五轴联动数控机床怎么转动

1. 关于五轴联动

来来来，板凳摆好，听我来摆一摆。
首先“五轴”和“五轴联动”是不能划等号的。“五轴”是指机床工作台拥有五个运动轴，即XYZ三个直线运动轴和AB两个旋转轴。一般来说拥有这五个轴后基本上所加工的工件就无死角了，（除了工件装夹在工作台上的那个面）例如，简单的加工一个正方体（一个顶面，4个侧面，一个底面），工件底面装夹在工作台上，三轴机加工完了顶面，加工不到侧面怎么办，只有拆下来翻面装夹。但是五轴就不用拆，五轴有旋转轴啊，顶面加工完，工作台偏转90度，工件也随之偏转90度，使得侧面朝上，不就能加工了嘛。第一个侧面加工完，工作台的另一个回转轴再回转，使得工件的另一个侧面又朝上，如此......
五轴存在的意义就在于，能实现有高精度要求的工件“一次装夹，多面加工”，避免反复装夹产生的误差。
五轴中，2个回转轴的展现方式也不一样，上面我说的是属于第二类的。
第一大类：立卧转换式，旋转轴在主轴上表现出来的，也就是主轴头能摆动的。1.“主轴单摆+工作台回转”；2.“主轴双摆”。 这一类的特点是，主轴刚性差，不能重力切削，只适合外形精加工，优点是，能加工大型或巨型工件。第二大类：摇篮式，旋转轴在工作台上表现出来的。“主轴不能摆动+工作台回转和倾斜”。这一类的特点，主轴刚性好，能重力切削，但工件尺寸受工作台限制。

“ 五轴联动”，是指机床的这五个运动轴，在加工工件时能同时协调运动，所以又叫“五轴五联动机床”。如果机床拥有五个轴，但是有一个或是两个轴不能和其他轴同时动作，那么这个机床就该叫“五轴四联动”或是“五轴三联动”。“五轴五联动”比“五轴三、四联动”高级多了。
五联动机床目前国内还没几个厂家能搞出来，五轴机床能生产出的厂家倒是多。主要还是五联动数控系统的问题，五个轴协调动作，它们的运动轨迹是一个非常复杂的计算过程，目前国内这种软件还不成熟，目前市面上能售卖的进口五联动系统只有“西门子”，售价在50W左右，还是屏蔽了很多的功能的，拿回来就只能玩玩，很多实用性的复杂工件系统都不支持，加工不了。所以只有花大价钱买人家的原装整机。都是几百上千万的。

2. 五轴数控加工中心有哪些功能特性呢

五轴联动CNC加工中心的优点及缺点

很多用户都会感觉到五轴cnc加工中心是一种非常神奇的精密设备，在jungong领域，五轴加工中心起到了很关键的作用（螺旋桨、航空发动机等装备制造），所谓五轴加工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。

a、绕X轴旋转为A轴

b、绕Y轴旋转为B轴

c、绕Z轴旋转为C轴

常见五轴加工中心的介绍：立式五轴加工中心、卧式五轴加工中心

立式五轴加工中心，这类加工中心的回转脊敬绝轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴*小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。

缺点：工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。

优点：主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。

另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。

缺点：工作台也可以设计的非常大，机身庞大，主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。

优点：主轴加工非常灵活，采用主轴回转的设计，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。

卧式五轴加工中心，此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工件实现五面体加工，

缺点：主轴刚性差，但不作联动，适合立、卧转换的四轴加工中心不同加工要求。

优点：加工简便灵活，主轴立式或卧转简单的换，制造成本低，非常实用。

另一种为传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台B轴，B轴可双向360度回转。

缺点：工作台受限制，回转轴结构比较复稿滚杂，价格也昂贵。

优点：转轴也可配樱姿置圆光栅尺反馈，分度精度达到几秒，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。

3. 数控机床的X，Y，Z轴分别指什么方向的运动

标准坐标系的规定标准坐标系是一个直角坐标系，如图所示，按右手直角坐标系规定，右手的拇指、食指和中指分别代表X、Y、Z三根直角坐标轴的方向。

旋转方向按右手螺旋法则规定，四指顺着轴的旋转方向，拇指与坐标轴同方向为轴的正旋转，反之为轴的反旋转，A、B、C分别代表围绕X、Y、Z三根坐标轴的旋转方向。

(3)五轴联动数控机床怎么转动扩展阅读：

1、5轴联动加工的优势：

加工时无需特殊夹具，降低了夹具的成本，避免了多次装夹，提高模具加工精度。

减少夹具的使用数量。

加工中省去许多特殊刀具，从而降低了刀具成本。

在加工中能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。

2、5轴联动的局限性：

相比3+2定位，其主轴刚性差。

有些情况不宜采用五轴方案，比如刀具太短，或刀柄太大，使任何倾斜角的工况下都不能避免振动。

相比3轴机床，加工精度误差大。

网络——机床坐标系

4. 数控西门子五轴加工中心操作

立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发 展，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工. 立式五轴加工中心

这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。 工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底 面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A 轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比 较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承 载力矩。

另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以 上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加 工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差， 采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工 的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构 比较复杂，制造成本也较高。
立式加工中心的主轴重力向 下，轴承高速空运转的径向受力是均等的，回转特性很好，因此可提高转速，一般高速可达1,2000r/min以上，实用的最高转 速已达到4,0000转。主轴系统都配有循环冷却装置，循环冷却油带走高速回转产生的热量，通过制冷器降到合适的温度，再流回主轴系统。X、Y、Z三直线 轴也可采用直线光栅尺反馈，双向定位精度在微米级以内。由于快速进给达到40～60m/min以上，X、Y、Z轴的滚珠丝杠大多采用中心式冷却，同主轴系 统一样，由经过制冷的循环油流过滚珠丝杠的中心，带走热量。
卧式五轴加工中心

此类加工中心的回转轴也有两种方式，一种是卧式主轴摆动作为一个回转轴，再加上工作台的一个回转轴，实现五轴联动加工。这种设置方式简便灵活，如需要 主轴立、卧转换，工作台只需分度定位，即可简单地配置为立、卧转换的三轴加工中心。由主轴立、卧转换配合工作台分度，对工件实现五面体加工，制造成本降 低，又非常实用。也可对工作台设置数控轴，最小分度值0.001度，但不作联动，成为立、卧转换的四轴加工中心，适应不同加工要求，价格非常具有竞争力。

另一种为传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台A轴一般工作范围+20度至-100度。工作台的中间也设有一个回转台 B轴，B轴可双向360度回转。这种卧式五轴加工中心的联动特性比第一种方式好，常用于加工大型叶轮的复杂曲面。回转轴也可配置圆光栅尺反馈，分度精度达 到几秒，当然这种回转轴结构比较复杂，价格也昂贵。
目前卧式加工中心工作台可以做到大于1.25m2，对第一种五轴设置方式没有什么影响。但是第 二种五轴设置方式比较困难，因为1.25m2的工作台做A轴 的回转，还要与工作台中间的B轴回转台联动确实勉为其难。卧式加工中心的主轴转速一般在10,000rpm以上，由于卧式设置的主轴在径向有自重力，轴承 高速空运转时径向受力不均等，加上还要采用较大的BT50刀柄，一般最高可达20,000rpm。卧式加工中心快速进给达到30～60m/min以上，主 轴电机功率22-40KW以上，刀库容量按需要可从40把增加到160把，加工能力远远超过一般立式加工中心，是重型机械加工的首选。
加工中心大多可设计成双工作台交换，当一个工作台在加工区内运行，另一工作台则在加工区外更换工件，为下一个工件的加工做准备，工作台交换的时间视工 作台大小，从几秒到几十秒即可完成。最新设计的加工中心考虑到结构上要适合组成模块式制造单元（FMC）和柔性生产线（FMS），模块式制造单元一般至少 有两台加工中心和四个交换工作台组成，加工中心全部并排放置，交换工作台在机床前一字形排开，交换工作台多的可以排成两行、甚至双层设计。两边各有一个工 位作为上下工件的位置，其余工位上的交换工作台安装着工件等待加工，有一辆小车会按照系统指令，把装着工件的交换工作台送进加工中心，或从加工中心上取出 完成加工的交换工作台，送到下一个工位或直接送到下料工位，完成整个加工操作。柔性生产线除了小车、交换工作台之外，还有统一的刀具库，一般会有几百把刀 具，在系统中存入刀具的身份编码信息，再通过刀具输送系统送进加工中心，并把用完的刀具取回，柔性生产线往往还需要一台FMS的控制器来指挥运行。

过去五轴加工中心多为德国、美国、曰本、意大利制造，令人欣喜的是今年3月在上海举行的“中国数控机床展览会”上，展出了多台国内生产的五轴加工中 心。如济南二机床集团公司展出的龙门式五轴联动加工中心，工作台长6m,宽2m，采用立式主轴回转，A轴转角±100度，C轴转角±200度，这个庞然大 物吸引了许多参观者，它标志着中国数控机床工业达到了先进水平。上海第三机床厂、第四机床厂制造的立卧加工中心，工作台630mm2，采用高速内冷电主 轴，主轴可立、卧转换，工作台可以360度等分，类似于上述简单配置为立、卧转换的三轴加工中心，可对工件实现五面体加工，尽管还没有配置五轴，也非常实 用。
加工中心的发展与未来
现在加工中心逐渐成为机械加工业中最主要的设备，它加工范围广，使用量大。近年来在品种、性能、功能方面有很大的发展。品种：有新型的立、卧五轴联动 加工中心，可用于航空、航天零件加工；有专门用于模具加工的高性能加工中心，集成三维CAD/CAM对模具复杂的曲面超精加工；有适用于汽车、摩托车大批 量零件加工的高速加工中心，生产效率高且具备柔性化。性能：普遍采用了万转以上的电主轴，最高可达6～10万转；直线电机的应用使机床加速度达到了3- 5g；执行ISO/VDI检测标准，促使制造商提高加工中心的双向定位精度。功能：糅合了激光加工的复合功能，结构上适合于组成模块式制造单元（FMC） 和柔性生产线（FMS），并具有机电、通讯一体化功能。

领先一步的机床制造商正在构想2010年的“加工中心”，它将是万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。全自动地从 材料送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能。设备将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。21世纪时代特 征的IT功能是绝对不可少的，设备将通过网络与外界交换信息，获得最新的技术成果，人类的智慧将在高科技产品加工中心上得到充分的展现

5. 数控系统的五轴数控

具有五轴功能的数控机床可以以多种姿态实现工件与刀具间的相对运动，一方面可以保持刀具更好的加工姿 态，避免刀具中心极低的切削速度，也可以避免刀具和工件、卡具间的干涉，实现有限行程内更大加工范围。 五轴功能也是衡量数控系统能力的重要指标。 对于具有转台结构的五轴机床，工件与回转工作台固结，即工件坐标系（WCS）与回转工作台固结。当工作台旋转后，工件坐标系（WCS）必须相应的旋转。此后工件坐标系的X,Y,Z与原机床坐标系(MCS)XYZ方向不再一致，五轴插补算法需要随时自动完成工件坐标系的旋转，保证正确的刀具运行轨迹，如下图所示。
由于工件坐标系随转台一起旋转，数控系统在手动操作模式下给用户提供了选择机床坐标系MCS还是工件坐标系WCS的机会。如果用户选择了WCS下的手动操作，而且WCS已经旋转，则手动操作将按照旋转后的坐标轴方向运动，以C轴转台为例：如果C轴已由初始的0度，CCW旋转45度后，用户选择WCS下手动X轴，数控机床的会XY轴联动，走X-Y平面45度斜线，如图1所示。上述行为对于工件的寻边和手动定位加工很方便，不需要顾及转台转了多少度，只要依据图纸上工件坐标系所示的方向操作即可。在自动加工模式下，所有的G92,G54-G59,G52都是在WCS下设定的，都会跟随WCS旋转而旋转。
自动加工中值得注意：如果用户在工件坐标系下编程，推刀前建议用户使用G53回到MCS下，再按照MCS坐标系执行退刀动作；否则就要想清楚当前WCS与MCS的角度关系，例如：C轴为0度时与180度时WCS坐标系正好方向相反，进刀起始位置C为0度，XY为WCS绝对值正值的话，退刀位置时C为180度，再向回到起始点就要回到WCS绝对值负值了。如图所示。

对于具有摆头结构的机床而言，五轴数控系统在机床坐标系MCS中只关注控制点（摆头回转中心）的坐标， 而在工件坐标系WCS中五轴数控系统控制刀尖点坐标，如图所示。结合WCS随转台旋转，数控系统这样控制行为使WCS下始终正确地反映刀具与工件间的相对位置关系，用户可以安心对照工件图纸，考虑WCS下工件编程即可，无须考虑机床结构。
五轴加工中，不论是刀具旋转还是转台转动，都使刀尖点产生了XYZ的附加运动。五轴数控系统可以自动对这些转动和摆动产生的工件与刀尖点间产生的位移进行补偿，称之为RTCP（围绕刀尖点旋转）控制功能。例如，大连光洋的GNC61采用G203起动该功能；在西门子840D中，使用TRAORI开启RTCP；海德汉TNC530中，使用M128开启RTCP。这样用户可以在五轴机床上，如同3坐标一样的编程，可以适时加入调整刀具与工件间姿态调整的旋转指令，而不需要考虑这些旋转指令带来的附加运动。
五轴编程中，推荐采用刀具相对于工件坐标系（WCS）的姿态矢量来表达工件与刀具的姿态关系。这样处理的结果是用户不必考虑五轴机床的具体类型和结构，相同的工件程序可以在不同类型的五轴机床上加工，所有与机床结构相关的坐标处理完全由五轴数控系统自动完成。
例如，840D采用（A3，B3，C3）来表达刀具矢量；大连光洋的GNC61采用（VX，VY，VZ）表示刀具在WCS下刀尖点指向控制点的姿态，对（VX，VY，VZ）向量长度无特殊要求。 据统计，世界范围内，五轴机床真正用于五轴联动加工仅占5%，如叶轮、叶片、航空结构件等特殊零件；73% 用于五轴定向加工，如V型发动机缸体、模具制造等；五面体加工占22%[1]，例如机床上的箱体结构零件。
840D中采用Frames的概念，描述空间斜面和坐标系。
TNC530中采用PLANE功能定义加工作业斜面。例如：采用空间角定义斜面：
N50 plane spatial spa+27 spb+0 spc+45 ... 空间角A：旋转角SPA是围绕机床固定X轴旋转；空间角B：旋转角SPB是围绕机床固定Y轴旋转；空间角C：旋转角SPC是围绕机床固定Z轴旋转。除了空间角定义外，TNC530还支持投影角、欧拉角、三点等多种空间斜面定义。
GNC61在工件坐标系WCS下，设有G92坐标系，该坐标系负责对其上的用户定义的坐标系整体偏移， 可以用来表达卡具的基准。在G92坐标系内，用户可以定义G54, G55, G56, G57, G58, G59坐标系，可以用来表达同一卡具基准下的多个工件各自的坐标系。GNC61设计了程序局部坐标系G52，该坐标系位于G54-G59下，可以任意旋转倾斜。在设定的加工程序中有效，一旦新加载程序，G52会自动清0。GNC61支持用户在程序中直接定义G52（空间角）来指定一个倾斜的坐标系。此外GNC61还提供其他倾斜的坐标系定义的内建函数，包括：SG52_EULER，通过欧拉角的方式来指定G52旋转坐标系；；SG52_2VEC，通过使用两个矢量来定义加工面；SG52_3PT，通过三点的方式来指定G52旋转坐标系。
此外在定义斜面的基础上，五轴数控系 统还需要支持刀具自动定向到垂直于斜面的姿态。海德汉的TNC530有3种处理方式MOVE、TRUN、STAY。其MOVE模式在开启RTCP的情况下，实现刀具自动定向，即保持刀尖点不动；TRUN模式下刀具自动定向，但不开启RTCP，即刀具只摆动，不进行RTCP补偿运动；STAY则表示不产生任何运动，但相应的所需的运动量被系统变量保存。大连光洋GNC61在自动加工模式下，GNC61支持两种自动刀具定向指令：G200刀具自动垂直斜面非RTCP；G201 刀具自动垂直斜面带RTCP。
通常在默认状态下所谓五轴数控系统采用五轴直线插补，即将ABC增量等同直线增量进行插补。不论是否开启RTCP五轴直线插补在都没有直接约束刀具的侧刃，可能造成侧刃形成的零件尺寸和形貌不符合要求。为此，数控厂商往往还支持其他约束侧刃的特殊的五轴插补。
5.1平面刀矢插补
在冲裁模具中，存在大量侧壁保持平面的要求；航 空薄壁结构件也存在大量侧壁倾斜要求的型腔铣削加工；焊接零件焊接坡口也有铣倾斜面的要求。840D提供ORIVECT，以及GNC61的G213都是上述功能。通常该功能自动启动RTCP。
5.2双样条约束插补
即指定刀尖点的样条曲线，再另一条约束刀具的样条曲线，数控系统将完成两样条曲线约束的直纹面的插补。840D提供ORICURVE，以及GNC61提供的G6.3X都实现上述功能。
5.3圆锥插补
指定刀具矢量沿特定圆锥表面运行。该插补功能适合加工圆锥及空间斜面间圆锥过渡曲面。840D提供的即完成上述功能。
空间刀具半径补偿
对于五轴加工，RTCP起到了刀具长度补偿的作用。而五轴的刀具半径的补偿可以在不修改五轴加工程序中工件表面坐标点的情况下，调整各种类型的刀具，均能保证工件表面形状的正确。在FANUC最高级的30i系列数控系统和西门子高端的840D系统都支持上述功能。
五轴速度平滑
在五轴加工中，由于开启RTCP，以及各种特殊的五 轴算法，例如平面矢量插补、双样条约束插补等，都可能造成各直线进给轴速度的波动，这些波动有时会造成机床振动，影响零件表面加工质量，超过机床允许范围。为此五轴数控系统需要对各轴速度进行平滑调整。目前FANUC最高级的30i系列数控系统和西门子高端的840D系统都支持上述功能。

6. 五轴联动加工中心的详细解说

如何正确的选择五轴联动加工中心
1、适用的加工对象

一般来说，真五轴联动加工中心适合曲面加工，3+2轴加工中心适用于平面加工。

2、3+2五轴加工中心的优势

3+2五轴加工中心可以使用更短的，刚性更高的切削刀具；刀具移动距离更短，程序代码更少。而且刀具可以与表面形成一定的角度，主轴头可以伸得更低，离工件更近。

3、3+2五轴加工中心的局限性

3+2五轴加工中心通常被认为是设置一个对主轴的常量角度。复杂工件可能要求许多个倾斜视图以覆盖整个工件，但这样会导致刀具路径重叠，从而增加加工时间。

4、真五轴联动加工中心的局限性

相比于3+2五轴加工中心，其主轴刚性一般相对较差。而相比于三轴加工中心，加工精度误差相对较大一些。所以有些情况不宜采用五轴联动的方案，比如刀具太短，或刀柄太大，使任何倾斜角的工况下都不能避免振动。

5、真五轴联动加工中心的优势

真五轴联动加工中心加工时无需特殊夹具，可以降低夹具的成本，避免多次装夹，提高模具加工精度。也可以减少夹具的使用数量。加工中省去许多特殊刀具，从而降低了刀具成本。另外在加工中也能增加刀具的有效切削刃长度，减小切削力，提高刀具使用寿命，降低成本。