1 五轴数控机床的构造及特点

　　1.1 五轴数控机床的两种加工中心特点

五轴数控机床在生产业中广泛应用与航空航天、l}、军事领域、科研领域、精密器械领域以及高精医疗设备等。常见的五轴数控机床包括立式五轴加工中心和卧式五轴加工中心。

　　1.1.1 立式五轴加工中心

　　立式五轴加工中心的回转轴包括两种形式:1)工作台回转轴，工作台可以环绕X轴回转，这种工作台一般设置在床身上，可定义为直线轴，直线轴工作范围一般为正三十度至负一百二十一度;2)工作台的中间另设有另外一个回转台，环绕另一个轴回转，可将其定义为旋转轴，旋转轴部是三百六十度回转。这样通过直线轴与旋转轴的组合，除了工作台底面部分的工件以外，其余的五个面均可以利用这这种机床进行加工。直线轴和旋转轴最小分度值一般为0.001度，因此，又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。

　　这类加工中心的优点在于，主轴的结构简单加工非常灵活、刚性好、保证有一定的线速度、加工质量高.制造成本较低，但是也有其局限性，工作台不能够设计较大的空间，承重程度较小且机身国语庞大。主轴前端是一个巨转头，能自行环绕直线轴三百六十度，成为旋转轴，回转头上还带可环绕另一直线轴旋转的旋转轴，一般可达正负九十度以上，实现上述类型机床同样的功能。

　　1.1.2 卧式五轴加工中心

　　卧式五轴加工中心，此类加工中心的回转轴也有两种形式，一是将卧式的主轴摆动固定成为一个回转轴，与工作台上的一个回转轴相互配合，由主轴立、卧转换配合工作台分度，可以进行五面的立体加上。二是传统的上作台回转轴，设置在床身上的工作台直线轴一般工作范围正二十度至负一百度。工作台的中间也设有一个回转台旋转轴，这个旋转轴可双向三百六十度回转。

　　1.2 五轴数控机床特点

　　1.2.1 编程程序复杂

　　编程复杂、难度大。在三种不同的结构型式和三种不同的运动配置力一式的自由组合下，可以得到九种可能的不同结构类型的五轴机床五轴数控不同于三轴数控，其编程的难度也程函数趋势上涨，除了需要对三个直线轴进行运动的编程外，还要加入两个旋转轴的编程程序，这种两个旋转轴同时加入的运转模式，使得其合成的运动轨迹相当复杂，为达到所需的自由曲线，不仅需要进行严密而复杂的集合运算，并月_还需要考虑各个轴承的协调性，以免造成不和谐的冲撞。

　　1.2.2 能进行自由曲线及多面体复杂构建的加工

　　五轴数控机床机构复杂，编程难度大给其赋予了独一无二的应用上的优点。三轴数控机床一般来说是三个直线轴构成的，因此不能够一次性加工完成连续并且平滑的自由曲面。例如:航空发动机和汽轮机的叶片，以及孔位的壳体和模具等，这种精细部件就不能够通过三轴数控机床进行加工。由于普通的三轴数控机床其刀具相对于工件的位姿角不能够在加工过程中进行转变，加工一些自由曲面等复杂的工件时，就有可能产生干涉或者加工不到位的情况。而利用五轴数控机床进行这类工件的加工，则可以有效避免这种情况，在加工时可以随时调整位姿角的角度，使其与工件进行调整，一次性装夹完成完美的自由曲面的加上。

2 五轴数控机床在机床后置处理系统中的应用

　　由于某些历史事件的限制，中国在五轴联动数控机床上的技术进口受到了一定的阻碍，数控系统技术还停留在一般水平上C随着近我国在数控方面的深入发展，各地涌现出大批生产制造五轴联动机床厂家，通过相关学者研究人员的深入研究和攻关，我国五轴数控机床技术不断提高。木文主要从建立数学模型角度对五轴数控机床在机床后置处理系统中的应用进行简要分析探讨。

　　2.1 建立五轴数控机床坐标系的数学模型

　　五轴机床运动示意图如图1所示。将其旋转运动A. B, C相应的表示为轴X, Y, Z的旋转运动，其运动方向以向右旋转标注。其中Z+表示向上，X+表示向右，Y+表示向里。C角为XY机床坐标绕Z轴旋转所得，A角为其绕X轴旋转所得，其计算较为复杂。下图2，根据双专台五轴机床运动而转换的平面矢量运转图。

　　2.2 五轴机床的数控编程

　　本文所用程序为UG/Post Builder专用后置处理软件。在其程序中和刀轨创口中做好定义、修改及用户化的程序设置。其中后处理程序主要包含:A程序开头，B操作头，C刀轨，D操作尾，E程序结尾五个。其中G代码创口出，定义好快速运动、顺逆园运动及直线运动等程序;在M代码创口处，定义好后置处理中会用到的程序结束、主轴的顺逆转、主轴关停以及更换道具等程序;对字地址定义创口设置好关键字的格式:在字符顺序的创口设置好字符优先程序:在用户自定义创口添加自定义等相关命令程序。其编程语言用TCL语言模式，同时实现后置处理算法的旋转轴的角度计算、变轨角度计算、坐标变换矩阵的计算、坐标轴位移值的计算等等。此外在程序和刀轨参数创口的程序命令中，需将旋转轴角度计算以及平动轴位移计算等程序导入到命令列表中来。

　　2.3 加工实例应用

　　采用电动机驱动的双转台式五轴机床进行加工试验。加工前，用UG-NX软件设计直径为56二高23二半球一圆柱组合体，同时在凹斜面进行垂直钻孔，并进行球面刻上编号。

　　对加工模块划分为五个部分:粗加工、半精加工、精加工、多面钻孔、刻编号。

　　设置粗加工:选用型腔铣，刀具选用直径7 mm、刃长20mm的立铣刀，加工余量设定为0.6mm。

　　设置半精加工:选用剩余铣，刀具选用直径5 mm的球头铣，刃长15 mm，加工余量设定为0. 3 mm。

　　设置精加工:选用可辩轮廓铣，选用直径为5 mm的球头铣刀，刃长12 mm，加工余量设定为0。

　　设置多面钻孔:选用直径为3.5m。的砖头，设置孔深6mm。

　　设置半球面刻编号:选用30。平底见到，字深设定0.5mm。

　　对编制的后置处理程序转换成5组加工G代码进行操作加工即可。其程序模拟图及加工成品示意图如图3。

图3 UG构建的加工模型及完成的模型工件示意图

3 五轴数控机床的发展趋势

　　从当今五轴联动数控机床在国内外的研究应用发展来看，我们可以清晰的看出其发展的巨大优势和前景。

　　3.1 高速、高效率

　　随着现代加工业的不断发展，企业越来越追求高效率、低成本及高质量。这也成了当前高速及超高速机床研究的重要方向。随着机床技术的不断发展，高速机床的主要部件也逐步走向高速化，尤其以高速电主轴、高性能数控等为代表实现了技术突破。

　　3.2 高可靠性

　　由于三个直线轴加两个旋转轴使得其加工面比较复杂，导致其故障率比较高，因此在五轴数控机床可靠性方向还有待发展。例如:我国目前大部分的五轴联动数控机床对其可靠性要求在两万小时无故障，而国外无故障时间长达三万小时。

　　3.3 高精度化

　　随着五轴联动机床在我国高精尖仪器原件制造上的应用，使得对五轴联动机床的精度有了更高的要求，目前日本的超精密加工机床其精度达到了千分之一微米。

　　3.4 智能化、网络化及柔性化

　　让数控机床实现智能、网络化及柔性化，是适应当前机械加工制造必由之路，也是适应未来网络诊断、远程控制、网络设计的重要研究和应用方向。

4 结束语

　　五轴数控机床是加工机床中，目前来说最为先进的技术，能够在程序设定好的情况下，一次性完成自由曲面的加工，相较三轴数控机床来说，加入了与三个直线轴相配合的两个旋转轴进行协调，虽然在技术上、操作上、编程上更加复杂，但是能够提供先进的加工技术和加工模式，加工出精密的零件。五轴数控机床的编程系统需要考虑整个机床的综合情况进行，对刀具的位姿进行精确的定位，并在后置处理中进行完善。总之，五轴数控机床能够加工出精密零件，是未来加工产业的领头技术。