近年來，五軸加工中心數(shù)控機(jī)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(bǔ)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?，F(xiàn)在，讓我們來看看五軸機(jī)床在這個(gè)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(gè)傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都感到頭疼的問題。三軸機(jī)床只有直線坐標(biāo)軸，而五軸數(shù)控機(jī)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(jī)床上獲得相同的加工效果，但某種五軸機(jī)床的數(shù)控代碼不能適用于所有類型的五軸機(jī)床。除直線運(yùn)動(dòng)外，數(shù)控編程還應(yīng)協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)計(jì)算，如旋轉(zhuǎn)角度行程檢查、非線性誤差驗(yàn)證、刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)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(jī)床增加特殊功能，編程和操作將更加復(fù)雜。只有反復(fù)實(shí)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(yàn)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(jī)床。由于技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)不到位，難以實(shí)現(xiàn)五軸數(shù)控機(jī)床的固有功能，機(jī)床利用率很低。在許多情況下，最好使用三軸機(jī)床。

其次，五軸數(shù)控的NC程序驗(yàn)證尤為重要

要提高機(jī)械加工效率，迫切需要淘汰傳統(tǒng)的“試切法”驗(yàn)證方法。在五軸數(shù)控加工中，數(shù)控程序的驗(yàn)證也變得非常重要，因?yàn)橥ǔＪ褂梦遢S數(shù)控機(jī)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(jī)床、夾具等加工范圍內(nèi)的設(shè)備碰撞；機(jī)床上的移動(dòng)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(yàn)證程序必須對機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)和控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。

如果CAM系統(tǒng)檢測到錯(cuò)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(cuò)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(jī)床上，機(jī)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(yùn)動(dòng)軌跡，情況并不那么簡單。

然后，對工具半徑進(jìn)行補(bǔ)償

在五軸聯(lián)動(dòng)NC程序中，刀具長度補(bǔ)償功能仍然有效，但刀具半徑補(bǔ)償無效。圓柱銑刀接觸成型銑削時(shí)，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(jì)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(bǔ)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(jì)算。因此，整個(gè)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(jì)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(jī)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(jī)床和三軸機(jī)床的區(qū)別在于它還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，刀具位置從工件坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)床坐標(biāo)系，中間需要幾個(gè)坐標(biāo)。利用市場上流行的后處理器生成器，三軸數(shù)控機(jī)床的后處理器只需輸入機(jī)床的基本參數(shù)即可生成。對于五軸數(shù)控機(jī)床，目前只有一些改進(jìn)后的處理器。五軸數(shù)控機(jī)床的后處理器還有待進(jìn)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(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)比三軸機(jī)床復(fù)雜得多。與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的第一個(gè)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(jì)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(jī)床程序，才能計(jì)算出非線性誤差。線性化的刀具軌跡可以解決這個(gè)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(gè)問題是異性。如果異性點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)軸的極限位置，異性點(diǎn)附近的小振蕩會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的180°翻轉(zhuǎn)，這種情況相當(dāng)危險(xiǎn)。

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(yàn)豐富的編程人員來操作CAD/CAM系統(tǒng)。

大量投資購買機(jī)床

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

除了機(jī)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(gè)機(jī)床。

未來五軸加工機(jī)床智能化趨勢

智能設(shè)備的控制模式和人機(jī)界面將發(fā)生很大變化。隨著WiFi寬帶、藍(lán)牙近距離通信等網(wǎng)絡(luò)性能的提高，基于平板電腦、手機(jī)和可穿戴設(shè)備的移動(dòng)控制模式將越來越流行。觸摸屏和多點(diǎn)觸摸圖形人機(jī)界面將逐漸取代按鈕、開關(guān)、鼠標(biāo)和鍵盤?，F(xiàn)在，特別是年輕人已經(jīng)習(xí)慣了智能電子消費(fèi)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(jī)交互的內(nèi)容，顯著降低了誤操作率。

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