五轴加工中心数控机床未来智能化的趋势

近年来，五轴加工中心数控机床的发展逐渐成熟，但目前的发展状态存在或多或少的问题，如五轴数控编程操作、刀具半径补偿、CAD/CAM系统要求、成本等。除了技术更新，智能五轴加工是未来的一大趋势。现在，让我们来看看五轴机床在这个阶段遇到的问题。

首先，五轴数控编程抽象，操作困难

这是每个传统数控编程人员都感到头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴，而五轴数控机床有多种结构形式。同一段数控代码可以在不同的三轴数控机床上获得相同的加工效果，但某种五轴机床的数控代码不能适用于所有类型的五轴机床。除直线运动外，数控编程还应协调旋转运动的相关计算，如旋转角度行程检查、非线性误差验证、刀具旋转运动计算等。处理的信息量很大，数控编程非常抽象。

五轴数控加工的操作与编程技能密切相关。如果用户为机床增加特殊功能，编程和操作将更加复杂。只有反复实践，编程和操作人员才能掌握必要的知识和技能。缺乏经验丰富的编程和操作人员是五轴数控技术普及的主要阻力。

许多国内制造商从国外购买了五轴数控机床。由于技术培训和服务不到位，难以实现五轴数控机床的固有功能，机床利用率很低。在许多情况下，最好使用三轴机床。

其次，五轴数控的NC程序验证尤为重要

要提高机械加工效率，迫切需要淘汰传统的“试切法”验证方法。在五轴数控加工中，数控程序的验证也变得非常重要，因为通常使用五轴数控机床加工的工件非常昂贵，碰撞是五轴数控加工中常见的问题：刀具切入工件；刀具以极高的速度与工件碰撞；刀具与机床、夹具等加工范围内的设备碰撞；机床上的移动部件与固定部件或工件碰撞。在五轴数控中，碰撞难以预测，验证程序必须对机床运动学和控制系统进行综合分析。

如果CAM系统检测到错误，可以立即处理工具轨迹；但是，如果在加工过程中发现数控程序错误，则不能像三轴数控中那样直接修改工具轨迹。在三轴机床上，机床操作员可以直接修改工具半径等参数。在五轴加工中，由于工具尺寸和位置的变化直接影响后续旋转运动轨迹，情况并不那么简单。

然后，对工具半径进行补偿

在五轴联动NC程序中，刀具长度补偿功能仍然有效，但刀具半径补偿无效。圆柱铣刀接触成型铣削时，需要为不同直径的刀具编制不同的程序。由于ISO文件中没有提供足够的数据来重新计算刀具位置，目前流行的数控系统无法完成刀具半径补偿。在数控加工过程中，用户需要频繁更换刀具或调整刀具的确切尺寸。根据正常的处理程序，刀具轨迹应送回CAM系统重新计算。因此，整个加工过程的效率很低。

工具轨迹修正所需的数据由数控应用程序输送到CAM系统，计算的工具轨迹直接输送到控制器。LCOPS需要第三方提供直接连接到CNC机床的CAM软件，而不是ISO代码。该问题的最终解决方案取决于引入新一代数控控制系统，它可以识别通用格式的工件模型文件（如STEP等）或CAD系统文件。

后处理器问题

五轴机床和三轴机床的区别在于它还有两个旋转坐标，刀具位置从工件坐标系转换为机床坐标系，中间需要几个坐标。利用市场上流行的后处理器生成器，三轴数控机床的后处理器只需输入机床的基本参数即可生成。对于五轴数控机床，目前只有一些改进后的处理器。五轴数控机床的后处理器还有待进一步开发。

非线性误差和奇异性问题

由于引入旋转坐标，五轴数控机床的运动学比三轴机床复杂得多。与旋转有关的第一个问题是非线性误差。非线性误差应属于编程误差，可通过缩小步距来控制。在前置计算阶段，编程师无法知道非线性误差的大小。只有通过后置处理器生成机床程序，才能计算出非线性误差。线性化的刀具轨迹可以解决这个问题。一些控制系统可以在加工过程中线性化刀具轨迹，但通常在后处理器中线性化。

旋转轴引起的另一个问题是异性。如果异性点在旋转轴的极限位置，异性点附近的小振荡会导致旋转轴的180°翻转，这种情况相当危险。

CAD/CAM系统的要求

用户必须使用成熟的CAD/CAM系统来操作五面体加工，并且必须有经验丰富的编程人员来操作CAD/CAM系统。

大量投资购买机床

在过去，五轴机床和三轴机床之间的价格差距很大。目前，三轴机床附加的旋转轴基本上是普通三轴机床的价格，可以实现多轴机床的功能。同时，五轴机床的价格仅比三轴机床高30%～50%。

除了机床本身的投资外，还必须升级CAD/CAM系统软件和后处理器，以满足五轴加工的要求；校准程序必须升级，以便模拟整个机床。

未来五轴加工机床智能化趋势

智能设备的控制模式和人机界面将发生很大变化。随着WiFi宽带、蓝牙近距离通信等网络性能的提高，基于平板电脑、手机和可穿戴设备的移动控制模式将越来越流行。触摸屏和多点触摸图形人机界面将逐渐取代按钮、开关、鼠标和键盘。现在，特别是年轻人已经习惯了智能电子消费品的操作模式，可以快速响应、切换屏幕、上传或下载数据，大大丰富了人机交互的内容，显著降低了误操作率。

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