《五轴联动加工中心操作与基础编程》詹华西，江洁，刘怀兰编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《五轴联动加工中心操作与基础编程》

【作　者】詹华西，江洁，刘怀兰编

【丛书名】“十三五”高端数控技术高技能应用型人才培养系列精品教材

【页 数】 175

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2018.09

【ISBN号】978-7-111-60082-4

【价 格】43.00

【分 类】数控机床加工中心－操作－教材；数控机床加工中心－程序设计－教材

【参考文献】 詹华西，江洁，刘怀兰编. 五轴联动加工中心操作与基础编程. 北京：机械工业出版社, 2018.09.

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图书目录：

《五轴联动加工中心操作与基础编程》内容提要：

本书根据职业院校五轴数控技术人才培养课程体系编写，全书共分六章。内容包括五轴加工技术基础、五轴联动加工中心操作基础、五轴加工中心的操作基础编程、VERICUT五轴加工仿真与检查、箱体零件五轴加工工作案例、含叶轮特征零件的五轴加工工作案例。本书在介绍五轴加工相关技术的基础上，主要针对JT-GL8-V双摆台五轴联动加工中心，结合HNC-848多轴数控系统的编程规则、五轴CAMCAM编程的技术应用而编写。

《五轴联动加工中心操作与基础编程》内容试读

第一章

五轴加工技术基础

第一节五轴机床及五轴联动加工

五轴机床的结构模式与类别

1,五轴机床的坐标系统

五轴联动加工中的五轴是指机床能控制的运动坐标轴数为五个，联动是指数控

、+Y或+Z

系统可以按照特定的轨迹关系同时控制五个坐标轴的运动，从而可实现刀具相对于

+A、+B或+C

工件的位置和速度控制。

根据数控机床坐标系统的设定原则，

通常数控机床的基本控制轴X、Y、Z为直

线运动，绕X、Y、Z旋转运动的控制轴则

图111数控机床的坐标系统

分别为A、B、C,X、Y、Z线性轴的正负

方向关系按右手笛卡儿直角坐标系原则确定，而A、B、C旋转轴与对应线性轴X、Y、Z的

正负方向关系遵循右手螺旋定则，如图1-1-1所示。若在基本的直角坐标轴X、Y、Z之外，

还有其他轴线平行于X、Y、Z,则附加的直角坐标系指定为U、V、W或P、Q、R。一般

地，由三个基本直线运动轴X、Y、Z和A、B、C三个旋转轴中的任意两个联动即可构成五

轴联动，其组合实现的方式多种多样。

2.五轴机床的主要结构类型

五轴机床有三个直线运动坐标轴X、Y、Z和两个旋转运动坐标轴，且五个轴可以联动，

其旋转轴的组合及其控制实现方式可有很多种运动配置方案。但根据五坐标联动机床中两个旋转轴与主轴或工作台固连的形式，可以归为三大基本结构类型，即刀具双摆动（双摆头)、工作台双回转（双摆台）、刀具摆动与工作台回转（摆头+摆台）。对五轴机床而言，通常称运动中轴线方向不变的旋转轴为定轴，反之称为动轴。按两个旋转轴轴线在空间上的交错方式不同又有正交形式和非正交形式，而且还有直交和偏交的区分。不同的配置形式，其编程坐标数据的计算方法也就不同。

(1)双摆头式(Dual Rotary Heads)主轴头摆转控制，工作台做水平运动。这种结构类型是指两个旋转轴都作用于刀具上，刀具绕两个互相正交或非正交的轴转动，以使刀具能

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五轴联动加工中心操作与基础编程

指向空间任意方向。由于运动是顺序传递的，因而在两个旋转轴中，有一个的轴线方向在运动过程中始终不变，称为定轴，如图1-1-2a所示的C轴和图1-1-2b所示的B轴；而另一个的轴线方向则是随着定轴的运动而变化的，称为动轴，如图1-1-2a所示的A轴和图1-1-2b

所示的C轴。按从定轴到动轴顺序，机床分别为C+A、B+C的五轴配置。

+X

+X

a)正交的C+A方式

b)非正交的B+C方式

©)双摆头机床实例

图1-1-2双摆头式五轴机床

(2)双摆台式(Dual Rotary Tables)这种结构类型是指两个旋转轴都作用于工作台上，

刀具主轴做垂直升降运动或X/Y/Z龙门式十字移动。按照定轴与动轴结构配置形式，有C+

A、A+C、B+C等方式，俗称摇篮式。图1-1,3a、b所示分别为A+C、B+C双摆台结构形式。

a)正交的A+C方式

b)非正交的B+C方式

©)双摆台机床实例

图1-1-3双摆台式五轴机床

(3)摆头+摆台式(Rotary Head and Table)主轴摆转+单一摆台或附加旋转轴。这种结构类型是指刀具与工件各具有一个旋转运动轴，这种结构不是定、动轴结构，而是两个旋转轴在空间的方向都是固定的。对于两个旋转轴的配置情况，一般按先工件后刀具的顺序进行分类。图1-1-4a、b所示分别为C+B、C+A实现方式。

(4)3+2附加双摆台式在三轴数控机床工作台面上添加一个数控双轴分度盘附件(见图1-1-5)，即可进行五轴控制，卸下附件即为传统三轴数控加工机床。

二、五轴联动加工的特点

与三轴联动加工相比，五轴联动加工具有如下特点：

1)对于复杂型面零件，仅需少量次数的装夹定位即可完成全部或大部分加工，从而节

2

第一章五轴加工技术县础

+】

+X

+X

a)C+B方式

b)C+A方式

c)摆头+摆台机床实例

图1-1-4摆头+摆台式五轴机床

省大量的时间。

2)由于五轴机床的刀轴或工件可以相对方便地进行姿态角的调整，所以能加工更加复杂的零件。

3)由于刀轴或工件的姿态角可调，能实施干涉碰撞的避让控制，避免过切和欠切的现象发生，且便于实现切削接触点的灵活控制，增大接

图115数控双轴分度盘附件

触点的线速度或使切削由点接触变为线接触，从而改善切削效率和加工表面质量，如图1-1-6所示。

球尖点

切削速度为零

点接触的

线接触的

切削刃点切削

球刀切削刃

立铣侧刃

速度不为零

图1-1-6多轴加工时切削点的变化

4)五轴联动加工可简化刀具形状，降低刀具成本。通过多轴空间运行，可以使用更短的刀具进行更精确的加工，使刀具的刚性、切削速度、进给速度得以大大提高。

5)五轴联动加工可使夹具结构更简单，能实现端刃切削到侧刃切削的灵活变化，使一些复杂型面加工能转化为二维平面的加工，灵活的刀轴控制使得斜面或斜面上孔的加工编程和操作更为简单方便。

但多轴加工编程较复杂，大多需要借助CAM软件自动编制程序，其后置处理比三轴联

动加工更复杂，且多轴加工的工艺顺序与三轴联动加工有较大的差异。

三、五轴机床对零件加工的适应性

1.不同五轴模式机床的特点

工作台回转控制方式（摆台式）：结构简单，主轴刚性好，制造成本较低，同样行程

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五轴联动加工中心操作与复础编程

下，加工效率比摆头式高，刀具长度对理论加工精度不会产生影响；但工作台不能设计得太大，承重较小，特别是工作台回转过大时，由于需克服自重，因此工件切削时会对工作台带来较大的承载力矩。

主轴摆转控制方式（摆头式）：主轴前端为一个回转头，主轴加工比较灵活，可活动范围较大，工作台也可设计得非常大，但主轴头的摆转结构比较复杂，理论加工精度会随刀具长度的增加而降低；由于主轴需要摆动，不可设计得太大，因而主轴刚性较差，制造成本也较高，但对于大型、重型零件等无法实现工作台摆动的零件，只能采用摆头式控制方式。

2.适合五轴联动加工的典型零件

图1-1-7所示的大型模具零件、多面体零件、叶轮、螺旋桨等为五轴联动加工典型零件。其中，大型模具零件的模腔曲面使用双摆头五轴联动加工方式时，具有较好的动作控制灵活性，若采用摆台式，就会因主轴与摆台的干涉而限制其允许的加工范围；对于图117所示多面体零件而言，若为大中型件，应选用较大工作台面的机床，以确保可靠平稳装夹，

用双摆台五轴联动加工方式较适宜，在行程范围许可时，也可采用立卧转换A+B双摆头五

轴联动加工方式，采用摆头+回转台A+C五轴联动加工方式则容易受干涉问题的制约；对于

叶轮、螺旋桨类零件，大中型件宜用双摆头或双摆台式五轴联动加工方式，也可用摆头+摆台五轴联动加工方式，小型件可使用3+2附加双摆台五轴联动加工方式

a)大型模具零件

b)多面体零件

c)叶轮

d)螺旋桨

图1-1-7五轴联动加工的典型零件

第二节五轴加工的工艺基础

一、五轴加工的夹具及装夹方法

如前所述，五轴联动加工的特点之一就是可简化工件装夹用夹具结构，便于使用通用夹具及其装夹方法。

如图1-21所示，大工作台面的摆头式或摆台式五轴联动加工中心，其工件的装夹方式基本与三轴数控机床相同，通常采用通用压板螺钉或精密台虎钳装夹方式，但由于五轴联动加工时刀具或工件的摆转较复杂，必须充分考虑进给路线，所用夹压元件应紧凑安排，相比于三轴联动加工方式而言，其加工区附近应留出更多的空间，以防摆转时进给干涉。

对于3+2附加双摆台式五轴联动加工中心，由于安装可倾斜式双摆台后，受摆台自身

高度的影响，其可用于加工的Z轴行程变小了，因此，大多采用图1-2-2所示的中小自定心

卡盘及单动卡盘，可加工的零件也多为中小型。工件装夹既要考虑双轴数控分度盘的允许安装空间，也要考虑进给时的摆转空间。加工前有必要按程序要求的最大摆转角度试运行，以检查干涉的可能性。

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五轴联动加工中心操作与甚础编程

可实现相邻两表面的加工，而相对的另两侧面则必须重新装夹后再加工。多面分度加工时，采用各加工面独立构建坐标系的方法，便于各自独立实施对刀找正操作，而回转联动加工时，工件坐标原点通常设在转台中心处，工件装夹定位时也应按此要求装调。

图1-24所示的组合可调式夹具在五轴联动加工中也越来越广泛地得到应用。利用矩形或圆形基础板上有规则地均匀密布的螺孔，再任意选配可调机用虎钳、自定心卡盘或各类标准接头配件，可针对不同大小和类别零件装夹的需要灵活地组合和调整。不仅夹具组件在基础板上具有相对明确的位置，而且形状规则的基础板在机床工作台上也能方便地安装，能使零件相对机床的对刀找正变得非常便捷。

a)矩形基础板

b)可调机用虎钳

c)自定心卡盘

梯形接头V形接头

圆形接头

平面接头

圆锥体接头

紧定螺钉

d)圆形基础板

e)夹紧系统各类接头

)夹紧系统的安装

图1-24组合可调式夹具系统

二、五轴高速加工的刀具系统

当五轴机床结合高速加工进行配备时，其所用刀具必须适合高速加工的需要。传统镗铣床所使用的刀柄锥度为7：24，刀柄端面与主轴端面存在间隙，在主轴高速旋转和切削力的作用下，主轴的大端孔径膨胀，造成刀具定位精度和连接刚度下降。

1.高速加工的HSK刀柄接口

传统刀具锥柄轴向尺寸大，因而刀具较重，不利于快速换刀及机床小型化的实现。高速

加工采用HSK刀柄接口，如图1-2-5所示。它是一个小锥度(1：10)空心短锥柄，使用时

端面与锥面同时接触（过定位），其接触刚性更高。传统锥柄刀具与HSK高速加工刀具的比

较见表1-2-1。

2.热装式收缩刀柄

如图1-2-6所示，利用刀柄（特殊钢）和刀具（硬质合金）的热膨胀系数差，对刀具进行高精度、高强力的夹持，热装刀柄适用于高速、高精度、高强度加工。在使用过程中，刀具与刀柄能获得较高的同轴度，由于硬质合金的热膨胀系数低于刀柄材质，因而拆卸毫不费力。

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···试读结束···