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第 1 章 多轴加工基础
主 要 内 容
多轴加工概述
多轴加工常见机床类型
多轴加工的优点
多轴加工常用数控系统
多轴加工刀具种类
多轴加工应用
学 习 目标
通过对多轴加工常见机床类型、常用数控系统、刀具种类和多轴加工的优点的介绍,
初步了解多轴加工的应用。
1.1 多轴加工概述
多轴加工可理解为在 4 轴(至少包含一个回转轴)及以上的数控设备上完成定向或联
动加工。随着制造技术的发展,当前多轴数控加工设备越来越多地应用在航空航天、汽车
等行业。
多轴加工设备的种类很多,结构类型和控制系统都各不相同。多轴加工与 3 轴加工编
程相比,作为加工程序的 NC 代码的主体即是众多的路径坐标点,控制系统通过坐标点来
控制刀尖参考点的运动,从而加工出需要的零件形状。在 3 轴加工编程的过程中,只需要
通过对零件模型按照加工策略进行计算,在零件上得到点位数据即可。而在多轴加工中,
不仅需要计算出点位坐标数据,还需要得到坐标点上的矢量方向数据,这个矢量方向在加
工中通常用来表达刀具的刀轴方向,这就要求在编程中要考虑更多的因素及复杂的运算。
目前,这项工作最经济的解决方案是通过计算机和 CAM 软件来完成, 众多的 CAM 软
件都具有这方面的能力。但是,这些软件在使用和学习上难度比较大,编程过程中需要考
虑的因素比较多,能使用 CAM 软件编程的技术人员成为多坐标加工的一个瓶颈因素。即
使利用 CAM 软件,从目标零件上获得了点位数据和矢量方向数据之后,并不代表这些数
2 NX CAM 多轴加工编程实践教程
据可以直接用来进行实际加工。因为随着机床结构和控制系统的不同,这些数据如何能准
确地解释为机床的运动,是多坐标联动加工需要着重解决的问题。
因此,仅仅利用 CAM 软件计算出点位数据和矢量方向并不能真正地满足最终的加工
需要(这些点位数据和矢量方向数据就是前置文件),还需要利用另外的工具将这些前置
文件转换成适合机床使用的加工程序,这个工具就是后处理。
1.2 多轴加工常见机床类型
以五坐标联动的铣削机床为例, 从结构类型上看, 分为双转台、双摆头、 单摆头 +单转
台三大类,每大类根据机床运动部件的运动方式的不同而有所不同。以直线轴 Z 轴为例,
对于立式设备来说,人们编程时习惯以 Z 轴向上为正方向,但是有些设备是通过主轴头固
定而工作台向下移动、刀具相对向上移动为 Z 轴正方向移动;有些设备是工作台固定而主
轴头向上移动、刀具向上移动。在刀具参考坐标系和零件参考坐标系的相对关系中,不同
的机床结构对三坐标加工中心没有什么影响,但是对于多轴联动的设备来说就不同了,这
些相对运动关系的不同对加工程序有着不同的要求。由于机床控制系统的不同,对刀具补
偿的方式和程序的格式也都有不同的要求。
加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心。 3 轴立式加工中心最有效的加工面
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。多轴数控
加工中心具有高效率、高精度的特点,工件在一次装夹后能完成 5 个面的加工。如果配置
5 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,非常适于加工汽车
零部件、飞机结构件等工件的成型模具。根据回转轴形式,多轴数控加工中心一般可分为
以下几种方式:
(1)双转台结构。
(2 )双摆头结构。
(3 )单摆头 +单转台结构。
1.2.1 双转台结构
双转台结构类型的机床是一个工作台做回转运动,另一工作台做偏摆运动,回转
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