五轴数控加工中心数控系统的控制原理

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Z +C
X
+A、+B、 +C
五轴数控加工中心数控系统的控制原理
数控机床坐标系确定方法
1、假设：工件固定，刀具相对工件运动。 2、标准：右手笛卡儿直角坐标系——拇指 为 X 向， 食指为 Y 向，中指为 Z 向。 3、顺序：先 Z 轴，再 X 轴，最后 Y 轴。 Z 轴——机床主轴； X 轴——装夹平面内的水平向； Y 轴——由右手笛卡儿直角坐标系确定。 4、方向：退刀即远离工件方向为正方向。
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Z轴 Y轴 Z轴 Y轴
X轴 Z 轴 偏 置 量 X轴偏置量
X轴
Y 轴 偏 置 量 X轴偏置量
Y轴偏置量
机床原点 Z轴偏置量
机床原点
工件原点
工件原点
立式数控机床的坐标系
卧式数控机床的坐标系
五轴数控加工中心数控系统的控制原理
第一部分 三轴数控系统的控制原理
一. 三轴数控（CNC）加工中心的特点
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工件原点与工件坐标系 ●工件原点：为编程方便在零件、工装夹具 上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以 与对刀点重合。 ●工件坐标系：以工件原点为零点建立的一 个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标 系计算。 ●工件原点偏置：工件随夹具在机床上安装 后，工件原点与机床原点间的距离。
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Z坐标正方向规定：刀具远离工件的方向
+Z
+X +X +Z
+Y
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机床坐标系与工件坐标系
编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄 清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相 互关系是至关重要的
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机床原点与机床坐标系 ●机床原点 ★机床坐标系的零点。这个原点是在机床调 试完成后便确定了，是机床上固有的点。 机床原点的建立：用回零方式建立。 ★机床原点建立过程实质上是机床坐标系建 立过程。 ●机床坐标系 ★以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机 床固有的坐标系，它具有唯一性。 ★机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐 标系的参考坐标系。
四轴数控系统的控制原理
五轴数控加工中心数控系统的控制原理
在四坐标机床上加工，除了三个直角坐 标联动外，为了保证刀具与工件型面在全长 上始终贴合，刀具还应绕O1（或O2）作摆动 联动。
飞机大梁
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四轴联动雕铣机 视频
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第三部分 五轴联动 五轴数控系统的控制原理
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三轴三联动
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以内循环滚珠螺母的回珠器为例。其滚道 母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近。
Z
S
X
S
Y
S S
X
Z
X Y
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三轴联动
视频 （A、B、C轴）
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第二部分
四轴联动加工 同时控制X、Y 、Z三 个直线坐标轴与某一 旋转坐标轴联动 直纹扭曲面
1.可以加工任意形状的板式工件；
2.可将多种加工工艺（铣﹑钻﹑锯等）集中到一 台机床上完成加工； 3.能迅速变换加工其他的工件。
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二. 三轴数控加工的分类及举例
三轴加工：采用三个线性轴（X,Y,Z)形 成直角坐标系统
●三轴二联动：对于平面加工，一般三
根轴中只采用两根进行加工，第三根作 为辅助
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五轴加工时,刀具相对于工件表面可处于最 有效的切削状态。如图（e） ● 在某些加工场合, 可采用较大尺寸的刀具避 开干涉,刀具刚性好,有利于提高加工效率与精 度。如图（f）
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实例分析
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对一般立体型面特别是较为平坦的大型表面, 可用大直径端铣刀端面逼近表面进行加工,走刀 次数少,残余高度小， 可大大提高加工效率与 表面质量。如图（c）
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对工件上的多个空间表面可一次装夹进行多面、 多工序加工,加工效率高并有利于提高各表面的 相互位置精度。如图（d）
●三轴三联动：对于空间曲面加工，三
根轴同时进行加工
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三轴二联动
两 轴 同 时 运 动
△yi
△Li
I △xi
J
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两轴半联动加工-----“行切法” 以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动， 另一轴作周期性进给。例如：钻孔机
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五轴数控加工中心数控系统的控制原理
从结构上分为三种形式：
双摆头式：
双转台式： 摆头转台式：
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五轴联动加工的特点：
可避免刀具干涉，加工普通三坐标机床难以 加工的复杂零件,加工适应性广。如图（a） ● 对于直纹面类零件,可采用侧铣方式一刀成型, 加工质量好、效率高。如图（b）
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五轴数控加工中心数控系统的控制原理
加工中心：安装了刀库的数 控铣床 特 点：
●具有自动交换刀具的功能 ●可在一次装夹中通过自动
换刀装置改变主轴上的加工 刀具，实现钻、镗、铰、攻 螺纹、切槽等多种加工功能
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三轴数控系统的控制原理
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四轴数控系统的控制原理
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数控机床的坐标系
基本坐标系：直线进给运动 的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相 互关系：由右手定则决定。
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Y +B Y +A X、Y、 X Z
回转坐标：绕X.Y.Z轴转动的 圆进给坐标轴分别用A.B.C表示， 坐标轴相互关系由右手螺旋法 Z 则而定。