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数控奥林匹克多轴加工工艺研修（无锡）班 多轴机床实操讲义 南京四开电子企业有限公司——数控中心 内部资料 多轴机床手册（节选） 第一章 五轴机床应用必备知识 第一节 五轴机床的几种结构简介 1.1.1 五轴机床的分类 五轴机床一般为在普通三轴机床的基础上附加了两个旋转轴。又称为3+2轴。 按照旋转轴的类型，五轴机床可以分为三类：双转台五轴、双摆头五轴、单转台单摆头五轴。旋转轴分为两种：使主轴方向旋转的旋转轴称为摆头，使装夹工件的工作台旋转的旋转轴称为转台。 按照旋转轴的旋转平面分类，五轴机床可分为正交五轴和非正交五轴。两个旋转轴的旋转平面均为正交面（XY、YZ或XZ平面）的机床为正交五轴；两个旋转轴的旋转平面有一个或二个不是正交面的机床为非正交五轴。 1.1.2 SKY五轴机床的三种典型结构 ● 双转台五轴 两个旋转轴均属转台类，B轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。一般两个旋转轴结合为一个整体构成双转台结构，放置在工作台面上。 特点：加工过程中工作台旋转并摆动，可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，适合加工体积小、重量轻的工件；主轴始终为竖直方向，刚性比较好，可以进行切削量较大的加工。 图1-1-1双转台结构示意图 ● 双摆头五轴 两个旋转轴均属摆头类，B轴旋转平面为ZX平面，C轴旋转平面为XY平面。两个旋转轴结合为一个整体构成双摆头结构。 特点：加工过程中工作台不旋转或摆动，工件固定在工作台上，加工过程中静止不动。适合加工体积大、重量重的工件；但因主轴在加工过程中摆动，所以刚性较差，加工切削量较小。 图1-1-2双摆头结构示意图 ● 单转台单摆头五轴 旋转轴B为摆头，旋转平面为ZX平面；旋转轴C为转台，旋转平面为XY平面。 特点：加工过程中工作台只旋转不摆动，主轴只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头之间。 图1-1-3单摆头单转台结构示意图 第二节 加工坐标系与对刀操作的作用 1.2.1 加工坐标系的作用 使用数控机床来加工，编程时必须在所加工的实体或曲面模型上选择一个基准点。以这个点为加工原点的坐标系就称为加工坐标系（或称工件坐标系）。 三轴机床加工坐标系的基本轴向一般都符合右手定则。轴向如图所示：当右手大拇指的方向指向机床X轴正方向时，那么食指方向为Y轴正方向，中指方向为Z轴正方向。 图1-2-1右手定则 五轴机床比三轴机床多了旋转轴和摆动轴，因此五轴机床的加工坐标系是一个五维坐标系。其加工坐标系中X、Y、Z三轴一般都与三轴机床相同，其余两轴则因机床结构类型不同而不同。 在CAM软件中编程时，首先生成加工的刀具轨迹，然后通过后处理生成G代码的加工程序。加工程序中除了G代码指令之外，大量的内容为机床各轴坐标值，这些坐标值都是刀具轨迹上的点相对于加工坐标系中的值。在机床加工时，机床就会按照这些坐标值确定的位置来运动，通过刀具的切削，精确加工出所需的工件。 加工坐标系的作用就是确定刀具轨迹的坐标值，使加工刀路可以数值化、程序化，从而可以实现精确的数控加工。因此，数控加工必须要建立一个加工坐标系。 1.2.2五轴机床加工中的对刀操作 对刀操作所做的工作就是将CAM软件的三维图形中的加工坐标系与实际机床上的加工坐标系统一起来。如下图，工件原点（加工坐标系原点）位置是由编程人员设定的。机床上工件的原点反映的是工件与机床原点之间的位置关系。工件原点一旦确定一般不再改变。 图1-2-2工件原点与机床原点的关系 三轴机床加工时，在加工件在机床工作台上装夹好之后，要找到编程时在图形中设定为基准点的那一点在机床上的位置，也就是测出这一点的机床坐标值。 五轴机床加工的对刀操作与三轴机床不同，一是操作顺序不同，二是五轴比三轴要多一些内容。三轴机床一般都是先装夹好工件，再去进行对刀操作。五轴机床有时要先进行部分对刀操作，然后在装夹工件。这种情况下，工件装夹的位置还需按照对刀的要求进行校正。五轴机床的旋转轴或摆动轴都是按角度值运动的，因此五轴机床的对刀还需要校正旋转轴或摆动轴的零点位置；当机床结构为双转台或双摆头时，两个旋转轴是相关的（其中一个转轴跟随另一个运动），这时需要测定两轴的距离或偏心量；当五轴机床含有摆头结构时，还需要测量摆长以及刀具长度。 对三种主要结构类型的五轴机床对刀操作与三轴机床的不同点概述如下： A．双转台机床（工作台回转、摆动），在工件装夹之前测量确定两转轴轴线和摆轴轴线的交点、转台表面到摆轴轴线的距离，还要将转台校水平，装夹工件时校正工件或测量出工件位置偏差。 B．转台+摆头机床（工作台回转，刀具摆动），要在装夹工件之前测出转台中心，装夹工件时校正工件或测量出工件位置偏差，还要测定摆轴的有效摆长（有效摆长＝摆轴长＋基准刀具长）。 C．双摆头机床（刀具回转、摆动），要测定摆轴的有效摆长，还要校正摆轴