看懂此文，谁都不敢说不了解五轴机了

随着国家航空航天工业的崛起，需要使用五轴机床加工的产品越来越多，现在见面不聊个五轴都不好意思打招呼！但是你真的了解五轴机床吗？市场上一些所谓的真五轴和假五轴，你知道区别吗？对比三轴又有什么优势？让我们来看看你应该知道的五轴知识。

什么是五轴机床：

五轴机床是指在一台机床中同时含有X、Y、Z、A、B、C等任意五根轴的机床。

什么是五轴五联动：

联动是指数控机床两个或两个以上的轴，在一个轴运动时，另外的轴作匀速或周期运动，五轴联动是五根轴都能联动。

五轴形式：

一般分为主轴偏摆式，俗称摆头式（图1）和摇篮式（图2）

   图1摆头式                                       图2摇篮式

摆头式由于工件只作C轴运动，甚至有些连C轴都由主轴箱旋转来完成，这种形式对于超大超重型零件加工有着不可替代的作用。但是必须配备断电保护功能，使机床在遭遇突然断电后能寻原路退至原点。否则在偏摆主轴打孔或攻丝时突然断电就只能呵呵了！摇篮式适用于轻型零件，主轴只作直线轴运动，所以结构更简单可靠，主轴刚性及精度也会更好。配上直线电机和力矩电机可做高速加工及铣车复合加工，在小型精密模具行业有着重要意义。

五轴机床优势：

1、由于可以调整刀具与零件的角度位置关系，能加工一般三轴机床不能加工或很难一次装夹完成加工的连续、平滑的自由曲面。（图3）

2、可以用侧刃线接触加工自由曲面，相对于三轴只能用球头刀点接触加工，能提高空间自由曲面的加工精度和效率。（图4）

3、让工件的装夹变得容易，无需特殊夹具和多次装夹就能完成除装夹面外所有特征的加工。（图5）

4、简化刀具种类，一些三轴需要特殊刀具才能完成的零件在五轴上用标准刀具就可以加工。（图6）

5、偏摆主轴加工使相同进给情况下切削面积更大，效率更高，还能避免球头刀中心0线速度切削，提高刀具使用寿命及表面精度。（图7）

6、偏摆主轴可以减小刀具伸长量，降低刀具受力，提高工件精度，提升表面质量。（图8）

图3                                          图4

图5                                         图6

图7                                         图8

真、假五轴区别：

是否是真五轴，要看五个轴是否能联动。有些五轴不能实现五轴五联动，只能实现五轴三联动或者五轴四联动。这些五轴只能作分度加工，即旋转后必须锁定回转轴才能开始加工，这种俗称3 2模式的机床可以理解为假五轴（图9、图10）。

   图9：摆头式3 2五轴               图10：摇篮式3 2五轴

另外之前看到别人发的真假五轴鉴别的文章，文中提到需要有RTCP才算真五轴。RTCP（Rotational Tool Center Point）最早是由FIDIA提出的，但是没用过FIDIA的可能并不熟悉，而说到TCPM可能做五轴加工的都会非常熟悉。由海德汉开发的TCPM即“Tool Centre Point Management”的缩写，刀具中心点管理。现在的HEIDENHAIN ITNC530和HEIDENHAIN ITNC640系统都作为标配功能。还有的厂家称类似技术为TCPC（Tool Center Point Control），刀具中心点控制。

图11：TCPM

以图11为例，定义加工范围内的任意一点，即图中圆球中心点。从TCPM的字面含义理解，刀具中心点和球心将保持一致，此时刀具中心点定义在圆球中心上，而刀柄将围绕球心旋转，圆球中心点就是数控代码的目标轨迹点。为了达到让刀具中心点在执行TCPM功能时能够单纯地围绕目标轨迹点即圆球中心点旋转的目的，就必须实时补偿由于主轴或者转台转动所造成的刀具中心点各直线坐标的偏移，这样才能够保持刀具中心点与球心接触点不变。因而TCPM似乎更多的是站在刀具中心点或数控代码的目标轨迹点上，处理旋转坐标的变化。让我们来看看WELE机床的TCPM测试。

而不具备TCPM的五轴机床和数控系统必须依靠CAM编程和后处理，事先规划好刀路，同样一个零件，机床换了，或者刀具换了，就必须重新进行CAM编程和后处理，但是理论上依然能达到刀具绕球心旋转的目的，只是实现起来非常复杂。因而这类不带TCPM功能的可五轴联动机床也被一些人称为假五轴。

国内五轴机行业现状：

五轴机床目前基本依赖进口，国内厂家虽然也有一些五轴产品，但是市场占有率实在少的可怜。首先数控系统门槛较高，市场基本被德国的海德汉和西门子公司所垄断。模具行业多数使用海德汉系统，车铣复合多数使用西门子系统。这些数控系统价值不菲，光一套HEIDENHAIN ITNC530或者SIEMENS 840DSL系统售价基本就要几十万元。日系的MITSUBISHI和FANUC也有五轴系统，但是由于日本对五轴的出口限制，所以在国内市场上很难看到。美国赫克系统虽然较好用，但是他家系统不对外售卖，只安装在自己的机床上。以上这些因素决定了国内五轴产品的短缺，就算有售价也接近于德马吉森精机、米克朗、赫克等进口品牌的入门级产品，性价比实在不高。

再者由于五轴机多了2根回转轴，制造和检测难度大大增加，核心部件如：系统、主轴、导轨、丝杆、轴承等完全依赖进口。编程操作人员又严重稀缺，发一份招工信息，要会五轴编程（UG或HYPERMILL之类）且能独立做事的，应聘者极少，如果再加一点条件，比如：能根据不同的机型定制后处理，会车铣复合（或铣车复合），再懂一点PLC之类的，完了，根本没有（会这些的人基本都已经有高薪工作或者自己有企业了）。

国外顶尖技术产品：

1. 增材制造与减材制造技术：

德马吉森精机LASERTEC 3D系列，将激光堆焊与五轴铣削加工技术集成在一台机床中，能生产传统机床无法生产的复杂零件。

哈默和赫克也宣称自己有此类机床，但并未在中国官网看到类似产品。

2. 激光加工：

阿奇夏米尔LASER系列；德马吉森精机LASERTEC系列，激光发生器通过特殊装置连接到主轴中，可以进行激光表面纹理、精密切割、激光打孔等加工。

3. 超声震动加工：

德马吉森精机ULTRASONIC系列，将超声震动发生器集成到五轴机床上。刀具的旋转运动与超声发生器在轴向附加震动相互叠加，可加工玻璃、陶瓷、钛合金、硬质合金、碳纤维等传统机床难以加工的材料。

4. 分区加工：

德国SPINNER以车床闻名于世，这款五轴也非常有特色，具备一个刚性工作台和一个两轴的回转工作台，可以分区做五轴加工、三轴重切，更可以配上尾座加工长轴类零件。

5. 复合加工：

车铣复合机床有很多，赫克这款可以在加工完缸孔后直接珩磨，不需要另外购置珩磨机。这依赖于他家自己开发的优秀系统，支持珩磨运动控制及NC宏程序。

6. 超精密：

瑞士DIXI公司产品都经过500小时以上人工刮研导轨，全行程定位精度在3μm以内。一般厂家五轴机床空间精度在100μm-200μm之间，而DIXI机床的空间精度小于15μm。该机床加工的零件用普通三坐标去检测一定会让你怀疑人生！现DIXI公司已被德马吉森精机收购。

日系五轴对中国的出口限制很大，要求不得用于军工、教育、机床加工母机等用途。还在每台机床上安装定位器，只要移动机床就会被锁死，故市场认可度及占有率较低，本期不作评述。

数控装备是一个国家工业基石，五轴机床又是装备制造业里的重中之重。而五轴机床种类形式繁多，优劣及功能都各不相同，大家在选购时需要慎重考虑产品特征及自身情况，选择合适于自己的产品！