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具有五軸功能的數控機床可以以多種姿態實現工件與*間的相對運動，一方面可以保持*更好的加工姿 態，避免*中心極低的切削速度，也可以避免*和工件、卡具間的干涉，實現有限行程內更大加工范圍。 五軸功能也是衡量數控系統能力的重要指標。

工件坐標旋轉對于具有轉臺結構的五軸機床，工件與回轉工作臺固結，即工件坐標系（WCS）與回轉工作臺固結。當工作臺旋轉后，工件坐標系（WCS）必須相應的旋轉。此后工件坐標系的X,Y,Z與原機床坐標系(MCS)XYZ方向不再*，五軸插補算法需要隨時自動完成工件坐標系的旋轉，保證正確的*運行軌跡，如下圖所示。

隨轉臺旋轉的WCSta-layout="blockcenter" style="margin: 0px auto 10px; position: relative; float: none; clear: both; text-indent: 0px; width: 220px; padding-bottom: 3px; padding-left: 20px; ">ta_ue_src="http://himg.china.cn/0/4_452_21862_220_146.jpg" style="border: 0px; display: block; " alt="" />

RTCP

五軸加工中，不論是*旋轉還是轉臺轉動，都使刀尖點產生了XYZ的附加運動。五軸數控系統可以自動對這些轉動和擺動產生的工件與刀尖點間產生的位移進行補償，稱之為RTCP（圍繞刀尖點旋轉）控制功能。例如，大連光洋的GNC61采用G203起動該功能；在西門子840D中，使用TRAORI開啟RTCP；海德漢TNC530中，使用M128開啟RTCP。這樣用戶可以在五軸機床上，如同3坐標一樣的編程，可以適時加入調整*與工件間姿態調整的旋轉指令，而不需要考慮這些旋轉指令帶來的附加運動。

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*矢量編程

五軸編程中，*采用*相對于工件坐標系（WCS）的姿態矢量來表達工件與*的姿態關系。這樣處理的結果是用戶不必考慮五軸機床的具體類型和結構，相同的工件程序可以在不同類型的五軸機床上加工，所有與機床結構相關的坐標處理*由五軸數控系統自動完成。

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例如，840D采用（A3，B3，C3）來表達*矢量；大連光洋的GNC61采用（VX，VY，VZ）表示*在WCS下刀尖點指向控制點的姿態，對（VX，VY，VZ）向量長度無特殊要求。

五軸斜面加工

據統計，世界范圍內，五軸機床真正用于五軸聯動加工僅占5%，

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如葉輪、葉片、航空結構件等特殊零件；73% 用于五軸定向加工，如V型發動機缸體、模具制造等；五面體加工占22%[1]，例如機床上的箱體結構零件。

840D中采用frames的概念，描述空間斜面和坐標系。

TNC530中采用PLANE功能定義加工作業斜面。例如：采用空間角定義斜面：

N50 plane spatial spa+27 spb+0 spc+45 ... 空間角A：旋轉角SPA是圍繞機床固定X軸旋轉；空間角B：旋轉角SPB是圍繞機床固定Y軸旋轉；空間角C：旋轉角SPC是圍繞機床固定Z軸旋轉。除了空間角定義外，TNC530還支持投影角、歐拉角、三點等多種空間斜面定義。

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GNC61在工件坐標系WCS下，設有G92坐標系，該坐標系負責對其上的用戶定義的坐標系整體偏移， 可以用來表達卡具的基準。在G92坐標系內，用戶可以定義G54, G55, G56, G57, G58, G59坐標系，可以用來表達同一卡具基準下的多個工件各自的坐標系。GNC61設計了程序局部坐標系G52，該坐標系位于G54-G59下，可以任意旋轉傾斜。在設定的加工程序中有效，一旦新加載程序，G52會自動清0。GNC61支持用戶在程序中直接定義G52（空間角）來一個傾斜的坐標系。此外GNC61還提供其他傾斜的坐標系定義的內建函數，包括：SG52_EULER，通過歐拉角的方式來G52旋轉坐標系；；SG52_2VEC，通過使用兩個矢量來定義加工面；SG52_3PT，通過三點的方式來G52旋轉坐標系。

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此外在定義斜面的基礎上，五軸數控系 統還需要支持*自動定向到垂直于斜面的姿態。海德漢的TNC530有3種處理方式MOVE、TRUN、STAY。其MOVE模式在開啟RTCP的情況下，實現*自動定向，即保持刀尖點不動；TRUN模式下*自動定向，但不開啟RTCP，即*只擺動，不進行RTCP補償運動；STAY則表示不產生任何運動，但相應的所需的運動量被系統變量保存。大連光洋GNC61在自動加工模式下，GNC61支持兩種自動*定向指令：G200*自動垂直斜面非RTCP；G201 *自動垂直斜面帶RTCP。

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五軸插補

通常在默認狀態下所謂五軸數控系統采用五軸直線插補，

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即將ABC增量等同直線增量進行插補。不論是否開啟RTCP五軸直線插補在都沒有直接約束*的側刃，可能造成側刃形成的零件尺寸和形貌不符合要求。為此，數控廠商往往還支持其他約束側刃的特殊的五軸插補。

5.1平面刀矢插補

在沖裁模具中，存在大量側壁保持平面的要求；航 空薄壁結構件也存在大量側壁傾斜要求的型腔銑削加工；焊接零件焊接坡口也有銑傾斜面的要求。840D提供ORIVECT，以及GNC61的G213都是上述功能。通常該功能自動啟動RTCP。

5.2雙樣條約束插補

即刀尖點的樣條曲線，再另一條約束*的樣條曲線，數控系統將完成兩樣條曲線約束的直紋面的插補。840D提供ORICURVE，以及GNC61提供的G6.3X都實現上述功能。

5.3圓錐插補

*矢量沿特定圓錐表面運行。

該插補功能適合加工圓錐及空間斜面間圓錐過渡曲面。840D提供的ORICONCWORICONCCWORICONIOORICONTO即完成上述功能。

空間*半徑補償

對于五軸加工，RTCP起到了*長度補償的作用。而五軸的*半徑的補償可以在不修改五軸加工程序中工件表面坐標點的情況下，調整各種類型的*，均能保證工件表面形狀的正確。在FANUC級的30i系列數控系統和西門子的840D系統都支持上述功能。

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五軸速度平滑

在五軸加工中，由于開啟RTCP，以及各種特殊的五 軸算法，例如平面矢量插補、雙樣條約束插補等，都可能造成各直線進給軸速度的波動，這些波動有時會造成機床振動，影響零件表面加工質量，超過機床允許范圍。為此五軸數控系統需要對各軸速度進行平滑調整。目前FANUC級的30i系列數控系統和西門子的840D系統都支持上述功能。

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?：吳（銷售工程師）

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