大家早已認(rèn)識到五軸數(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, 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)展的難點和阻力！
五軸數(shù)控編程抽象、操作困難
這是每一個傳統(tǒng)數(shù)控編程人員都深感頭疼的問題。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型的五軸機(jī)床。數(shù)控編程除了直線運(yùn)動之外, 還要協(xié)調(diào)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的相關(guān)計算, 如旋轉(zhuǎn)角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動計算等, 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, 則編程和操作會更復(fù)雜。只有反復(fù)實踐, 編程及操作人員才能掌握必備的知識和技能。經(jīng)驗豐富的編程、操作人員的缺乏, 是五軸數(shù)控技術(shù)普及的一大阻力。
國內(nèi)許多廠家從國外購買了五軸數(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)床固有功能很難實現(xiàn), 機(jī)床利用率很低, 很多場合還不如采用三軸機(jī)床。
對NC 插補(bǔ)控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)要求十分嚴(yán)格
五軸機(jī)床的運(yùn)動是五個坐標(biāo)軸運(yùn)動的合成。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)動特性要求伺服驅(qū)動系統(tǒng)有很好的動態(tài)特性和較大的調(diào)速范圍。
五軸數(shù)控的NC 程序校驗尤為重要
要提高機(jī)械加工效率，迫切要求淘汰傳統(tǒng)的“試切法”校驗方式 。在五軸數(shù)控加工當(dāng)中，NC 程序的校驗工作也變得十分重要， 因為通常采用五軸數(shù)控機(jī)床加工的工件價格十分昂貴， 而且碰撞是五軸數(shù)控加工中的常見問題：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)床上的移動件和固定件或工件相碰撞。五軸數(shù)控中，碰撞很難預(yù)測，校驗程序必須對機(jī)床運(yùn)動學(xué)及控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。
如果CAM 系統(tǒng)檢測到錯誤, 可以立即對刀具軌跡進(jìn)行處理;但如果在加工過程中發(fā)現(xiàn)NC 程序錯誤，不能像在三軸數(shù)控中那樣直接對刀具軌跡進(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, 情況就不那么簡單了，因為刀具尺寸和位置的變化對后續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動軌跡有直接影響。
刀具半徑補(bǔ)償
在五軸聯(lián)動NC 程序中, 刀具長度補(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, 需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC 系統(tǒng)均無法完成刀具半徑補(bǔ)償,因為ISO文件中沒有提供足夠的數(shù)據(jù)對刀具位置進(jìn)行重新計算。用戶在進(jìn)行數(shù)控加工時需要頻繁換刀或調(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)行計算。從而導(dǎo)致整個加工過程效率十分低下。
針對這個問題, 挪威研究人員正在開發(fā)一種臨時解決方案, 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。對這個問題的最終解決方案, 有賴于引入新一代CNC 控制系統(tǒng), 該系統(tǒng)能夠識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)過幾次坐標(biāo)變換。利用市場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。而針對五軸數(shù)控機(jī)床, 目前只有一些經(jīng)過改良的后置處理器。五軸數(shù)控機(jī)床的后置處理器還有待進(jìn)一步開發(fā)。
三軸聯(lián)動時, 刀具的軌跡中不必考慮工件原點在機(jī)床工作臺的位置, 后置處理器能夠自動處理工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系。對于五軸聯(lián)動, 例如在XYZBC 五軸聯(lián)動的臥式銑床上加工時, 工件在C 轉(zhuǎn)臺上位置尺寸以及B 、C 轉(zhuǎn)臺相互之間的位置尺寸, 產(chǎn)生刀具軌跡時都必須加以考慮。工人通常在裝夾工件時要耗費大量時間來處理這些位置關(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大大簡化:只需將工件裝夾在工作臺上, 測量工件坐標(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題
由于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的引入, 五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動學(xué)比三軸機(jī)床要復(fù)雜得多。和旋轉(zhuǎn)有關(guān)的第一個問題是非線性誤差。非線性誤差應(yīng)歸屬于編程誤差, 可以通過縮小步距加以控制。在前置計算階段, 編程者無法得知非線性誤差的大小, 只有通過后置處理器生成機(jī)床程序后, 非線性誤差才有可能計算出來。刀具軌跡線性化可以解決這個問題。有些控制系統(tǒng)能夠在加工的同時對刀具軌跡進(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)軸引起的另一個問題是奇異性。如果奇異點處在旋轉(zhuǎn)軸的極限位置處, 則在奇異點附近若有很小振蕩都會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸的180°翻轉(zhuǎn), 這種情況相當(dāng)危險。
對CAD/ CAM系統(tǒng)的要求
對五面體加工的操作, 用戶必須借助于成熟的CAD/CAM 系統(tǒng), 并且必須要有經(jīng)驗豐富的編程人員來對CAD/CAM 系統(tǒng)進(jìn)行操作。
購置機(jī)床的大量投資
以前五軸機(jī)床和三軸機(jī)床之間的價格懸殊很大?，F(xiàn)在, 三軸機(jī)床附加一個旋轉(zhuǎn)軸基本上就是普通三軸機(jī)床的價格, 這種機(jī)床可以實現(xiàn)多軸機(jī)床的功能。同時, 五軸機(jī)床的價格也僅僅比三軸機(jī)床的價格高出30 %～ 50 %。
除了機(jī)床本身的投資之外, 還必須對CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進(jìn)行升級, 使之適應(yīng)五軸加工的要求;必須對校驗程序進(jìn)行升級, 使之能夠?qū)φ麄€機(jī)床進(jìn)行仿真處理！
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