五个方向的运动，以实现高精度的加工。
五轴联动常用于航空航天、汽车、模具制造、医疗器械等领域的加工过程。
五轴联动涉及到以下几个概念：•三轴坐标系：三个坐标轴分别为 X、Y、Z 轴，这是机床加工过程中最基础的坐标系。
•旋转坐标系：旋转坐标系是相对于三轴坐标系而言的，通过旋转坐标系可以实现工件的旋转，包括绕 X、Y、Z 三个轴的旋转。
•刀具半径补偿：在机械加工过程中，由于刀具存在尺寸，因此需要进行刀具半径补偿，确保切削的精度。
五轴联动的优势五轴联动在机械加工领域中具有显著的优势：•提高加工精确度：五轴联动拥有更多的运动自由度，因此可以实现更精细的加工过程，提高加工精度。
•增加加工工艺的灵活性：五轴联动可以在多个方向上实现复杂的加工。
例如，经过五轴联动，可以轻松地加工出空洞形状的零件。
•实现高效率的加工：五轴联动可以减少多次改变工件位置的过程，减少空置时间，因此可以提高机床的利用率。
•增强加工的适应性：五轴联动可以用于不同形状的工件加工，无需繁琐调整。
五轴联动技术的现状当前，五轴联动技术已经被广泛应用于许多领域，包括制造、建筑、医疗和航空航天等。
随着科技的不断进步，五轴联动技术也在不断更新：•五轴联动的控制系统不断进化：随着数控加工技术的不断发展，五轴联动的控制系统也在不断更新，以满足更多的需求。
•机床的结构不断发展：针对不同的应用场景，机床的结构也在不断发展，如高速旋转机床、立式加工中心等。
•刀具材料的不断革新：随着新材料的推广应用，刀具的材质不断进化，如硬质合金刀具、陶瓷刀具等。
总结五轴联动技术的应用已经十分广泛，具有高效率、高精度、灵活性等优点。
空间自由曲面五轴联动数控加工
ｚ Ｎ ｉ —ｉ，Ｉ ｈ ｎ— ｅ Ｙ Ｎ ｉｇ ｄ ｎ Ｈ０ ＧＪａ ｌ ＬＵ Ｚ ｏ ｇ ｈ ， Ａ Ｇ Ｑ ｎ— ｏ ｇ ｎ ｎ （ｃ ｏｌ ｆ ｃａｒｎｃＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｂ ｉｎ ｆｒ ｔ ｎＳ ｉｎ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙＵ ｉｅｓ ｙＢ ｉｎ ０ １２ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｈ ｔ ｉ ｎ ｉ ｅｉ ， ｅ ｉｇＩ ｏｍａｉ ｃ ｃ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉｇ１０ ９ ，ｈｎ ） Ｍｅ ｏ ｎ ｎ ｊ ｎ ｏ ｅ ａ ｇ ｔ ｊ
ｐｏ ｎ ｅ ｗｈｉｈ ｉ ｃ ｕ ｅｐａ ａ ｔｉ ｔ ｏ ｃ ｔｅ ｏ ａ ｔ ｉ ｔ ｔ ｎ ｒ ｓ － ｅ ｔ ｎ ｍｅ ｈ ｄ， ｕｔ ｒＺｃ 一 ｕ ｄ ｄ， ｃ ｎ ｌ ｄ ｒ ｍｅ ｒｃ ｍ ｈ ｄ， ｕ ｔｒｃ ｎｔ ｎ ｈ ａ ｄ ｃ ｏ ｓ ｓ ｃ ｉ ｔ ｏ ｃ ｔｅ ｒ ０ ｅ ｃ ｐｏ ｐａ ｏ Ｊ
钟 建琳 刘忠和 杨庆 东 （ 北京信 息科技大 学 机 电学院 ， 北京 １ ０ ９ ） ０ １ ２
５ ａ ｉ ｕ ｅ ｉａ ｏ ｔｏ ａ ｈ ｎｎ ｆ ｐ ｃ ｒ ｅ ｆ ｒ ｓ ｒａ ｅ － ｘｓ ｎ ｍ ｒ ｌ ｎ ｒ Ｉ ｃ ｃ ｍ ｃ ｉｉ ｇ ｏ ａ ｅ ｆｅ － ｏ ｍ ｕ ｆ ｃ ｓ ｓ
ｉ轴向 规划进行了 论述： 垂直于 表面方式、 平行于表面方式、 倾斜于 表面方式。 纳总结了刀具干涉 ； 最后 － ３
；的检测与处理的方法， 并分别说明了其优缺点和适应范围。 ｉ 关 键词 ： 由曲面 ； 自 五轴 数控Ｎ Ｔ； 刀具路 径规划 ， １ 干涉检查 【 ｓｒ ｃ】 ｄ ｏｉｎｏ ｔｅ５ ａ ｉ ｎ ｍ ｒ ａ ｃｎｒｌ ａ ｈｎ ｏｌ ｉ ｉ ｒｄ ｃｄＴ ｅ ｅｂｓｃ Ａｂｔａ ｔ Ｍｏ ｅｏ ｔ ｈ － ｘｓ ｕ ｅｉ ｏｔ ｃ ｉｅｔ ｓ ｓ ｎ ｏ ｕ ｅ．ｈ ｎｔ ａｉ ｆｍ ｏ ｆ ｃ ｌ ｏｍ ｏ ｔ ｈ
五轴联动数控加工中心的组成结构功能
五轴联动数控加工中心的构成、构造与功效内容来源网络，由“深圳机械展（11 万㎡，1100 多家展商，超 10 万观众）”收集整顿！更多cnc 加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D 打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.一、五轴联动数控加工中心的构造五轴联动加工中心大多是 3+2 的构造,即ｘ,ｙ,ｚ三个直线运动轴加上分别围绕ｘ,ｙ,ｚ轴旋转的ａ,ｂ,ｃ三个旋转轴中的两个旋转轴构成。
这样,从大的方面分类,就有ｘ,ｙ,ｚ,ａ,ｂ;ｘ,ｙ,ｚ,ａ,ｃ;ｘ,ｙ,ｚ,ｂ,ｃ三种形式;由二个旋转轴的组合形式来分,大致上有双转台式、转台加上摆头式和双摆头式三种形式。
这三种构造形式由于物理上的因素,分别决定了机床的规格大小和加工对象的范畴。
其中,双转台构造的五轴联动机床由于在加工工件时工件需要在两个旋转方向运动,因此只适合加工小型零件,如小型整体涡轮、叶轮、小型精密模具等,由于构造最为简朴,因此相对价格较为低廉,就应用来讲,这是数量最多的一类五轴联动数控机床。
转台加上摆头式构造的五轴联动机床由于转台能够是ａ轴、ｂ轴或ｃ轴,摆头也是同样,能够分别是ａ轴、ｂ轴或ｃ轴,因此转台加上摆头式构造的五轴联动机床能够有多种不同的组合,以适应不同的加工对象,如加工汽轮发电机的叶片,需要ａ轴加上ｂ轴,其中ａ轴需要用尾座顶尖配合顶住工件,如果工件较长同时直径又细,则需要两头夹住并且拉伸工件来进行加工,固然这里一种必要条件是两个转台必须严格同时旋转;再如加工如图2 所示零件,采用ｃ轴加上ｂ轴,由于工件仅在ｃ轴上旋转运动,因此工件能够很小,也能够较大,直径范畴可由几十毫米至数千毫米,ｃ轴转台的直径也能够从 100～200ｍｍ至 2～3ｍ,机床的规格、质量也从几吨至十几吨甚至数十吨。
这也是一类应用十分广泛的五轴联动数控机床,其价格居中,随机器规格大小、精度和性能的不同相差很大。
数控机床五轴联动的控制策略
数控机床五轴联动的控制策略在现代制造业中，数控机床被广泛应用于各种加工工艺中，其高度自动化和精确性使其成为生产效率的重要推动力。
而在数控机床中，五轴联动技术被视为一项关键控制策略，可以实现更复杂形状的零件加工，提高产品质量和工艺特性。
本文将介绍数控机床五轴联动的控制策略，并探讨其在制造业中的应用。
一、五轴联动技术的基本概念五轴联动技术是指数控机床中通过同时控制工作台或工件与加工刀具在多个方向上运动，以实现复杂零件的加工。
五轴联动技术相对于传统数控机床仅能在平面内运动的方式而言，具有更大的自由度和加工范围。
通过对五轴联动加工路径的优化，可以达到更高的加工效率和加工质量。
二、五轴联动技术的控制策略1. 插补算法五轴联动技术需要通过精确的插补算法来计算各轴的运动轨迹，并保证其在加工过程中的平滑性和精度。
常见的插补算法包括线性插补、圆弧插补和斜线插补等。
通过选择合适的插补算法，可以优化加工路径，提高加工效率和表面质量。
2. 动态修补在五轴联动加工过程中，由于各轴之间的干涉和运动限制，可能会出现部分轨迹无法正常加工的情况。
为了解决这个问题，动态修补技术应运而生。
动态修补技术可以在加工过程中实时根据干涉情况对加工路径进行调整，确保零件能够完整加工。
这需要数控系统具备实时监测和修补功能。
3. 反馈控制五轴联动技术需要精确的位置和速度控制，而这离不开高精度的传感器和反馈系统。
通过传感器实时采集各轴的位置和速度信息，并通过反馈系统与数控系统进行紧密的控制和调节，可以实现对五轴联动运动的精确控制。
而传感器的准确性和反馈系统的稳定性则直接影响到五轴联动的精度和稳定性。
4. 运动规划五轴联动技术需要进行复杂的运动规划，以实现多轴间的协调和平滑过渡。
运动规划包括速度规划、加速度规划和轨迹规划等方面，通过合理的运动规划，可以避免过快或过慢的运动造成的问题，提高加工效率和质量。
三、五轴联动技术在制造业中的应用1. 复杂形状零件的加工五轴联动技术可以实现对复杂形状零件的高精度加工，如飞机叶片、汽车零件等。
powermill 2020五轴数控加工编程应用实例
powermill 2020五轴数控加工编程应用实例摘要：1.引言2.PowerMill 2020简介3.五轴数控加工编程基本概念4.应用实例一：复杂曲面加工5.应用实例二：涡轮叶片加工6.应用实例三：自由形状加工7.应用实例四：嵌套零件加工8.应用实例五：薄壁零件加工9.编程技巧与实用策略10.总结与展望正文：【引言】随着制造业的发展，五轴数控加工编程技术在各类行业中得到了广泛应用。
PowerMill 2020作为一款优秀的五轴数控加工编程软件，为用户提供了一系列实用的功能和高效的应用实例。
本文将介绍PowerMill 2020在五轴数控加工编程方面的应用实例，以帮助读者更好地掌握该软件的使用技巧。
【PowerMill 2020简介】PowerMill 2020是一款专为数控加工编程而设计的软件，具有强大的加工策略和智能优化功能。
相较于传统数控编程软件，PowerMill 2020更能满足复杂零件和高精度加工的需求。
此外，PowerMill 2020还具备以下特点：1.界面简洁，操作方便；2.支持多种数控系统；3.丰富的加工策略，满足各类加工需求；4.智能优化功能，提高加工效率；5.良好的兼容性，可与主流CAD软件无缝对接。
【五轴数控加工编程基本概念】五轴数控加工编程是指在五轴数控机床上进行的零件加工过程。
五轴数控机床具有五个自由度，可以实现对工件的空间任意位置加工。
在编程过程中，需要掌握以下基本概念：1.五轴数控机床的结构；2.五轴数控编程的坐标系与变换；3.五轴联动加工的轨迹规划；4.刀具路径与切削参数的设置；5.编程误差与补偿。
【应用实例一：复杂曲面加工】在PowerMill 2020中，可以使用曲面加工策略对复杂曲面零件进行高效加工。
通过设置适当的切削参数和刀具路径，可以实现对曲面的平滑过渡和精确加工。
【应用实例二：涡轮叶片加工】涡轮叶片作为一种具有复杂形状的零件，可以使用PowerMill 2020的五轴联动加工功能进行高效加工。
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process，2004，149（1-3）：37-42. ［5］Miller，D.S.Micromachining with Abrasive Waterjets，Proceedings of the
16th International Conference on Water Jetting.BHR GroupLtd［J］.Cra nfield，2002.
的，在矿业、机械制造、微电子、航空航天、军工、医疗、建材、装饰工 ［6］Hiroshi Sawano，Shinichi Warisawa，Mamoru Mitsuishi，Kouichi Kuramoto
程、半导体材料和封装材料的切割等领域都有广阔的应用前景。
and Takayuki Inoue，Ultra-precision Finishing for an Artificial Knee Joint
2 五轴数控机床的运动方式
五轴加工机床具有直线坐标轴和旋转坐标轴，可以五轴联动 加工。五轴加工机床之间的区别，除了有立式、卧式之分外，则主要 还在于他们实现五轴运动的结构型式和五个运动的配置上。当前
的控制比较灵活，所生成的刀具接触点轨迹分布均匀，从而具有 较高的加工效率，适合于参数线分布不均匀的曲面加工、型腔加 工及复杂组合曲面的加工。缺点是需要求交运算、算法较复杂、计 算量较大。
报，2009，28（4）：1-6.
［2］Yuji Okita，Katsutaka Nakamura，Tatsufumi Fujii and Mitsuo Kusumot，
of injection abrasive water jet machining process，Proceedings of the
பைடு நூலகம்
割头，并开发一个单片机控制系统，成本极低、效果好。
［4］Miller，D.S.Micromachining with abrasive waterjets［J］.Journal of Material
实验表明，切割头能产生直径达（150～300）μm 且能精确控制 其磨料流量的微磨料水射流。采用该切割头的微磨料水射流对工 程材料进行切割、铣削、车削和雕刻等三维加工是完全可以实现
（1）参数线法。如图 1 所示，切削行沿曲面的参数线分布，适 用于曲面参数线分布较均匀的曲面的加工。在加工中，刀具的运 动分为沿切削行的走刀和沿切削行的进给两种运动。刀具沿切削 行走刀时所覆盖的一个带状曲面区域，称为加工带。首先沿切削 行的进给方向对曲面进行离散，得到加工带，然后在加工带上沿 走刀方向对加工带进行离散，得到切削行。这种方法自然且简单， 因此使用也最广泛。由于参数空间与笛卡尔空间的非线性关系， 曲面上的参数线分布并不均匀。参数线法生成刀具轨迹的加工效 率并不高，但计算量小。基于参数线加工的刀具轨迹计算方法有
常见为三个平动轴加两个转动轴的组合方式，由于这样的方式可
曲面边界在 XOY 上的投影
以比较自然地从三轴平动的传统机床过渡，也方便加工各种工件， 同时在加工程序编制方面也相对较为简便一些。三平动二转动的 组合方式应用在机床结构设计上主要可以分为以下三类 [1]：（1）双 摆头机床，即两个旋转轴旋转；（2）双转台机床，即两个转台旋转；
5-axis numerical control machining of space free-form surfaces
ZHONG Jian-lin，LIU Zhong-he，YANG Qing-dong （School of Mechatronic Engineering，Beijing Information Science and Technology University，Beijing 100192，China）
活，生成的刀具轨迹分布均匀，具有较高的加工效率，特别适用于
具有边界约束的曲面型腔加工及复杂组合曲面的连续加工。缺点
是计算量大、在被加工面为复杂的自由曲面和非球头刀具加工的
情况下求截交线较为困难。
刀具路径规划阶段必须处理的问题。
3.1 刀具路径规划基本方法
刀具路径用以描述切削刀具相对于工件运动的轨迹。刀具 路径质量的高低将直接影响加工效率和加工精度，因此一直是数 控加工领域研究的重点。现有较典型的刀具路径规划方法有以下 几种[3-7]：
111111111111111111111111111111111111111111
中图分类号：TH16，TG659 文献标识码：A
1 引言
曲面可分为规则曲面和不规则曲面两类。规则曲面，可看作 是一条母线按照一定规律运动所形成的轨迹，即初等解析曲面， 如平面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面等，大多数机械零件属于这 一类。而不规则曲面不能由初等解析曲面组成，而是以复杂方式 自由地变化的曲线曲面即自由型曲线曲面组成，如飞机、汽车及 船舶设计制造中会遇到大量的空间自由曲面问题，这些曲面早期
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111111111111111111111111111111111111111111 【摘 要】介绍了五轴数控机床的运动方式，阐述了空间自由曲面五轴联动数控加工中刀具路径
规划的基本方法：参数线法、CC 路径截面线法、CL 路径截面线法、导动面法等。之后对五轴加工中刀具 轴向规划进行了论述：垂直于表面方式、平行于表面方式、倾斜于表面方式。最后归纳总结了刀具干涉 的检测与处理的方法，并分别说明了其优缺点和适应范围。
着实际设计问题对自由曲面建模提出的新要求，基于数学表现形 式的曲线曲面拟合方法得到了快速的发展，使得计算机能够方便 地处理空间自由曲面问题。
早期数控编程的对象主要是初等解析曲面，但随着汽车、航 天、造船和模具等工业的发展及产品个性化需求的日益增多及反 求工程的广泛应用，零件表面形状变得越来越复杂，加工质量要求 也不断地提高，普通的三轴联动数控加工已不能满足要求，而五轴
关键词：自由曲面；五轴数控加工；刀具路径规划；干涉检查 【Abstract】Mode of motion of the 5-axis numerical control machine tools is introduced.Then the basic methods of tool path planning in 5-axis numerical control machining of space free-form surfaces are ex－ pounded，which include parametric method，cutter contact point path and cross-section method，cutter loca－ tion point path and cross-section method，guiding surface method.After that，the tool axial orientation is pro－ posed，it can be normal to the machining surface，parallel to the machining surface，or inclined to the ma－ chining surface.At the end，the cutter interference checking and avoiding methods are summarized，in which the advantages，disadvantages and application limitation of each method are discussed. Key words：Free-form surface；5-axis Numerical control machining；Tool path planning；Inter－ ference checking
约束面 佼加工曲面
投影方向 CC 路径
佼加工 曲面
（3）摆头及转台机床，即一个转轴和一个转台旋转。由于双转台机
CC 路径
床的刚性好，而且旋转坐标有足够的行程范围，工艺性能好，所以 目前大多数五轴加工中心都采用这一结构。
有的五轴联动加工中心有立、卧两个主轴。卧式加工时立式 主轴退回；立式加工时卧式主轴退回，立式主轴前移。工作台可以 上下、左右移动和在两个坐标方向转动，刀库为多盘式结构，位于 立柱的侧面。这种机床在一次装夹时可加工五个面，适用于模具、 壳体、箱体、叶轮、叶片等复杂零件的加工。
只能用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达。近几十年来，随 数控加工给曲面加工带来了更多的灵活性，在复杂曲面加工中得
＊来稿日期：2010-11-13 ＊基金项目：北京市教委科研计划面上项目（KM201010772001）
111111111111111111111111111111111111111111111
（3）CL（刀位点）路径截面线法。当刀具接触点遍历整个加工