第一章 第1章 多轴数控加工技术基础

1  数控机床坐标轴定义
      要进行多轴加工的编程与操作，必须首先理解并牢固掌握数控机床各坐标轴的定义。标准的坐标系统是一个右手笛卡儿坐标系统，如图1-1所示。数控机床基本坐标轴为X、Y、Z三根直线运动轴，对应每一根直线运动轴的旋转运动轴分别用A、B和C轴来表示。
 

      一般规定，Z轴为平行于传递切削动力的机床主轴的坐标轴，Z轴的正方向是增大工件与刀具距离的方向。X轴作为水平的、平行于工件装夹平面的轴，它平行于主要的切削方向，且以此为正方向。Y轴的运动则根据X和Z轴按右手法则确定。
      如图1-1所示，分别绕X、Y和Z轴做旋转运动的旋转轴分别被命名为A、B和C轴。A、B和C轴的正方向相应地在X、Y和Z坐标轴正方向上按照右手螺旋前进方向确定。
      根据需要，机床可能还具有除X、Y和Z三个直线轴、A、B和C三个旋转轴以外的附加轴。对于直线运动，对分别平行于X、Y和Z轴以外的第二组直线轴，分别指定为U、V和W轴，机床实例如图1-2所示。如果还有第三组直线轴，则分别指定为P、Q和R轴。对于旋转轴，如果机床具备第一组旋转运动A、B和C的同时，还有平行于A、B的第二组旋转运动，指定为D、E轴。

 2  数控机床的可动轴与联动轴
　　机床的可动轴是指可以实现直线或回转运动功能的单根轴。在设计专用机床设备时，可以根据工艺需要，配置任意数目的可动轴。数控机床的联动轴是指在数控系统的控制下，可以同时动作的运动轴。因此，机床具备的联动轴数目取决于机床本身结构，还与数控系统具备同时控制这些可动轴的能力有关。例如，我们说一台“九轴五联动”的机床，就是指机床的可动轴数目有9根，而能同时联动的轴数目为5。

3  多轴加工及其方式
      一般约定，运动轴的数目大于3的机床为多轴加工机床。多轴加工是指多轴机床同时联合运动轴的数目大于3时的加工形式。
      根据同时联合运动轴的数目，实现多轴加工主要有以下四种方式。
      ⑴　四轴定位加工：通俗地称之3+1轴加工。它是指在四轴数控机床上，实现三根运动轴同时联合运动，另一根运动轴间歇运动的一种加工方式。如图1-3所示，机床加工完方形零件的一个侧面后，旋转第四轴来定位另一个加工面，从而实现一次装夹完成四面加工。

      ⑵　四轴联动加工：在四轴联动数控机床（比较常见的机床运动轴配置是X、Y、Z和A四根轴）上进行四根运动轴同时联合运动的一种加工方式。四轴联动加工能完成如图1-4所示零件以及类似零件的加工。

      ⑶　五轴定位加工：这种加工方式可以进一步细分为3+2轴加工和4+1轴加工两种加工方式。
      所谓3+2轴加工，是指在五轴数控机床（典型机床运动轴配置为X、Y、Z轴和A、C轴）上，两根旋转轴（如A、C轴）固定在某一个角度不动，三根直线轴（X、Y、Z轴）联合运动的一种加工方式。3+2轴加工是五轴加工中最常用的加工方式，能完成大部分倒勾结构的加工。如图1-5所示是双摆头五轴数控机床倾斜刀轴进行3+2轴加工的实例。

      4+1轴加工是指在五轴数控机床上，一根旋转运动轴定位在一个固定角度，其余三根直线运动轴和一根旋转运动轴同时联合运动的一种加工形式。如图1-6所示是五轴数控机床将刀轴置成水平状态对倒锥面进行4+1轴精加工的实例。

 

      ⑷　五轴联动加工：也叫连续五轴加工。五轴联动加工是指在五轴数控机床上进行五根运动轴同时联合运动的一种加工方式。五轴联动加工能加工出诸如发动机整体叶轮、整体车模一类形状复杂的零（部）件，如图1-7所示是双摆头五轴数控机床使用五轴联动加工方式加工整体车模车灯轮廓线实例。