什么是五轴控制器?

五轴加工机床的发展:

精密加工在现代制造业中越来越普遍。实现精密加工的高端数控机床和模具处于制造产业链的前列，模具产品的质量很大程度上取决于数控设备。在激烈的市场竞争中，制造业要求更短的生产周期，更高的加工质量，更快的产品修改加工适应性，更低的制造技术。为了满足这些条件，越来越多的制造企业采用了高端数控加工机床，如五轴加工机床。

五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等加工的唯一手段。它是一种专门用于加工复杂曲面的高科技、高精度机床。机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密仪器、高精度医疗设备等行业都有着决定性的影响。

什么是五轴机床?

受约束的工具或工件在空间上有六个自由度。事实上，在金属切削过程中，工件与刀具之间会产生巨大的切削力和摩擦力。为了防止工件的位置移动，工件必须夹紧固定。常用的三轴机床只有三个正交的运动轴，并且只能在三个方向上实现直线运动自由度。因此，沿加工刀具轴向的结构可以加工，而侧结构特征不能加工。

五轴数控加工是指在一台机床上至少有五个坐标轴，包括三个直线坐标和两个旋转坐标，在计算机数控系统的控制下，可以同时进行协调运动的加工。数控机床的轴作为运动轴，它是空间上的坐标轴，如坐标的XY轴。没有运动轴，有独立的控制器和电机驱动系统。即数控机床有5个伺服轴(不包括主轴)可以同时进行插补，5个伺服轴可以同时移动分开加工。

五轴机床的结构:

五轴数控机床有许多不同的结构形式，主要分为工作台倾斜式、主轴倾斜式、工作台/主轴倾斜式五轴加工机床。五轴铣床加工控制器可以大致将机床各运动轴的控制分为轴坐标控制和工件坐标控制两种控制方法。

• 桌子倾斜类型:
  床上设置的工作台可以绕x轴旋转，x轴定义为a轴，a轴一般有+30°~ -120°的工作范围。工作台中间还有一个转台，在位置上绕z轴旋转，定义为c轴，c轴360度旋转。这样通过a轴和c轴的组合，除了工件的底面固定在工作台上外，其他五个表面都可以由立轴加工。
  a轴和c轴的最小分割值一般为0.001度，可将工件细分为任意角度，加工斜面、斜孔等。如果A轴和C轴与XYZ三个线性轴连接，则可以加工复杂的空间曲面，这需要CNC系统、伺服系统和软件的支持。这种安排的优点是主轴结构比较简单，主轴刚度好，制造成本比较低。但一般情况下，工作台不能设计得太大，承重能力也小，特别是当a轴旋转大于等于90度时，工件切削会给工作台带来较大的承重力矩。
• 主轴倾斜类型:
  主轴前端为旋转头，可自行绕z轴360度旋转成为c轴。旋转头还有一个a轴，可以绕x轴旋转，一般可达±90度或以上，实现与上述相同的功能。这种设置的优点是主轴的加工非常灵活，工作台也可以设计得很大。客机的巨大机身和巨大的发动机机匣都可以在这种加工中心进行加工。
  该设计的优点是，当使用球铣刀加工曲面时，刀具中心线垂直于加工面。由于球面铣刀顶点的线速度为零，因此由顶点切割出的工件表面质量较差。设计使主轴相对工件成一定角度旋转，使球铣刀避免了顶点切削，保证了一定的线速度，可以提高表面加工质量。这种结构适用于模具的高精度表面加工，这是旋转加工中心难以实现的。为了达到旋转的高精度，高档转轴配有圆形光栅刻度反馈，分度精度在几秒内。这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本高。
• 工作台/主轴倾斜类型:
  本设备的旋转轴配置为B轴与工作台围绕C轴组合。一个旋转轴在主轴头的工具侧，另一个在工作台侧。这种类型的机床在旋转轴的安排上具有最大的灵活性，旋转轴可以是任意两个A.B.C轴的任意组合。这类机床的主轴可旋转成水平状态和垂直状态，工作台通过分度和定位可简单配置为三轴加工中心进行垂直和水平转换。分度，实现了工件的五面体加工，制造成本低，更实用。

五轴机床有什么用途?

五轴联动加工中心适用于加工复杂、多道工序、高要求、通用的机床和要求种类繁多、需多次装夹调整才能加工的众多刀架。

• 框部分:
  箱型件一般要求多工位孔隙度和平面加工，对公差要求较高，尤其是几何公差要求比较严格，通常需要经过铣、钻、扩、镗、铰、攻丝等工序，需要的刀具在普通机床上难以加工，需要多次装夹和对中，加工精度难以保证。加工箱型件时，需要将工作台旋转几次，在水平方向加工四面，适合使用卧式加工中心。
• 复杂的表面:
  复杂表面在机械制造中起着重要的作用，特别是在航空航天工业中。用普通的加工方法很难甚至不可能完成复杂的表面。复杂表面零件，如各种叶轮、球面、各种表面成形磨料、螺旋桨、水下航行器的螺旋桨和其他一些自由曲面。五轴加工中心最适合这种零件。铣刀充当包络面以近似球面。加工中心加工复杂曲面时，编程工作量大，多数都必须具备自动编程技术。
• 异形部分:
  异形件是形状不规则的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工。异型件的刚度普遍较差，夹紧变形难以控制，加工精度难以保证，甚至有些零件的某些加工零件用普通机床难以完成。用加工中心加工时，应采取合理的工艺措施，一次或两次装夹，利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，完成多道工序或全部工序内容。
• 阀瓣盖板零件:
  带有键槽、径向孔或分布孔系统的端面、曲面盘套或轴类零件，如法兰套筒、带键槽或方头的轴类零件等，还有许多孔加工过的板类零件，如各种电机盖等。对于分布孔和端面曲面的盘类零件，应选择立式加工中心，径向孔的卧式加工中心。
• 特殊处理:
  在掌握加工中心的功能后，配合一定的工装和专用工具，加工中心就可以完成一些特殊的加工工作，如金属表面的刻字、雕刻、图案等。在加工中心主轴上安装高频电火花电源，对金属表面进行线扫描表面淬火。高速磨削头安装在加工中心上，可实现小模数渐开线锥齿轮的磨削和各种曲线曲面的磨削。

机床控制技术发展规划:

• 机器智能操作:智能人机界面、多轴高速动态控制、3D立体防碰撞等多层安全保护机制。
• 多任务复合自动化技术:多系统同步加工、自动上下料、工件定位、车削/铣/钻/磨复合加工工艺等功能。
• IT技术集成:分为CCD视觉校正(图像捕捉、风格识别、数据转换)和IT技术集成(上下工序垂直集成、内置CAD/CAM系统、导入绘图文件时自动导入自动参数)等两大功能。整合机器智能操作、多任务复合自动化功能和IT技术，构建下一代工业4.0智能控制系统，以智能功能实现提高单机加工效率和整体工厂生产率的目标。