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业产业链的最前沿，模具产品的质量很大程度上由数控设备控制。在激烈的市场竞争中，制造业要求生产周期更短，加工质量更高，产品改性加工适应性更快，制造工艺更低。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刀具机床，如五轴加工刀具机床。

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具有决定性的影响。

什么是五轴机床？

受约束的刀具或工件在空间中具有六个自由度。实际上，在金属切削过程中，工件和刀具之间会产生巨大的切削力和摩擦力。为防止工件位置移动，必须夹紧并固定工件。常用的三轴机床只有三个正交运动轴，只能在三个方向上实现线性运动自由度。因此，可以加工沿加工刀具轴方向的结构，而不能加工侧面结构特征。

五轴CNC加工是指机床上至少有五个坐标轴，包括三个线性坐标和两个旋转坐标，并且可以在计算机数控系统的控制下以协调运动同时加工。数控机床的轴用作运动轴，它是空间中的坐标轴，例如坐标的XY轴。没有具有独立控制器和电机驱动系统的运动轴。也就是说，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以分开加工。

五轴机床的结构：

五轴数控机床的结构形式有很多种，主要分为工作台倾斜型、主轴倾斜型和工作台/主轴倾斜式五轴加工刀具机。五轴铣床加工控制器可以将机床各运动轴的控制大致分为轴坐标控制和工件坐标控制两种控制方式。

• 工作台倾斜型：
  床上设置的工作台可以绕X轴旋转，X轴定义为A轴，A轴一般工作范围为+30度至-120度。工作台中间还有一个转台，围绕Z轴旋转，定义为C轴，C轴旋转360度。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式主轴加工。
  A轴和C轴的最小分度值一般为0.001度，可以将工件细分为任意角度，并加工斜面，斜孔等。如果A轴和C轴与XYZ三个线性轴链接，则可以处理复杂的空间表面，这需要CNC系统，伺服系统和软件的支持。这种布置的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性好，制造成本相对较低。但是，一般来说，工作台不能设计得太大，承载能力也很小，特别是当A轴的旋转大于或等于90度时，工件切削会给工作台带来较大的承重力矩。
• 主轴倾斜式：
  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。客机巨大的机身和巨大的发动机外壳可以在这种类型的加工中心加工。
  设计优点是，当使用球面铣刀加工曲面时，刀具中心线垂直于加工表面。由于球面铣刀顶点的线速度为零，因此顶点切割出的工件的表面质量会很差。该设计使主轴相对于工件以一定角度旋转，使球面铣刀避免了顶点切削，并保证了一定的线速度，可以提高表面加工质量。这种结构在模具的高精度表面加工中很受欢迎，这是旋转加工中心难以实现的。为了实现旋转的高精度，高级旋转轴配备了圆形光栅刻度反馈，分度精度在几秒钟内。这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本高。
• 工作台/主轴倾斜式：
  该设备的旋转轴配置是B轴和工作台围绕C轴组合。一个旋转轴位于主轴头的刀具侧，另一个旋转轴位于工作台侧。这种类型的机床在旋转轴的布置方面具有最大的灵活性，旋转轴可以是任意两个 A.B.C 轴的任意组合。这类机床的主轴可以旋转成水平状态和垂直状态，工作台可以简单地配置为三轴加工中心，通过分度和定位进行垂直和水平转换。分度，实现工件上的五面体加工，制造成本低，更实用。

五轴机床有哪些应用？

五轴联动加工中心适用于加工复杂、多工序、高要求、普通机床和许多需要多种类型的刀柄，并且只有经过多次夹紧和调整才能加工。

• 箱形零件：
  箱式零件一般要求多工位孔隙率和平面加工，公差要求高，特别是几何公差要求比较严格，通常需要经过铣、钻、扩、镗、铰、攻丝等工艺，需要刀具在普通机床上难以加工，需要多次夹紧和对齐，难以保证加工精度。加工箱式零件时，需要多次旋转工作台才能在水平方向上加工四个面，并且适合使用卧式加工中心。
• 复杂表面：
  复杂表面在机械制造中起着重要作用，尤其是在航空航天工业中。通过普通加工方法完成复杂的表面是困难的，甚至是不可能的。各种叶轮、球面、各种表面形成磨料、螺旋桨、水下航行器的螺旋桨、螺旋桨等复杂表面零件，以及其他一些自由曲面。五轴加工中心最适合此类零件。铣刀充当包络曲面以近似球面。当加工中心处理复杂的表面时，编程工作量很大，并且大多数必须具有自动编程技术。
• 异形件：
  异形件是不规则形状的零件，大多需要点、线、面多工位混合加工。异形零件的刚性一般较差，夹紧变形难以控制，加工精度难以保证，甚至某些零件的某些加工零件很难用普通机床完成。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，并应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。
• 圆盘盖板零件：
  端面有键槽、径向孔或分布孔系统，弯曲盘套或轴零件，如法兰套筒、带键槽或方头的轴零件等，有许多孔加工板零件，如各种电机盖等。端面分布孔和曲面的圆盘零件应选择立式加工中心，径向孔的卧式加工中心。
• 特殊加工：
  在掌握了加工中心的功能后，使用一定的工装和专用刀具，可以使用加工中心完成一些特殊的工艺工作，例如在金属表面上刻字，雕刻和图案。加工中心的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。高速磨头安装在加工中心上，可实现小模量渐开线锥齿轮的磨削和各种曲线和表面的磨削。

机床控制技术发展规划：

• 智能整机操作：智能人机界面、多轴高速动态控制、3D实心防撞等多层安全保护机制。
• 多任务复合自动化技术：多系统联动加工，自动上下料，工件定位车/铣/钻/磨复合加工工艺等功能。
• IT技术集成：分为CCD视觉校正（图像采集、风格识别、数据转换）、IT技术集成（上程垂直集成、内置CAD/CAM系统、导入图纸文件时自动导入参数）等两大功能。集成智能机器操作、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工厂整体生产力的目标。