近年來，五軸加工中心數(shù)控機床的發(fā)展逐漸成熟，但目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)存在或多或少的問題，如五軸數(shù)控編程操作、刀具半徑補償、CAD/CAM系統(tǒng)要求、成本等。除了技術(shù)更新，智能五軸加工是未來的一大趨勢。現(xiàn)在，讓我們來看看五軸機床在這個階段遇到的問題。

首先，五軸數(shù)控編程抽象，操作困難

這是每個傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都感到頭疼的問題。三軸機床只有直線坐標(biāo)軸，而五軸數(shù)控機床有多種結(jié)構(gòu)形式。同一段數(shù)控代碼可以在不同的三軸數(shù)控機床上獲得相同的加工效果，但某種五軸機床的數(shù)控代碼不能適用于所有類型的五軸機床。除直線運動外，數(shù)控編程還應(yīng)協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運動的相關(guān)計算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢查、非線性誤差驗證、刀具旋轉(zhuǎn)運動計算等。處理的信息量很大，數(shù)控編程非常抽象。

五軸數(shù)控加工的操作與編程技能密切相關(guān)。如果用戶為機床增加特殊功能，編程和操作將更加復(fù)雜。只有反復(fù)實踐，編程和操作人員才能掌握必要的知識和技能。缺乏經(jīng)驗豐富的編程和操作人員是五軸數(shù)控技術(shù)普及的主要阻力。

許多國內(nèi)制造商從國外購買了五軸數(shù)控機床。由于技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)不到位，難以實現(xiàn)五軸數(shù)控機床的固有功能，機床利用率很低。在許多情況下，最好使用三軸機床。

其次，五軸數(shù)控的NC程序驗證尤為重要

要提高機械加工效率，迫切需要淘汰傳統(tǒng)的“試切法”驗證方法。在五軸數(shù)控加工中，數(shù)控程序的驗證也變得非常重要，因為通常使用五軸數(shù)控機床加工的工件非常昂貴，碰撞是五軸數(shù)控加工中常見的問題：刀具切入工件；刀具以極高的速度與工件碰撞；刀具與機床、夾具等加工范圍內(nèi)的設(shè)備碰撞；機床上的移動部件與固定部件或工件碰撞。在五軸數(shù)控中，碰撞難以預(yù)測，驗證程序必須對機床運動學(xué)和控制系統(tǒng)進行綜合分析。

如果CAM系統(tǒng)檢測到錯誤，可以立即處理工具軌跡；但是，如果在加工過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)控程序錯誤，則不能像三軸數(shù)控中那樣直接修改工具軌跡。在三軸機床上，機床操作員可以直接修改工具半徑等參數(shù)。在五軸加工中，由于工具尺寸和位置的變化直接影響后續(xù)旋轉(zhuǎn)運動軌跡，情況并不那么簡單。

然后，對工具半徑進行補償

在五軸聯(lián)動NC程序中，刀具長度補償功能仍然有效，但刀具半徑補償無效。圓柱銑刀接觸成型銑削時，需要為不同直徑的刀具編制不同的程序。由于ISO文件中沒有提供足夠的數(shù)據(jù)來重新計算刀具位置，目前流行的數(shù)控系統(tǒng)無法完成刀具半徑補償。在數(shù)控加工過程中，用戶需要頻繁更換刀具或調(diào)整刀具的確切尺寸。根據(jù)正常的處理程序，刀具軌跡應(yīng)送回CAM系統(tǒng)重新計算。因此，整個加工過程的效率很低。

工具軌跡修正所需的數(shù)據(jù)由數(shù)控應(yīng)用程序輸送到CAM系統(tǒng)，計算的工具軌跡直接輸送到控制器。LCOPS需要第三方提供直接連接到CNC機床的CAM軟件，而不是ISO代碼。該問題的最終解決方案取決于引入新一代數(shù)控控制系統(tǒng)，它可以識別通用格式的工件模型文件（如STEP等）或CAD系統(tǒng)文件。

后處理器問題

五軸機床和三軸機床的區(qū)別在于它還有兩個旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，刀具位置從工件坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機床坐標(biāo)系，中間需要幾個坐標(biāo)。利用市場上流行的后處理器生成器，三軸數(shù)控機床的后處理器只需輸入機床的基本參數(shù)即可生成。對于五軸數(shù)控機床，目前只有一些改進后的處理器。五軸數(shù)控機床的后處理器還有待進一步開發(fā)。

非線性誤差和奇異性問題

由于引入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，五軸數(shù)控機床的運動學(xué)比三軸機床復(fù)雜得多。與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的第一個問題是非線性誤差。非線性誤差應(yīng)屬于編程誤差，可通過縮小步距來控制。在前置計算階段，編程師無法知道非線性誤差的大小。只有通過后置處理器生成機床程序，才能計算出非線性誤差。線性化的刀具軌跡可以解決這個問題。一些控制系統(tǒng)可以在加工過程中線性化刀具軌跡，但通常在后處理器中線性化。

旋轉(zhuǎn)軸引起的另一個問題是異性。如果異性點在旋轉(zhuǎn)軸的極限位置，異性點附近的小振蕩會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的180°翻轉(zhuǎn)，這種情況相當(dāng)危險。

CAD/CAM系統(tǒng)的要求

用戶必須使用成熟的CAD/CAM系統(tǒng)來操作五面體加工，并且必須有經(jīng)驗豐富的編程人員來操作CAD/CAM系統(tǒng)。

大量投資購買機床

在過去，五軸機床和三軸機床之間的價格差距很大。目前，三軸機床附加的旋轉(zhuǎn)軸基本上是普通三軸機床的價格，可以實現(xiàn)多軸機床的功能。同時，五軸機床的價格僅比三軸機床高30%～50%。

除了機床本身的投資外，還必須升級CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后處理器，以滿足五軸加工的要求；校準(zhǔn)程序必須升級，以便模擬整個機床。

未來五軸加工機床智能化趨勢

智能設(shè)備的控制模式和人機界面將發(fā)生很大變化。隨著WiFi寬帶、藍牙近距離通信等網(wǎng)絡(luò)性能的提高，基于平板電腦、手機和可穿戴設(shè)備的移動控制模式將越來越流行。觸摸屏和多點觸摸圖形人機界面將逐漸取代按鈕、開關(guān)、鼠標(biāo)和鍵盤。現(xiàn)在，特別是年輕人已經(jīng)習(xí)慣了智能電子消費品的操作模式，可以快速響應(yīng)、切換屏幕、上傳或下載數(shù)據(jù)，大大豐富了人機交互的內(nèi)容，顯著降低了誤操作率。

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