航空航天五轴加工工艺手册
五轴工具磨床作业指导书
4、提醒操作人员在机床运转中所应注意的事项，不允许将身体任何部位靠近或置于旋转或移动部件，机床运转时严禁打开防护门或任何防护盖。
5、工作进行中不要接触旋转的砂轮。进行测量、调整和清洁工件时必须停机，不然会导致偶然事故的发生。
500小时：检查滤油过滤器颜色和冷检查油箱液位及有无油耗。
3000小时：更换新油。
七．坐标轴润滑系统
500小时：检查容器中的油位和用油量。
每半年：查看导轨和丝杆的润滑是否充分。若机床长时间没用，首次通电后先强制润滑导轨和丝杆，然后再移动各坐标轴。
八．坐标轴丝杆轴承冷却
9、机床运转时，不得调整、测量工件和改变润滑方式，以防手触及刀具碰伤手指。
10、在砂轮旋转未完全停止前，不能用手去制动。
11、铣削中不要用手清除切屑，也不要用嘴吹，以防切屑损伤皮肤和眼睛。
12、装卸工件时，应将工作台退到安全位置。
13、装拆砂轮时要用专用衬套套好，不要用手直接握住砂轮。
14、非本机管理操作人员非请勿进入本机床内部。
装到主轴上的刀具。其刀柄部分必须定期用干净的软布清洁，避免将灰尘带入主轴锥孔。机床即使在不使用时，主轴上也应保留一个刀柄，用以保护主轴锥孔。
新的或超过一个月未用的电主轴，刚开始工作时一定要作低速转动，最好进行主轴预热空运转。锥孔内没有装入刀柄的状态下。主轴禁止运转。
为了长期保持主轴的高精度、获得最佳的加工效果，主轴高速运转时，只能使用精确动平衡达标砂轮。进行高精度磨削时，最好将主轴预热30分钟，使其达到热稳定状况。
2、要打扫干净工作场地，擦拭干净机床，应注意保持机床及控制设备的清洁。清洁机床时，应在主轴锥孔中插入无刀刀柄，防止灰尘飞入。工作台和防护间的碎屑和灰尘，最好用一些除尘装置来清理，但严禁使用易燃、有毒或有污染的设备；严禁使用压缩空气吹扫设备表面，严禁用冷却水冲洗机床，否则会降低机床寿命，甚至损害机床。对电机等电气件要经常打扫积尘，以免妨碍通风。
五轴加工工作流程及基本原理
五轴加工工作流程及基本原理摘要：简洁扼要说明五轴加工流程，并对关键节点工作原理展开详细说明。
应用齐次变换法，对五轴CAM刀位数据及后处理机床各轴运动进行数据建模求解，该方法简便易于理解。
关键词：五轴加工；CAM；程序后处理；齐次变换引言目前越来越多领域对其产品的设计要求日益提高，除了传统航天航空、汽车轮船等领域经常用到大曲率的曲线表面，以达到较高的空流体力学性能，日常用品因功能外观要求，也开始使用越来越多的自由形状。
传统3轴加工仅可加工一个单凸曲线特征的表面，对复杂曲线变化的表面（深凹或低切）无能为力，此时需要使用5轴加工。
另外对形状尺寸公差要求严格的产品，也可采用5轴一次装夹进行多面加工，避免多次装夹导致精度损失。
成功的5轴加工取决于4个不同程度互相依赖的因素：●机床（床身结构刚性、主轴稳定性、传动系统精度等）●控制硬件（电机、反馈部件、驱动器等）●控制软件（数控系统运动、插补算法等）●工艺编程软件（刀具轨迹的生成和后处理）综述所述，在5轴加工中，机床、控制系统、刀具夹具等纯技术性能并非影响最终结果的唯一因素，结果的质量在很大程度上取决于支持整个工艺的设计工具（特别是CAM软件）的正确使用。
本文就第4点展开详细说明，对5轴加工工作流程及基本原理进行简介。
1.五轴加工工作流程简介如图1所示，五轴加工工作流程大致如下[1]：1）产品3D设计根据产品的功能及外观要求，利用CAD设计软件进行3D设计，CAD设计软件提供多种自由曲面造型，主要有Coons曲面、Bezier曲面、B样条曲面等，另外3D设计软件一般可与有限元分析软件、CAM软件进行结合对接，为产品设计优化、后续加工制造提供好的支持。
常用的CAD设计软件有：UG、Pro/E、SolidWorks等。
2）刀具位置文件生成输入产品的3D造型文件，利用CAM软件对刀具类型及参数、工艺方案、刀轴控制方式、刀具路径规则等进行设置，并计算生成刀具位置文件（该计算处理称为CAM的主处理）。
SYNTEC 五轴综合手册说明书
五轴综合手册匯出日期：2023-10-04修改日期：2021-01-25••••1 1. 五轴机概论本章节将对五轴机之特点、类型、旋转轴定义与新代相关参数进行简介。
1.1 1.1 五轴机特点五轴机包含了有三个直线移动轴和与两个旋转轴，增加加工的自由度，可以在机台机构干涉处或复杂曲面进行加工，因此对於工件外型的接受度更高。
（如图一所示）除此之外，五轴机台亦有以下三种优点。
图一1.1.1 加工高效率在加工曲面或倾斜面时会使用球铣刀，而球铣刀的中心切削能力不高，使用此部位进行加工的效率差，而五轴加工机可以根据加工面来调整刀具角度，以切削能力强的刀刃部位进行加工，不仅可保护刀具，也可以提高加工效率及品质。
1.1.2 加工高精度外型特殊的工件，例如有负角度之工件，若以传统三轴机加工，需要进行换面的动作，增加了上下料以及重新定位的时间，精度方面也受到影响。
而五轴加工机能够达到一次夹持、完整加工的需求，不仅省时又不影响精度。
1.1.3 提高刀具刚性使用三轴机在加工较深的地方时，需要将刀具拉长，避免刀座与工件接触，如此会减少刀具被夹持的部分，进而降低刀具正向以及侧向的刚性（见图二）。
而五轴加工机可以改变刀具角度，在碰到相同状况时，刀具外露长度较短，刚性提高，加工精度也提高。
（见图三）1.2.3.图二图三1.2 1.2 机台类型五轴机台依据旋转轴设置位置的不同，可大致分为三种类型，分别为：双旋转主轴 双旋转工作台主轴-工作台如图四双旋转主轴Spindle Type双旋转工作台Table Type主轴-工作台Mix Type图四1.2.1 双旋转主轴此类型五轴机的两个旋转轴都在主轴端，一般为C轴搭配A或B轴，特殊的机台类型会出现A轴及B轴的搭配。
双旋转主轴类型适合用来加工大型工件，像是船或者飞机的机身，因为两个旋转轴都在主轴端，所以工作台的承载能力可以提高，也因此机台尺寸通常较大，而跟整机重量比起来，主轴端的重量相对较轻，如此可在加工时保持机台的稳定度。
五轴加工技术
五轴加工技术简介
机械与动力工程学院
3.五轴加工中的核心技术
RTCP
Definition
RTCP，即旋转 Rotational Tool Center Point Fidia 刀具中心编程 功能，通过在 海德汉 Tool Centre Point Management NC代码中指定 Real-time Tool Center Point rotation PA 刀具中心点位 置和刀轴矢量， 数控系统可以 根据期望的刀 轴矢量，实现 对刀具中心点 的控制。
五轴加工技术简介
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2.五轴加工技术的基本步骤
CAM Computer Aided Manufacture 解读CAD数据 设定编程坐标系 设定选择刀具 确定加工策略 刀具干涉检查与避让 加工过程仿真 输出刀位信息
五轴加工技术简介 机械与动力工程学院
2.五轴加工技术的基本步骤
双转台结构
摆头转台结构
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1.五轴加工技术的基本概念
机床的机械零点
机械零点指机床机 械结构上的零点， 有机床本身的结构 所决定，设定后不 可更改。
五轴加工技术简介
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1.五轴加工技术的基本概念
五轴机床的回转中心 在机床中表示方向的坐标系原点，一般是旋转 轴之间或者旋转轴与主轴的交点
Lookahead G2 blend Wihout Lookahead
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五轴加工技术简介 x 10
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800
1000
Lookahead 机械与动力工程学院
五轴加工工艺流程ppt课件
工艺分析要点
主轴转速 ：
根据允许的切削速度V和刀具直径D选择：
其中，切削速度V受刀具耐用度的限制。
进给速度 ： 要根据零件加工精度和表面粗糙度要求
以及刀具与工件材料选取。
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工艺分析要点
4.加工工序的划分 （1）刀具集中分序法 （2）粗、精加工分序法 （3）按加工部位分序法
6
工艺分析要点
5.工件装夹方式的确定 （1）尽量采用组合夹具
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参数设置
• 以CAXA制造工程师软件为例介绍参数设置
CAXA制造工程师是北航海尔软件有限公司研制开发 的全中文、面向数控铣床和加工中心的三维 CAD/CAM软件。
CAXA制造工程师基于微机平台，采用原创Windows 菜单和交互方式，全中文界面，便于轻松学习和操 作，并且价格较低。
CAXA制造工程师可以生成3~5轴的加工代码，可用 于加工具有复杂三维曲面的零件。
（2）零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍 各部位的加工、更换刀具以及重要部位的测量。
（3） 夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或 在支承点所组成的三角形内，应力求靠近切削 部位，并作用在刚性较好的地方，以减小零件 变形。
（4）零件的装夹、定位要考虑到重复安装的 一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加 工的一致性。
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1.用户界面
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参数设置
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工艺分析要点
• 2.刀轴
（1）垂直于表面方式
（2）平行于表面方式
（3）相对于表面方式
a v
相对于表面的刀轴控制
3
工艺分析要点
基于POWERMILL的航空整体叶轮五轴数控加工研究
ａ Ｃｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ Ａｖ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ
Ｃ ＡＯ Ｚ ｈ ｕ － ｍｉ ｎ ｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｌ ｉ ｕ － ｆ ｅ ｉ ，Ｚ ＨＵ Ｙｕ ， Ｊ Ｉ Ｗｅ ｎ — ｌ ｏ ｎ ｇ （ １ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ １ ７ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｂ ｅ ｉ ｈ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第 ８期 ２ ０ １ ５年 ８月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ２ ５ ３
基于Ｐ Ｏ ＷＥ Ｒ ＭＩ Ｌ Ｌ的航 空整 体 叶轮 五 轴数控 加 工研 究
曹著明， 王刘菲 ， 朱 熵， 纪文龙
题 。
关键词 ： 航空整体叶轮； 五轴加工 ； 关键技术 ； 研究 ； 刀位轨迹 ； 工艺工装
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ８ — ０ ２ ５ ３ — ０ ３
Ｋ ｅ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ５ － Ａｘ ｉ ｓ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ
（ １ ． 北京电子科技职业学院 ， 北京 １ ０ ０ １ ７ ６ ； ２ ． 北京航空航天大学 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３ ）
五轴加工技术
五轴CNC曲面加工原理摘要目前三轴数据加工机还是为工业界的主流，然而所要面对的精密机械加工，五轴才会将成为日后发展的趋势。
国内外对五轴加工技术的需求越来越大，国内也有许多工具机界正努力积极的朝向五轴加工机，作为日后的发展目标，为了使国内的制造工业界更具有竞争力，国内更需要本土化的五轴加工技术。
虽然一个完善的五轴加工系统，除了在硬设备上要求更精密之外，更需要搭配良好的刀具路径规划，和作业人员的培养，才能真正第发挥五轴工具机加工的优点。
要探讨的重点在于五轴零件曲面加工原理，必须先从CAD系统所得到的STL File进行刀具路径规划、推导逆运动转换公式，在透过计算机的动态仿真加工情形，再输入五轴加工之接口程序，并以PC based control的方式来实际加工工件。
未来，可利用PC based control的方式及五轴加工方法透过网络通讯与Rapid Prototyping相结合，或是以远程监控其加工过程，来提升国内的工业竞争力。
目录五轴CNC曲面加工原理 (1)摘要 (2)目录 (3)第一章绪论 (4)第一節前言 (4)第二节五轴加工机的主要形式 (5)第二節五轴加工优点 (6)第二章五轴加工探讨 (7)第一節五轴加工方式 (7)第二節有效铣削半径 (8)第三節Sturz铣切的优点 (9)第三章五轴CNC系统 (9)第一节PC-Based控制系统 (9)第二节PC-Based的五轴工具机简介 (10)第四章路径规划 (11)第一節STL (11)第二節路径规划法则 (11)第三節刀具路径间距的决定 (12)1.等间距的刀具路径间距 (12)2.适应性调整刀具路径间距 (13)第四節干涉问题的考虑 (13)第五章计算机执行 (13)第一節计算机动态仿真 (13)第二節离心式涡轮叶片的加工 (14)第六章结论 (17)第一章绪论第一節前言以往传统的三轴加工工具机只有3个正交的X、Y、Z轴，则刀据只能沿着此三轴做线性平移，而使加工工件的几何形状有所限制，因此必要增加工具机的轴数来获得加工的自由度，最典型的就是增加两个选转轴，成为五轴加工机。
五轴CNC教学手册
章節: 原點複歸
原點複歸
手動,MDI 模式下輸入 L X0 Y0 C0 A0 F2000 M31,執行 Cycle Star
呼叫刀具
手動,MDI 模式下,輸入 Tool Call (刀具號碼),執行 Circle Start,呼叫完成.
8
雷射測頭(Renishaw)
目前 Renishaw 基準刀具設定在 47 號,測頭設定在 46 號(PLC00001),啟動前須先作 換刀的動作,才會啟動測頭。 動作範例 A.環規校正在控制器上選擇”接觸式探針”再選環規校正 Ps:注意若要求測頭精度準確,於程式設計時,F 進給量設定在 80~100 左右,精度才 會準確。 於控制面板上輸入數據如下: Radius ring gauge 環規半徑 15
五 軸 CNC 教 學 手 冊
章節: /路徑功能概述
1
路徑功能概述
STOP 的輸入與應用
若於單節中編輯了 STOP,程式的執行或是測試執行會因這個單節而中斷,例如為了 檢視刀具。
2
章節: /路徑功能概述
定義素材大小最小點 定義素材大小最大點
11
章節: 操作程序
24 L Y-65 25 L Z+10 26 L X-65 Y+0 27 L Z-10 28 L X+65 29 L Y+65 30 L X+49.5 Y+49.5 RR 31 L X-49.5 32 L Y-49.5 33 L X+49.5 34 L Y+65 35 L Z-10 R0 36 L X-0.1 37 L Y-65 38 L X+0.1 39 L Y+65 40 L Z+10 41 L X-65 Y-0.1 42 L Z-10 43 L X+65 44 L Y+0.1 45 L X-65 46 L Z+10 47 L X+65 Y+65 48 L Z-10 49 L X+49.45 Y+49.45 RR
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；
N07 TRAFOOF
；5 轴转换关闭
M30
；程序结束
这个例子中，由 X0 至 X10 铣削了一条直线。刀具方向由 90 度改变为 45 度。
注意：使用 TRAORI 编辑直线时无需担心机床的实际运动，刀具将准确趋近终点，
刀尖的运动路径是一条直线。
1．4 刀具半径补偿原理
刀具补偿使得 CNC 程序独立于刀具半径。在 2D 范围内的刀具半径补偿是一 种常见方案。但在 3D 范围内，特别是 5 轴铣削时，情况可能截然不同。 用 CUT3DF 端面铣削时刀具半径的影响
航空航天五轴加工 工艺手册 V1.0
2008 年 9 月 5 日
1
目录
1．基本原理 1．1 用 3 轴、3+2 轴或 5 轴铣削 1．2 什么在运动？怎么运动？ 1．3 独立于机床的 CNC 程序 1．4 刀具半径补偿原理 1．5 什么是框架（FRAME） 1．6 精度、速度、表面质量 1．7 五轴应用中的刀具定向
切削刀具方向在沿着整个切削路径运动过程中保持不变。刀尖的切削状态始终无 法达到完美。 ②3+2 轴 控制进给轴 X、Y、Z
在这些机床上，刀具的方向或是工作台的位置可以改变，比如通过重新设置。 上面的左图中，，切削刀具正在最佳切削状态下运转。当切削刀具向顶端或工件
边缘移动时，切削状态逐渐变差。要在此处也保持最佳切削状态，请旋转工
2
3．6 定向插补 ORI— 3．7 三维刀具补偿 CUT3DFS 3．8 在机床上编程
3
1．1 用 3 轴、3+2 轴或 5 轴铣削
带有相同凸曲线的复杂曲面加工通常采用 3 轴加工，但对于深凹槽或频繁改变曲 率的情况来说，则需要使用 5 轴加工。 无疑，Sinumerik 840D 将支持所有加工方案。 ①3 轴 控制直线进给轴 X、Y、Z
旋转轴具有不同的运动解决方案。最常见的几种于在此处以图解方式说明。机床
制造商始终坚持不懈地致力于开发出新的运动解决方案，以满足各种需求。由于
集中运动转换，借助 Sinumerik 840D，我们也可以对一些特殊运动进行控制。但
是，有关 6 轴控制等等的一些情况，在这里不做详述。
2 个旋转轴在刀具上
交叉
作台。要完整加工一个不规则平面，必须常常讲工作台以不同的方向旋转多次。 ③5 轴： 控制进给轴 X、Y、Z 控制旋转轴 比如：A、B
4
优点：在沿着整个路径运动过程中可对刀具方向进行优化，同时进行刀具直线运 动。这样，在整个路径上都可保持最佳切削状态。
1．2 什么在运动？怎么运动？
5
5 轴机床可以用 5 根轴控制刀具运动：3 根普通的直线轴加上 2 根旋转轴。2 根
10
Swivel.MPF
；程序名称
N01 TRAORI
；调用 5 轴转换功能
N02 T1 F1000 S10000 M3
；技术数据
N03 G54
；零点偏移
N04 G0 X0 Y0 Z5 A3=0 B3=0 C3=1
；起始点，刀具平行于 Z 轴
N05 G1 Z-1
；进给
N06 X10 Y0 A3=1 C3=1
俯垂型
2 个旋转轴在工作台上
旋转/转动
俯垂型
1 个旋转轴在刀具上，1
个旋转轴在工作台上
与运动无关的编程
视机床运动而定，完全不同的机床运动可能要求机床有相同的平面。示例 2 中的 机床运动更适合于生产图示中的这个工件。
6
刀尖/刀尖运动的运动顺序 要画一个简单的圆周，请以半径=圆柱半径在 X/Y 中画一个半圆。在运动过程中 刀具必须围绕 Z 轴旋转，以保持切削刀具始终垂直于平面。
不带 TRAORI 的情况下 控制系统不考虑刀具长度。它围绕刀轴的旋转中心旋转。刀尖将移出其所在位置， 并不再固定。
9
带有 TRAORI 的情况下 控制系统只改变方向，刀尖位置保持不变。在 X、Y、Z 上必要的补偿运动已被自 动计算进去。 TRAORI 通常已经在从 CAM 系统的 CNC 程序中被调用。而 CNC 程序进包含了所 要趋近的 X、Y、Z 点，和描述刀具方向的方向矢量 A3、B3、C3。 换句话说，CNC 程序进包含几何和刀具方向数据。 CNC 程序示例
工作ห้องสมุดไป่ตู้/工作台运动顺序 围绕 A 轴旋转 90 度 C 轴先转到+90 度位置再转到-90 度位置 Y 轴沿直线方向运动。
刀具长度对机床轴运动的影响
7
在示例中，刀具越长，轴移动的进给运动幅度越大。 每次刀具更换都要求 CNC 程序在 CAM 系统上重新计算。当你在机床上用
Sinumerik 840D 编程时，如果已激活了刀具偏移，则无需担心刀具长度。控制系 统将自动为你进行计算。 注意：由于刀具长度的原因，即使 CNC 程序中的位置值还在工作区内，也可能 发生超出轴进给范围的情况，即轴运行至限位开关。此时就要区分“总”工作区 和“精”工作区。
1．3 与机床无关的 CNC 程序
TRAORI—调用 5 轴转换功能 当然，我们希望 CNC 程序能够运用各种道具在不同的机床结构上运行。为实现 这一目标，控制系统必须对如下图所视的影响进行补偿。 TRAORI 命令在 Sinumerik 840D 上的影响： 根据机床运动，CNC 程序中的位置和方向数据将产生正确的进给运动。 当计算进给运动时，考虑当前的刀具长度。 在 CNC 程序中，在没有其他进给运动的情况下，对刀具方向变化进行编程。可 以用 A3、B3、C3 对刀具方向变化进行编程，不考虑机床结构。
方向的改变对直线轴运动的影响
8
通过改变刀具方向，可以将简单的直线运动变为复杂的曲线运动。 如果要铣削一条无方向变化的直线，刀架画一条直线。如果刀具方向同时改变， 则刀尖画一条曲线。必须对这条曲线进行插补，以使刀尖在刀具方向改变的同时 能画一条所需的直线。
与机床无关的 CNC 程序
这些例子表明，进行 5 轴加工时，至关重要的一点就是，CNC 程序并不专用于某 种机床或刀具。这也正是 Sinumerik 840D 5 轴转换功能的优越性所在。
2．机床操作人员 2．1 工件---确定零点 2．2 测量刀具 2．3 中断程序 2．4 高速循环---CYCLE832
3．程序员信息 3．1 独立运动的 NC 程序 3．2 五轴转换 TRAORI 3．3 刀具定向 A3= B3= C3= 3．4 高速循环 CYCLE832 3．5 进给率控制 FNORM、FLIN