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多轴加工技术论文

课程：数控编程技术及应用

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多轴加工技术

通常所说的多轴数控加工是指4轴以上的数控加工，其中具有代表性的是5轴

数控加工。多轴数控加工能同时控制4个以上坐标轴的联动，将数控铣、数控镗、

数控钻等功能组合在一起，工件在一次装夹后，可以对加工面进行铣、镗、钻等

多工序加工，有效地避免了由于多次安装造成的定位误差，能缩短生产周期，提

高加工精度。随着模具制造技术的迅速发展，对加工中心的加工能力和加工效率

提出了更高的要求，因此多轴数控加工技术得到了空前的发展。

对刀具和工件的相对位置来说，多轴数控加工中心可以设置6个轴，即作直线

运动的X、Y、Z轴，还有控制工作台倾斜角度的A、B轴和控制主轴回转角度的C

轴。使用回转刀具时，由Z轴控制回转的主轴作直线运动，就成为5轴控制；只

有使用非回转刀具时可作6轴控制。

通常为了提高加工效率而使用回转刀具，但有时因受到回转刀具的限制，存

在不可能加工的部位和形状，因此，现在不仅可以使用回转刀具，还可以使用非

回转刀具，控制其回转角度，对任何形状的模具零件都能加工。

1多轴数控加工的类型

加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心。三轴立式加工中心最有效

的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四

面加工。多轴数控加工中心具有高效率、高精度的特点，工件在一次装夹后能完

成5个面的加工。如果配置5轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进

行高精度加工，非常适于加工汽车零部件、飞机结构件等工件的成型模具。

根据回转轴形式，多轴数控加工中心可分为两种设置方式：

（1）工作台回转轴。

工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴的一般工作范围是＋30°至－

120°。工作台的中间还设有一个回转台，环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都

是360°回转。通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，

其余的5个面都可以由立式主轴刀具进行加工。A轴和C轴的最小分度值一般为

0.001°，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和

C轴如果与X、Y、Z3轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面。这种设置方式的

多轴数控加工机床的优点是：主轴结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比

较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转角度≥90°

时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力矩。

（2）立式主轴头回转。

主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360°，成为C轴，回转头上还带

有可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90°以上。这种设置方式的多轴数控加工

机床的优点是：主轴加工非常灵活，工作台也可以设计得非常大。在使用球面铣

刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，

顶点切出的工件表面质量会很差，而采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过

一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质

量，这是工作台回转式加工中心难以做到的。

2多轴数控加工的特点

采用多轴数控加工，具有如下几个特点：

（1）减少基准转换，提高加工精度。

多轴数控加工的工序集成化不仅提高了工艺的

有效性，而且由于零件在整个加工过程中只需一次装夹，加工精度更容易得到保

证。

（2）减少工装夹具数量和占地面积。

尽管多轴数控加工中心的单台设备价格较高，但由于过程链的缩短和设备数

量的减少，工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。

（3）缩短生产过程链，简化生产管理。

多轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链，而且由于只把加工任务交

给一个工作岗位，不仅使生产管理和计划调度简化，而且透明度明显提高。工件

越复杂，它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显。同时由于生产过程链

的缩短，在制品数量必然减少，可以简化生产管理，从而降低了生产运作和管理

的成本。

（4）缩短新产品研发周期。

对于航空航天、汽车等领域的企业，有的新产品零件及成型模具形状很复杂，

精度要求也很高，因此具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的多轴数

控加工中心可以很好地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题，

大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。

3多轴数控加工编程技术

多轴数控加工与三轴数控加工的本质区别在于：

在3轴数控加工情况下，刀具轴