大家早已認(rèn)識(shí)到五軸數(shù)控技術(shù)的優(yōu)越性和重要性。但到目前為止, 五軸數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用仍然局限于少數(shù)資金雄厚的部門(mén), 并且仍然存在尚未解決的難題，下面這些因素都是五軸數(shù)控設(shè)備發(fā)展的難點(diǎn)和阻力！
五軸數(shù)控編程抽象、操作困難
這是每一個(gè)傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都深感頭疼的問(wèn)題。三軸機(jī)床只有直線坐標(biāo)軸, 而五軸數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)形式多樣;同一段NC 代碼可以在不同的三軸數(shù)控機(jī)床上獲得同樣的加工效果, 但某一種五軸機(jī)床的NC代碼卻不能適用于所有類(lèi)型的五軸機(jī)床。數(shù)控編程除了直線運(yùn)動(dòng)之外, 還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相關(guān)計(jì)算, 如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗(yàn)、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)計(jì)算等, 處理的信息量很大, 數(shù)控編程極其抽象。
五軸數(shù)控加工的操作和編程技能密切相關(guān), 如果用戶為機(jī)床增添了特殊功能, 則編程和操作會(huì)更復(fù)雜。只有反復(fù)實(shí)踐, 編程及操作人員才能掌握必備的知識(shí)和技能。經(jīng)驗(yàn)豐富的編程、操作人員的缺乏, 是五軸數(shù)控技術(shù)普及的一大阻力。
國(guó)內(nèi)許多廠家從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)了五軸數(shù)控機(jī)床, 由于技術(shù)培訓(xùn)和服務(wù)不到位, 五軸數(shù)控機(jī)床固有功能很難實(shí)現(xiàn), 機(jī)床利用率很低, 很多場(chǎng)合還不如采用三軸機(jī)床。
對(duì)NC 插補(bǔ)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求十分嚴(yán)格
五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)是五個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的合成。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的加入, 不但加重了插補(bǔ)運(yùn)算的負(fù)擔(dān), 而且旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的微小誤差就會(huì)大幅度降低加工精度。因此要求控制器有更高的運(yùn)算精度。五軸機(jī)床的運(yùn)動(dòng)特性要求伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很好的動(dòng)態(tài)特性和較大的調(diào)速范圍。
五軸數(shù)控的NC 程序校驗(yàn)尤為重要
要提高機(jī)械加工效率，迫切要求淘汰傳統(tǒng)的“試切法”校驗(yàn)方式 。在五軸數(shù)控加工當(dāng)中，NC 程序的校驗(yàn)工作也變得十分重要， 因?yàn)橥ǔ２捎梦遢S數(shù)控機(jī)床加工的工件價(jià)格十分昂貴， 而且碰撞是五軸數(shù)控加工中的常見(jiàn)問(wèn)題：刀具切入工件；刀具以極高的速度碰撞到工件；刀具和機(jī)床、夾具及其他加工范圍內(nèi)的設(shè)備相碰撞；機(jī)床上的移動(dòng)件和固定件或工件相碰撞。五軸數(shù)控中，碰撞很難預(yù)測(cè)，校驗(yàn)程序必須對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)及控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。
如果CAM 系統(tǒng)檢測(cè)到錯(cuò)誤, 可以立即對(duì)刀具軌跡進(jìn)行處理;但如果在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)NC 程序錯(cuò)誤，不能像在三軸數(shù)控中那樣直接對(duì)刀具軌跡進(jìn)行修改。在三軸機(jī)床上, 機(jī)床操作者可以直接對(duì)刀具半徑等參數(shù)進(jìn)行修改。而在五軸加工中, 情況就不那么簡(jiǎn)單了，因?yàn)榈毒叱叽绾臀恢玫淖兓瘜?duì)后續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡有直接影響。
刀具半徑補(bǔ)償
在五軸聯(lián)動(dòng)NC 程序中, 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能仍然有效, 而刀具半徑補(bǔ)償卻失效了。以圓柱銑刀進(jìn)行接觸成形銑削時(shí), 需要對(duì)不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC 系統(tǒng)均無(wú)法完成刀具半徑補(bǔ)償,因?yàn)镮SO文件中沒(méi)有提供足夠的數(shù)據(jù)對(duì)刀具位置進(jìn)行重新計(jì)算。用戶在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)需要頻繁換刀或調(diào)整刀具的確切尺寸, 按照正常的處理程序, 刀具軌跡應(yīng)送回CAM 系統(tǒng)重新進(jìn)行計(jì)算。從而導(dǎo)致整個(gè)加工過(guò)程效率十分低下。
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題, 挪威研究人員正在開(kāi)發(fā)一種臨時(shí)解決方案, 叫做LCOPS(Low Cost Optimized ProductionStrategy , 低耗最優(yōu)生產(chǎn)策略)。刀具軌跡修正所需數(shù)據(jù)由CNC 應(yīng)用程序輸送到CAM 系統(tǒng), 并將計(jì)算所得刀具軌跡直接送往控制器。LCOPS 需要第三方提供CAM 軟件, 能夠直接連接到CNC 機(jī)床, 其間傳送的是CAM 系統(tǒng)文件而不是ISO 代碼。對(duì)這個(gè)問(wèn)題的最終解決方案, 有賴(lài)于引入新一代CNC 控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)能夠識(shí)別通用格式的工件模型文件(如STEP 等)或CAD 系統(tǒng)文件。
后置處理器
五軸機(jī)床和三軸機(jī)床不同之處在于它還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo), 刀具位置從工件坐標(biāo)系向機(jī)床坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換, 中間要經(jīng)過(guò)幾次坐標(biāo)變換。利用市場(chǎng)上流行的后置處理器生成器, 只需輸入機(jī)床的基本參數(shù), 就能夠產(chǎn)生三軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器。而針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床, 目前只有一些經(jīng)過(guò)改良的后置處理器。五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。
三軸聯(lián)動(dòng)時(shí), 刀具的軌跡中不必考慮工件原點(diǎn)在機(jī)床工作臺(tái)的位置, 后置處理器能夠自動(dòng)處理工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系。對(duì)于五軸聯(lián)動(dòng), 例如在XYZBC 五軸聯(lián)動(dòng)的臥式銑床上加工時(shí), 工件在C 轉(zhuǎn)臺(tái)上位置尺寸以及B 、C 轉(zhuǎn)臺(tái)相互之間的位置尺寸, 產(chǎn)生刀具軌跡時(shí)都必須加以考慮。工人通常在裝夾工件時(shí)要耗費(fèi)大量時(shí)間來(lái)處理這些位置關(guān)系。如果后置處理器能處理這些數(shù)據(jù), 工件的安裝和刀具軌跡的處理都會(huì)大大簡(jiǎn)化:只需將工件裝夾在工作臺(tái)上, 測(cè)量工件坐標(biāo)系的位置和方向, 將這些數(shù)據(jù)輸入到后置處理器, 對(duì)刀具軌跡進(jìn)行后置處理即可得到適當(dāng)?shù)腘C 程序。
非線性誤差和奇異性問(wèn)題
由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的引入, 五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)比三軸機(jī)床要復(fù)雜得多。和旋轉(zhuǎn)有關(guān)的第一個(gè)問(wèn)題是非線性誤差。非線性誤差應(yīng)歸屬于編程誤差, 可以通過(guò)縮小步距加以控制。在前置計(jì)算階段, 編程者無(wú)法得知非線性誤差的大小, 只有通過(guò)后置處理器生成機(jī)床程序后, 非線性誤差才有可能計(jì)算出來(lái)。刀具軌跡線性化可以解決這個(gè)問(wèn)題。有些控制系統(tǒng)能夠在加工的同時(shí)對(duì)刀具軌跡進(jìn)行線性化處理, 但通常是在后置處理器中進(jìn)行線性化處理。
旋轉(zhuǎn)軸引起的另一個(gè)問(wèn)題是奇異性。如果奇異點(diǎn)處在旋轉(zhuǎn)軸的極限位置處, 則在奇異點(diǎn)附近若有很小振蕩都會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的180°翻轉(zhuǎn), 這種情況相當(dāng)危險(xiǎn)。
對(duì)CAD/ CAM系統(tǒng)的要求
對(duì)五面體加工的操作, 用戶必須借助于成熟的CAD/CAM 系統(tǒng), 并且必須要有經(jīng)驗(yàn)豐富的編程人員來(lái)對(duì)CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行操作。
購(gòu)置機(jī)床的大量投資
以前五軸機(jī)床和三軸機(jī)床之間的價(jià)格懸殊很大?，F(xiàn)在, 三軸機(jī)床附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸基本上就是普通三軸機(jī)床的價(jià)格, 這種機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)多軸機(jī)床的功能。同時(shí), 五軸機(jī)床的價(jià)格也僅僅比三軸機(jī)床的價(jià)格高出30 %～ 50 %。
除了機(jī)床本身的投資之外, 還必須對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進(jìn)行升級(jí), 使之適應(yīng)五軸加工的要求;必須對(duì)校驗(yàn)程序進(jìn)行升級(jí), 使之能夠?qū)φ麄€(gè)機(jī)床進(jìn)行仿真處理！
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