近年來五軸聯動數(shu)控(kong)加工中心在各(ge)領域(yu)得到了越來越廣泛的應用。在實際(ji)應用中，每(mei)當(dang)人們碰見(jian)異形(xing)復雜零件(jian)高效、高質量加工(gong)難題時，五軸聯動技術(shu)無疑是解決(jue)這類問題的重要手段。越來越多(duo)的(de)廠家(jia)傾向于尋找五軸(zhou)設備來滿足高效率、高質量的(de)加(jia)工。但是，你(ni)真的足夠了解(jie)五軸加(jia)工嗎？
想要真(zhen)正的了解五(wu)軸(zhou)加(jia)工，首先(xian)我們要讀(du)懂什么是五(wu)軸(zhou)機床(chuang)。五軸機床（5 Axis Machining），顧名思(si)義，是指在X、Y、Z，三根(gen)常見的直線軸上加上兩根(gen)旋轉軸。A、B、C三軸中的兩個(ge)旋(xuan)轉軸具有(you)不同的運(yun)動(dong)方式，以滿(man)足各類產品的技術需求。
而(er)在5軸加(jia)工中心的(de)(de)機械設(she)計上，機床制(zhi)造商始終堅持不懈地致(zhi)力(li)于開發出新的(de)(de)運動(dong)模(mo)式，以滿(man)足各種要求。綜合目前市場上各類五軸(zhou)機床(chuang)，雖(sui)然其機械(xie)結(jie)構形式(shi)多種(zhong)多樣，但是主(zhu)要有(you)以下幾種(zhong)形式(shi)：
1. 兩個(ge)轉動坐標直接控制(zhi)刀具軸線的方向（雙擺(bai)頭(tou)形式）。2. 兩個(ge)坐標軸在刀具頂端，但是(shi)旋轉(zhuan)軸不與直線軸垂(chui)直（俯垂(chui)型擺頭式(shi)）。3. 兩(liang)個轉(zhuan)(zhuan)動坐標直(zhi)接(jie)控制空間的旋轉(zhuan)(zhuan)（雙轉(zhuan)(zhuan)臺形式(shi)）。4. 兩個(ge)坐標軸在工作臺上，但是旋轉軸不與直線軸垂直（俯垂型(xing)工作臺式）。5. 兩個轉(zhuan)動坐標一(yi)個作用在刀具上，一(yi)個(ge)作用在工件上（一(yi)擺一(yi)轉形式(shi)）。*術語：如果旋(xuan)轉(zhuan)軸(zhou)不與直線軸(zhou)相垂直，則被(bei)認為是一根“俯垂型”軸(zhou)。看過(guo)這些結構的五(wu)軸(zhou)機床(chuang)，我(wo)相信我(wo)們應該明白了五(wu)軸(zhou)機床(chuang)什(shen)么在運動，怎樣運動。可(ke)是，這么多樣化的機床結構(gou)，在加工時究(jiu)竟能展現出哪些特點呢？與傳統的三軸機床(chuang)相比，又有哪些(xie)優(you)勢(shi)呢？接下來就讓我們來看看五軸機床有(you)哪些發光(guang)點。02
五軸加工的(de)眾(zhong)多優點
說起五軸機床(chuang)的(de)特點，就要和傳統的(de)三(san)軸設備來比較(jiao)。生產中三軸加工設備(bei)比較常見，有立(li)式(shi)、臥式(shi)及龍門等(deng)幾種(zhong)形式(shi)。常(chang)見的(de)加工(gong)方法有(you)立銑刀(dao)端(duan)刃加工(gong)、側刃加工(gong)。球(qiu)頭刀的(de)仿形加工等(deng)等(deng)。但無論哪種形(xing)式(shi)和方法都有著(zhu)一個共同(tong)的特點，就是在(zai)加工過(guo)程中(zhong)(zhong)刀軸方向始(shi)終(zhong)保(bao)持(chi)不變(bian)，機床只能(neng)通過(guo)X、Y、Z三個線性軸的插(cha)補(bu)來實(shi)現刀具在(zai)空間直角坐標(biao)系中(zhong)(zhong)的運(yun)動(dong)。所以(yi)，在(zai)面對下面這些產品時，三軸機床效率低(di)、加工(gong)表面質量差甚至無法加工(gong)的弊(bi)端就暴(bao)露出來(lai)了。與三(san)軸數控加(jia)工設(she)備相比，五(wu)聯動(dong)數控機床(chuang)有以(yi)下優點：1. 保持(chi)刀(dao)具(ju)最佳切(qie)削狀態，改(gai)善切(qie)削條件如上圖(tu)，在左圖(tu)中三軸(zhou)切(qie)(qie)削方式，當切(qie)(qie)削刀具向頂端或(huo)工件邊緣移動(dong)時，切(qie)(qie)削狀態逐漸(jian)變差。而要在此處也(ye)保持(chi)最佳切(qie)削狀態，就需要旋轉工作臺(tai)。而如果我們要完整加工(gong)一個不規(gui)則平面(mian)，就必(bi)須(xu)將(jiang)工(gong)作(zuo)臺以不同方向旋(xuan)轉多次。可(ke)以看見，五(wu)軸(zhou)機床還可(ke)以避免球頭銑刀中心點線速(su)度為0的(de)情況，獲得(de)更好的(de)表面(mian)質量。
2. 有(you)效(xiao)避免刀具干涉(she)如上圖，針對(dui)航空(kong)航天領(ling)域內應用(yong)的葉(xie)(xie)輪、葉(xie)(xie)片和整體(ti)葉(xie)(xie)盤等零件(jian)，三軸設備(bei)由于干涉原因(yin)無法滿足工(gong)藝要求。而(er)五軸(zhou)機床就可以(yi)滿(man)足。同(tong)時五軸機床(chuang)還可以使(shi)用更短的刀具進行加工(gong)，提升(sheng)系統剛性(xing)，減(jian)少刀具的數量，避免了專用刀具的產生(sheng)。對于(yu)我(wo)們的企業(ye)老板來說(shuo)，意味在(zai)刀具成本(ben)方面，五軸機床將會(hui)給您省錢了(le)！3. 減少裝(zhuang)夾次數(shu)，一次裝(zhuang)夾完成五(wu)面加工如上圖可以看出五(wu)軸加(jia)工中(zhong)心還可以減(jian)少基準轉換，提高(gao)加(jia)工精度(du)。在實(shi)際(ji)加工(gong)中，只需一次裝夾，加工(gong)精度(du)更(geng)容易得到(dao)保證。同時五軸加(jia)工(gong)中心由(you)于(yu)過程鏈的縮短和設備(bei)數(shu)量的減少，工(gong)裝夾具數(shu)量、車間(jian)占地面積和設備(bei)維護(hu)費用也隨之減少。這意味著您(nin)可以用(yong)更(geng)少的(de)夾具，更(geng)少的(de)廠房面積和維護費用(yong)，來完成更(geng)高(gao)(gao)效更(geng)高(gao)(gao)質量的(de)加工(gong)！4. 提高加工(gong)質量(liang)和效率如圖，五軸機床可以采用刀(dao)具側刃切(qie)削，加工效率(lv)更高。5. 縮短生(sheng)產過程(cheng)鏈(lian)，簡化生(sheng)產管理五軸數(shu)控機床的完整(zheng)加工大大縮短了生(sheng)產過程(cheng)鏈(lian)，可以使生(sheng)產管理(li)和(he)計(ji)劃(hua)調度簡化。工件越復雜，它相(xiang)對傳統工序分散的生產方法的優勢就越明(ming)顯。對于航(hang)空航(hang)天、汽車等領域的(de)企業，有的(de)新產(chan)品零件及成(cheng)型模具(ju)形狀很復(fu)(fu)雜，精(jing)度要求(qiu)也很高，因此具(ju)備高柔性(xing)、高精(jing)度、高集成(cheng)性(xing)和(he)完整加(jia)工能力的(de)五(wu)軸(zhou)數(shu)控加(jia)工中心可以很好地解決(jue)新產(chan)品研發過程(cheng)中復(fu)(fu)雜零件加(jia)工的(de)精(jing)度和(he)周(zhou)(zhou)期(qi)問(wen)題，大(da)(da)大(da)(da)縮短研發周(zhou)(zhou)期(qi)和(he)提高新產(chan)品的(de)成(cheng)功率。綜(zong)上所述(shu)，五(wu)軸(zhou)機床實在(zai)是有太多太多優(you)點，但是五(wu)軸(zhou)機床刀具姿態控(kong)制，數控(kong)系統，CAM編(bian)程和(he)后處(chu)理都要(yao)比三(san)軸(zhou)機床復雜的多！同時，我們(men)說(shuo)到(dao)五軸機床，就(jiu)不得(de)不說(shuo)真假(jia)五軸的問(wen)題，我們(men)都知道真假(jia)五軸最(zui)大的區別在于RTCP功能，然而何謂RTCP，它是怎么產生(sheng)的又該(gai)如何應(ying)用？下(xia)(xia)面我(wo)們就結合機床結構和編(bian)程后處理來具體(ti)了解一下(xia)(xia)RTCP，了解他的真(zhen)正面目。RTCP，在高檔五軸數控系(xi)統里，認為RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我們常(chang)說的刀尖(jian)點跟隨功能。在五軸加工(gong)(gong)中，追求刀尖(jian)點軌跡及刀具與工(gong)(gong)件間的姿態時，由于回轉運動，產生刀尖(jian)點的附加運動。數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)控(kong)制(zhi)點(dian)(dian)往往與刀(dao)尖點(dian)(dian)不重(zhong)合，因此數(shu)控(kong)系(xi)統(tong)要自動修(xiu)正控(kong)制(zhi)點(dian)(dian)，以保證刀(dao)尖點(dian)(dian)按指令既(ji)定(ding)軌(gui)跡運動。業內也有將此(ci)技(ji)術稱(cheng)為TCPM、TCPC或者RPCP等功能(neng)。其實這些稱呼的功能定(ding)義(yi)都(dou)與RTCP類(lei)似，嚴(yan)格意(yi)義(yi)上來說，RTCP功能是用(yong)在雙擺(bai)頭結(jie)構上，是應用(yong)擺(bai)頭旋轉中心點來進(jin)行補(bu)償。而類似于RPCP功能主要是應用在(zai)雙轉(zhuan)(zhuan)臺形式的(de)機床上，補(bu)償的(de)是由于工件旋轉(zhuan)(zhuan)所造成的(de)的(de)直線軸坐(zuo)標的(de)變化。其實這(zhe)些功能殊途同歸，都是為(wei)了保持刀具(ju)中心(xin)點和刀具(ju)與工件表面的(de)實際接觸點不變。所以為了表述方便，本文統一此類技術為RTCP技術。
那么RTCP功能是怎么產生(sheng)的呢？多年以(yi)前，在五(wu)軸機床剛(gang)普及(ji)市場的(de)時(shi)候，RTCP概念被機床廠(chang)家大肆宣傳。彼時RTCP功能更像是(shi)為技(ji)術(shu)而技(ji)術(shu)的(de)噱頭，更多人是(shi)對其技(ji)術(shu)本身的(de)熱衷和炒(chao)作。其實RTCP功能正好(hao)相反，它不光是一項好(hao)技術，更是一項能為客戶帶來效益和創造價值的好(hao)技術。擁有(you)RTCP技(ji)術的(de)機床(chuang)（也就是國(guo)內所說的(de)真(zhen)五軸機床(chuang)），操作(zuo)工不必把工件(jian)精確的(de)和轉(zhuan)臺軸心線對齊，隨便裝夾，機床(chuang)自動(dong)補償(chang)偏移，大(da)大(da)減少輔助時(shi)間，同時(shi)提高加工精度(du)。同時后(hou)處理制(zhi)作簡單，只要輸出刀尖(jian)點坐標和矢量就行(xing)了。像我(wo)們之前(qian)說的那樣，在機械(xie)結構上，五軸數控機床主要有雙擺(bai)頭、雙轉臺、一(yi)擺(bai)一(yi)轉等結構。
下文我們將以雙(shuang)轉臺(tai)高檔五軸數控系統為例，詳細(xi)介紹(shao)一下RTCP功(gong)能。在五(wu)軸機床中定義第(di)四軸和第(di)五(wu)軸的概(gai)念(nian)：在雙回轉(zhuan)工作(zuo)臺結(jie)構中第四軸(zhou)的(de)轉(zhuan)動影響到第五(wu)軸(zhou)的(de)姿態，第五(wu)軸(zhou)的(de)轉(zhuan)動無法(fa)影響第四軸(zhou)的(de)姿態。第五軸(zhou)為在第四(si)軸(zhou)上(shang)的回轉(zhuan)坐標。好了，看完(wan)定義說明(ming)我們(men)來解釋一下。如上圖所(suo)示，機床第4軸(zhou)為A軸(zhou)，第5軸(zhou)為C軸(zhou)。工(gong)件擺放在C軸轉臺(tai)上。當(dang)第4軸(zhou)A軸(zhou)旋(xuan)轉時(shi)，因為C軸(zhou)安裝在A軸(zhou)上，所以C軸(zhou)姿態也會受到影響(xiang)。同理，對(dui)于我(wo)(wo)們(men)放在轉(zhuan)臺上面的(de)工件，如果我(wo)(wo)們(men)對(dui)刀具中心(xin)切削編程的(de)話，轉(zhuan)動(dong)坐(zuo)標的(de)變化勢(shi)必會導致直線軸X、Y、Z坐(zuo)標的(de)變化，產生一個相對(dui)的(de)位(wei)移。而為了消除這一段位移，勢必機床要對其(qi)進行補償，RTCP就是為了消除這個補償而產生的(de)功能。那(nei)么機(ji)床如何對(dui)這(zhe)段(duan)偏移進行補(bu)償呢？接下(xia)來(lai)我們就來(lai)分(fen)析一下(xia)這段(duan)偏移是(shi)怎么產(chan)生的。根據前文，我(wo)們都(dou)知道是由于(yu)旋轉(zhuan)坐標(biao)的(de)變化(hua)導致(zhi)了直線軸坐標(biao)的(de)偏移。那么(me)分析(xi)旋(xuan)轉軸的旋(xuan)轉中心就顯得尤為重要。對于雙轉(zhuan)臺結構機(ji)床(chuang)，C軸(zhou)也(ye)就是第(di)5軸(zhou)的(de)控制點通常在機(ji)床(chuang)工作臺面的(de)回轉(zhuan)中心。而第4軸(zhou)通常選擇第四軸(zhou)軸(zhou)線(xian)的中(zhong)點(dian)作為控制點(dian)。數控(kong)系統為了實現五軸控(kong)制，需要知道第5軸控(kong)制點與第四軸控(kong)制點之間的關系。即初始狀態（機床A、C軸(zhou)0位置(zhi)），第(di)(di)四軸(zhou)控制(zhi)點為原點的第(di)(di)四軸(zhou)旋(xuan)轉坐標(biao)系下，第(di)(di)五軸(zhou)控制(zhi)點的位置(zhi)向量[U,V,W]。同(tong)時還需要(yao)知道A、C軸軸線(xian)之(zhi)間的距離。對(dui)于雙轉(zhuan)臺機床，舉例如(ru)下圖所(suo)示(shi)。講到這里，大家可以看出(chu)，對于有RTCP功(gong)能的(de)機床，控(kong)制(zhi)系(xi)統為保持刀具中心始終在被編程的(de)位置上。在這種情況下，編(bian)程(cheng)是獨(du)立的，是與(yu)機(ji)床運動(dong)無(wu)關的編(bian)程(cheng)。當您在機床上編程時，不用擔心機床運動(dong)和刀(dao)具(ju)長度，您所需要考慮的(de)只是刀(dao)具(ju)和工件(jian)之間的(de)相對運動(dong)。余(yu)下的工作控制系統(tong)將為(wei)您完成。舉個例子：如(ru)上圖，不(bu)帶RTCP功能關的情況(kuang)下，控制系統不(bu)考慮(lv)刀具(ju)長度。刀具圍繞(rao)軸的(de)中心旋轉(zhuan)。刀尖將移出其所在位置，并不再(zai)固定。如上圖，帶RTCP功能開的(de)情況下(xia)，控制(zhi)系統只改變(bian)刀具方向，刀尖位置仍(reng)保持不(bu)變(bian)。X，Y，Z軸上必要的補償運動已被自動計算進去。而對于(yu)不具(ju)備(bei)RTCP的(de)五軸機(ji)床和(he)數控系統(tong)是怎么解決直線軸坐標偏(pian)移這(zhe)個問(wen)題呢(ni)？我們知道現在(zai)國內(nei)很多五(wu)軸(zhou)數控機床和系統(tong)都屬于假五(wu)軸(zhou)，所(suo)謂假五(wu)軸(zhou)，其(qi)實就是指不帶RTCP功能的機床。真假五(wu)軸(zhou)，既(ji)不(bu)是(shi)看(kan)長相也不(bu)是(shi)看(kan)五(wu)個軸(zhou)是(shi)否聯(lian)(lian)動(dong)，要知道假五(wu)軸(zhou)也可以(yi)做五(wu)軸(zhou)聯(lian)(lian)動(dong)。假五軸(zhou)(zhou)的區別主要(yao)(yao)在于其(qi)沒有真(zhen)五軸(zhou)(zhou)RTCP算法，也就(jiu)是說假五軸(zhou)(zhou)編程需要(yao)(yao)考慮主軸(zhou)(zhou)的擺(bai)長(chang)及旋轉工作臺的位(wei)置。這就意味著(zhu)用假五(wu)軸數控系統和(he)(he)機床編(bian)程時，必須依靠(kao)CAM編(bian)程和(he)(he)后處理(li)技術(shu)，事先規劃好刀(dao)路。同(tong)樣(yang)一個零(ling)件，機床(chuang)換了或者刀具(ju)換了，都必須(xu)重新進(jin)行CAM編程和(he)后處理。并且(qie)假五軸機床在裝(zhuang)夾工(gong)件(jian)時(shi)需要(yao)保(bao)證(zheng)工(gong)件(jian)在其工(gong)作臺回轉(zhuan)中心位置，對(dui)操作者來說(shuo)，這意味著(zhu)需要(yao)大量的裝(zhuang)夾找正時(shi)間，且(qie)精度(du)得不到保(bao)證(zheng)。即使是做分度(du)加(jia)工，假五軸也(ye)麻煩很多。而真五(wu)軸只需要設置一(yi)個坐標系，只需要一(yi)次(ci)對刀，就(jiu)可以(yi)完成加工。下圖(tu)以NX后處理編輯(ji)器設(she)置為例，說明(ming)假五軸的坐標變換：如上(shang)圖，假(jia)五軸(zhou)是依靠后(hou)處(chu)理技術(shu)，將(jiang)機(ji)床第(di)四軸(zhou)和(he)第(di)五軸(zhou)中心位(wei)置關(guan)系表(biao)明，來補償旋轉(zhuan)軸(zhou)對直(zhi)線軸(zhou)坐標的(de)位(wei)移。其(qi)生成的CNC程序X、Y、Z不(bu)僅僅是編程趨近點，更是包含了X、Y、Z軸上必要的補償。這樣處理的結果不僅會導致加工精度不足，效率低下，所生成的程序不具有通用性，所需人力成本也很高。同時由于(yu)(yu)每臺機床的回轉參(can)數不同，都要有對(dui)應的后處理文(wen)件，對(dui)于(yu)(yu)生產也會造成極(ji)大的不便(bian)。再者假五(wu)軸(zhou)其生成程序無法改動，實現手工五(wu)軸(zhou)編(bian)程基本(ben)沒有可能。同時因為沒(mei)有RTCP功(gong)能，其衍生的眾多五軸高級功(gong)能都(dou)無法使用，比如五軸刀補功(gong)能等。其實(shi)對(dui)于五軸機床來(lai)說，它(ta)只(zhi)是我們為了實(shi)現(xian)加工結果的工具，并無真假之分。重(zhong)要的(de)是我們(men)的(de)工藝決定(ding)了選用(yong)什么方式加工，相(xiang)對而言，真五軸機床性價比更高。
