汽车零部件五轴机床_五轴机床结构类型有哪六种

1.汽车零部件用什么数控加工中心好？

2.中国能生产五轴联动数控铣床吗？

3.真正的五轴联动加工中心？

4.五轴加工的介绍

五连动数控机床是数控机床制造技术的标志性产品，是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术。国际上把五轴加工技术作为一个国家工业化水平的标志。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，是船舶、航天航空、模具、高精密仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。

从 2002年开始 ,中国已成为世界机床消费第一大国和机床进口第一大国 ,进出口逆差严重 ,中高档、大型、精密、高速数控机床以及数控系统的进口依赖程度更加明显。2005年 ,中高档与大型数控机床进口达到了 52亿美元 ,2006年则增加到了 64亿美元。目前 ,中国进口高档、大型、精密和高速数控机床的比例达 80%以上 ,中国汽车制造装备 70%以上和汽车发动机生产线 90%以上依赖进口 ,而且几乎百分之百的中高档国产数控机床用的数控系统也都是依赖进口。五轴加工中心有高效率、高精度的特点 ,工件一次装夹就可完成复杂曲面的加工。如配置高档五联动数控系统 ,还可以对复杂曲面进行高精度加工 ,更能够适合越来越复杂的高档、先进模具的加工（使用精密模具五轴加工中心加工）以及汽车零部件（使用汽车零件五轴加工中心进行加工）、飞机结构件等精密（使用精密五轴机床加工）、复杂零件的加工。

汽车零部件用什么数控加工中心好？

机器人柔性激光切割替代五轴机床，绝对行！

　机器人柔性激光切割在汽车行业的应用正变得日益普遍，这与激光技术的发展和机器人精密轨迹控制技术的完善有着密不可分的联系。

　机器人柔性激光切割的方式多种多样，既可以做成单机器人切割平台，又可以组合成柔性加工生产线。涉及的工件主要是两种不同类型的零部件：一种是金属件通过挤压或者拉延形成的3D车体结构件和覆盖件，包括热成型件等;另外一种是管状金属结构件，包括排气管、交叉梁等。覆盖件传统的生产方式是通过开模具冲压，然后再进行冲孔模和切边模等工序;热成型件和管件通过昂贵的五轴激光切割机床来完成。正因为高昂的设备成本，所以只有某些合资品牌的汽车厂商才有能力购进口五轴机床。

　新形势下，汽车使用者的需求正变得多样化和个性化，越来越多新车型涌现。大部分车出现逐步批量缩小的态势，因为部分汽车厂商无法预测和保证将来某一车型的销量和稳定的产量，所以开始尝试低成本的机器人激光柔性切割设备或生产线。这种趋势从汽车备件市场开始，不断地向工程机械、客车、农用车、电动车等领域拓展和普及。

　适用于汽车行业的激光切割机器人

　汽车行业使用了很多工业机器人，但在激光切割领域的应用却很少，问题存在于三个层面。一是汽车行业机器人应用主要集中在精度要求低的点焊、弧焊、喷涂、搬运等，但激光切割往往要求很高的位置精度，且对小圆等小轨迹精度有很高的要求;另一方面取决于机器人的`效率，一般机器人各个轴关节运动控制速度比较慢，同时机器人手臂重量过大不适合高速运动;第三方面是机器人的刚性，刚性差的机器人抖动厉害，机器人循迹性差，而且机器人变形厉害，无法准确达到工件数模中需要切割的精确位置。因此，传统汽车行业流行的机器人在激光切割方面被客户质疑也是可以理解的。

　有着百年精密机械和高速运动控制经验的史陶比尔公司，设计领域最宽的就是汽车行业，针对汽车行业需求，史陶比尔在激光方面推行RX160L倒装方式龙门结构机器人柔性切割系统解决方案，该系统从以下几个方面有了突破：

　大尺寸机器人宽幅面。用RX160L机器人，2.05?m的球型工作区域，切割台面宽度可以达到3?m，超过昂贵的五轴机床的工作台宽度，一般汽车零部件尺寸都在RX160L倒装机器人工作区域内，有些大工件也可以通过移动平台来实现。

　手臂重量轻，刚性好。史陶比尔用整体铸造管状结构保持刚性;材料选用变形较小但重量轻的航空铸铝。RX160L机器人手臂重量只有250?kg，而欧系相同手臂的机器人要超过400?kg，非常不适合机器人柔性激光切割的需求。

　机器人的机械精度差异。机器人机械精度除了刚性差异外，最重要的差异在于机械传动的误差，而机械传动的误差主要体现在减速器上。史陶比尔用的独特专利减速系统JCS，公司将一百多年在精密机械上的经验技术成功应用于机器人上。这就是为什么史陶比尔可以在小孔切割上得到客户认可的原因。

　将五轴机床技术成功移植到机器人

　离线编程技术和自动生成工装夹具是机床行业得到推广的关键技术之一，这些技术在机器人领域的开发和成功应用，使得机器人柔性激光切割解决方案和汽车行业应用无缝链接。

　传统的机器人编程方式是在线示教编程，费时费力，特别是汽车覆盖件或者管件，需要切割的都是复杂空间曲线，示教无法达到设计要求。

　史陶比尔用ROBOTMASTER软件进行ST?UBLI RX160L机器人离线编程。ROBOTMASTER机器人离线软件可以虚拟真实的切割环境，包括机器人、激光切割工具头、工件及夹具。软件可以快速设置和优化最佳机器人切割姿态，如果系统出现干涉或者超出范围，软件会智能提示。

　通过离线软件还可以自动生动精密的工装夹具。英国PEPS离线软件是专门为全世界最精密的机器人ST?UBLI定制开发的机器人激光切割离线编程软件。它能够提供自动生成工装夹具程序，用户可以根据工件三维数模来选择工装夹具并可进行微调。

　很多集成商选用不适合激光切割的普通机器人，效率低下且效果差，影响了汽车行业用户对这个领域的认知，否定了机器人方案。史陶比尔则认为，优秀的集成商会选用高精度的机器人并将其整合到精密的系统结构中，根据不同的用户产品由基本型演化成不同的机器人柔性切割方案，可以用单机、双机或多机和平台数量之间进行组合。

　切割效率由方案及经验决定

　集成商集成能力高低决定最终切割效果和效率。德国JENOPTIK是史陶比尔的激光应用集成商，用史陶比尔定制开发的TX90激光切割专用机器人、定制轻型切割头和独有的BIM(Beam-In-Motion)技术。该设备的小孔定位精度能达到?50?m，直线速度>12?m/min。 如果产品产量比较高，JENOPTIK公司可以提供双机器设备或者多机器人解决方案。

　本地一些技术实力较强的激光切割系统集成商也在不断提高对机器人激光切割认识并不断提高集成能力。深圳大族激光在汽车行业应用的机器人激光切割解决方案中就选用了史陶比尔的机器人产品，这个系统包含两个移动工作平台，机器人在两个平台上的工件间切换，非工作的移动平台推出来进行上料。这套系统的客户是一个客车制造厂，车厂设备负责人对此非常满意，不仅切割效果好，而且效率高，双工位平台不会浪费上料的时间，目前这个客户已经购买近十台史陶比尔机器人设备。而且他们重新设计一条冲压线，用机器人柔性生产线来取代一条模具冲压线，包括过程中的物料转移也是通过机器人来完成，这条线的机器人用量可能会高达几十台。使用机器人不仅节省了成本，而且提高自动化水平，整个过程不需要人工干预。

　国内的各种车厂要初步接受机器人柔性激光切割方式还需要一定的时间，集成商需要进一步提高机器人集成能力，提高系统精度和速度，特别是系统的安全、稳定性，让汽车行业用户逐步开始批量用机器人柔性激光切割解决方案。

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中国能生产五轴联动数控铣床吗？

汽车零部件加工主要是指缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆等。加工这些零件所需的机床大多是高效、高性能、高可靠性的数控机床或专用数控机床。汽车零部件作为汽车的核心功能部件，在加上汽车行业的竞争如火如荼，当前汽车用户对汽车的多样化、个性化的要求，迫使汽车企业的产品换型越来越快，产品品种纷繁多样，原来单一工件的大批量生产变成了多种工件各自的较小批量迭加成的大批量生产，因此，多年来在汽车制造行业占统治地位的组合机床（专机）生产线已无法满足汽车行业快速*新的现实需要，专机或专机自动线虽然效率高，但却限制了加工的柔性，使得机床对加工零件品种变化的适应性非常差。

汽车零部件

为了解决这个难题，高速、高效的加工中心很好地解决了加工柔性和产量，满足了汽车行业目前多品种，大批量，少投资的要求，同时也满足了汽车零部件生产的这种要求。　

汽车零部件加工用什么加工中心好

汽车零部件加工看客户具体加工工件来选择，因为要加工工件具有复杂曲面的零件，所以一般对数控系统要求比较高，可以选择三菱或台湾新代系统。具体是用立式、卧加、还是龙门加工中心，是否需要添加第四轴、第五轴，我们西尔普数控会根据您的产品的加工要求帮您评估一款适合的数控加工中心或专机供您使用。

真正的五轴联动加工中心？

中国能生产五轴联动数控铣床，国内常见的五轴联动立式加工中心生产厂家起步较早的有：北京机电院机床公司、沈阳机床集团沈阳菲迪亚与FIDIA菲迪亚合资、大连机床集团等等。现在能够生产五轴联动立式加工中心的厂家数量众多，包括众多民营机床厂家如新瑞，海天精工，日进。

但是大部分处于生产机床结构，向国外购A,C轴和高速主轴的组装商模式，研发能力较低下，也未能触摸到关键技术和客户真正的需求，而关键的伺服系统，驱动系统基本从国外大品牌进行购缺乏对五轴机床的调整和完善的能力。

国产数控系统的广数，华中虽然拥有五轴联动NC系统，但在稳定性，精度上仍然有所欠缺。比较欣喜的是目前大连科德异军突起，将五轴加工中心出口到德国和日本，从机床床身到伺服系统，驱动系统均是国内研制生产，为中国制造增添了不少光彩。

虽然总体来说目前国内五轴联动的水平还处于相对落后的状态，但是随着国家的投入和民营资本的执着发展，整体水平正在稳步向上。五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，均有着举足轻重的影响力。

扩展资料

五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。若配以五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，更能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的回转轴有两种方式。

国外五轴联动数控机床是为适应多面体和曲面零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，在数控车床的基础上,又很快生产出了能进行铣削加工的车铣中心。五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，有时甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资。

大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。当前，国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的杂零件加工，加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发，基本涵盖了国内市场的需求。

百度百科-五轴联动数控机床

五轴加工的介绍

随着国内数控技术的日渐成熟，近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了越来越广泛的应用。在实际应用中，每当人们碰见异形复杂零件高效、高质量加工难题时，五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。近几年随着我国航空航天、军事工业、汽车零部件和模具制造行业的蓬勃发展，越来越多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工。但是，你真的足够了解五轴加工吗？下面就请跟着小编的脚步走进五轴加工的世界。

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五轴加工

想要真正的了解五轴加工，首先我们要做的是要读懂什么是五轴机床。五轴机床（5 Axis Machining），顾名思义，是指在X、Y、Z，三根常见的直线轴上加上两根旋转轴。A、B、C三轴中的两个旋转轴具有不同的运动方式，以满足各类产品的技术需求。而在5轴加工中心的机械设计上，机床制造商始终坚持不懈地致力于开发出新的运动模式，以满足各种要求。综合目前市场上各类五轴机床，虽然其机械结构形式多种多样，但是主要有以下几种形式：

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两个转动坐标直接控制刀具轴线的方向（双摆头形式）

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两个坐标轴在刀具顶端，但是旋转轴不与直线轴垂直（俯垂型摆头式）

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两个转动坐标直接控制空间的旋转（双转台形式）

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两个坐标轴在工作台上，但是旋转轴不与直线轴垂直（俯垂型工作台式）

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两个转动坐标一个作用在刀具上，一个作用在工件上（一摆一转形式）

*术语：如果旋转轴不与直线轴相垂直，则被认为是一根“俯垂型”轴。

看过这些结构的五轴机床，我相信我们应该明白了五轴机床什么在运动，怎样运动。可是，这么多样化的机床结构，在加工时究竟能展现出哪些特点呢？与传统的三轴机床相比，又有哪些优势呢？接下来就让我们来看看五轴机床有哪些发光点。

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5轴机床的特点

说起五轴机床的特点，就要和传统的三轴设备来比较。生产中三轴加工设备比较常见，有立式、卧式及龙门等几种形式。常见的加工方法有立铣刀端刃加工、侧刃加工。球头刀的仿形加工等等。但无论哪种形式和方法都有着一个共同的特点，就是在加工过程中刀轴方向始终保持不变，机床只能通过X、Y、Z三个线性轴的插补来实现刀具在空间直角坐标系中的运动。所以，在面对下面这些产品时，三轴机床效率低、加工表面质量差甚至无法加工的弊端就暴露出来了。

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而与三轴数控加工设备相比，五联动数控机床有以下优点：

1. 保持刀具最佳切削状态，改善切削条件

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如上图，在左图中三轴切削方式，当切削刀具向顶端或工件边缘移动时，切削状态逐渐变差。而要在此处也保持最佳切削状态，就需要旋转工作台。而如果我们要完整加工一个不规则平面，就必须将工作台以不同方向旋转多次。可以看见，五轴机床还可以避免球头铣刀中心点线速度为0的情况，获得更好的表面质量。

2. 有效避免刀具干涉

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如上图，针对航空航天领域内应用的叶轮、叶片和整体叶盘等零件，三轴设备由于干涉原因无法满足工艺要求。而五轴机床就可以满足。同时五轴机床还可以使用更短的刀具进行加工，提升系统刚性，减少刀具的数量，避免了专用刀具的产生。对于我们的企业老板来说，意味在刀具成本方面，五轴机床将会给您省钱了！

3. 减少装夹次数，一次装夹完成五面加工

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如上图可以看出五轴加工中心还可以减少基准转换，提高加工精度。在实际加工中，只需一次装夹，加工精度更容易得到保证。同时五轴加工中心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。这意味着您可以用更少的夹具，更少的厂房面积和维护费用，来完成更高效更高质量的加工！

4. 提高加工质量和效率

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如图，五轴机床可以用刀具侧刃切削，加工效率更高。

5. 缩短生产过程链，简化生产管理

五轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链，可以使生产管理和调度简化。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。

6. 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五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。

等等…

综上所述，五轴机床实在是有太多太多优点，但是五轴机床刀具姿态控制，数控系统，CAM编程和后处理都要比三轴机床复杂的多！同时，我们说到五轴机床，就不得不说真五轴的问题，我们都知道真五轴最大的区别在于RTCP功能，然而何谓RTCP，它是怎么产生的又该如何应用？下面我们就结合机床结构和编程后处理来具体了解一下RTCP，了解他的真正面目。

RTCP，在数控GNC61高档五轴数控系统里，认为RTCP即是Rotated Tool Center Point，也就是我们常说的刀尖点跟随功能。在五轴加工中，追求刀尖点轨迹及刀具与工件间的姿态时，由于回转运动，产生刀尖点的附加运动。数控系统控制点往往与刀尖点不重合，因此数控系统要自动修正控制点，以保证刀尖点按指令既定轨迹运动。业内也有将此技术称为TCPM、TCPC或者RPCP等功能。其实这些称呼的功能定义都与RTCP类似，严格意义上来说，RTCP功能是用在双摆头结构上，是应用摆头旋转中心点来进行补偿。而类似于RPCP功能主要是应用在双转台形式的机床上，补偿的是由于工件旋转所造成的的直线轴坐标的变化。其实这些功能殊途同归，都是为了保持刀具中心点和刀具与工件表面的实际接触点不变。所以为了表述方便，本文统一此类技术为RTCP技术。

那么RTCP功能是怎么产生的呢？多年以前，在五轴机床刚普及市场的时候，RTCP概念被机床厂家大肆宣传。彼时RTCP功能更像是为技术而技术的噱头，更多人是对其技术本身的热衷和炒作。其实RTCP功能正好相反，它不光是一项好技术，更是一项能为客户带来效益和创造价值的好技术。拥有RTCP技术的机床（也就是国内所说的真五轴机床），操作工不必把工件精确的和转台轴心线对齐，随便装夹，机床自动补偿偏移，大大减少时间，同时提高加工精度。同时后处理制作简单，只要输出刀尖点坐标和矢量就行了。像我们之前说的那样，在机械结构上，五轴数控机床主要有双摆头、双转台、一摆一转等结构。下文我们将以双转台五轴机床，数控GNC61高档五轴数控系统为例，详细介绍一下RTCP功能。

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在五轴机床中定义第四轴和第五轴的概念:在双回转工作台结构中第四轴的转动影响到第五轴的姿态，第五轴的转动无法影响第四轴的姿态。第五轴为在第四轴上的回转坐标。

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好了，看完定义说明我们来解释一下。如上图所示，机床第4轴为A轴，第5轴为C轴。工件摆放在C轴转台上。当第4轴A轴旋转时，因为C轴安装在A轴上，所以C轴姿态也会受到影响。同理，对于我们放在转台上面的工件，如果我们对刀具中心切削编程的话，转动坐标的变化势必会导致直线轴X、Y、Z坐标的变化，产生一个相对的位移。而为了消除这一段位移，势必机床要对其进行补偿，RTCP就是为了消除这个补偿而产生的功能。

那么机床如何对这段偏移进行补偿呢？接下来我们就来分析一下这段偏移是怎么产生的。

根据前文，我们都知道是由于旋转坐标的变化导致了直线轴坐标的偏移。那么分析旋转轴的旋转中心就显得尤为重要。对于双转台结构机床，C轴也就是第5轴的控制点通常在机床工作台面的回转中心。而第4轴通常选择第四轴轴线的中点作为控制点。

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数控系统为了实现五轴控制，需要知道第5轴控制点与第四轴控制点之间的关系。即初始状态（机床A、C轴0位置），第四轴控制点为原点的第四轴旋转坐标系下，第五轴控制点的位置向量[U,V,W]。同时还需要知道A、C轴轴线之间的距离。对于双转台机床，举例如下图所示。

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讲到这里，大家可以看出，对于有RTCP功能的机床，控制系统为保持刀具中心始终在被编程的位置上。在这种情况下，编程是独立的，是与机床运动无关的编程。当您在机床上使用编程时，不用担心机床运动和刀具长度，您所需要考虑的只是刀具和工件之间的相对运动。余下的工作控制系统将为您完成。举个例子：

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如上图，不带G203 RTCP功能关的情况下，控制系统不考虑刀具长度。刀具围绕轴的中心旋转。刀尖将移出其所在位置，并不再固定。

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如上图，带G203 RTCP功能开的情况下，控制系统只改变刀具方向，刀尖位置仍保持不变。X，Y，Z轴上必要的补偿运动已被自动计算进去。

G203是数控系统里RTCP开启指令，通常已经在CAM系统的CNC程序中被调用。而CNC程序中仅包含了所要趋近的X／Y／Z点，和描述刀具方向的方向矢量A，B，C。换句话说，CNC程序仅包含几何和刀具方向数据。

而对于不具备RTCP的五轴机床和数控系统是怎么解决直线轴坐标偏移这个问题呢？我们知道现在国内很多五轴数控机床和系统都属于五轴，所谓五轴，其实就是指不带RTCP功能的机床。真五轴，既不是看长相也不是看五个轴是否联动，要知道五轴也可以做五轴联动。五轴的区别主要在于其没有真五轴RTCP算法，也就是说五轴编程需要考虑主轴的摆长及旋转工作台的位置。这就意味着用五轴数控系统和机床编程时，必须依靠CAM编程和后处理技术，事先规划好刀路。同样一个零件，机床换了或者刀具换了，都必须重新进行CAM编程和后处理。并且五轴机床在装夹工件时需要保证工件在其工作台回转中心位置，对操作者来说，这意味着需要大量的装夹找正时间，且精度得不到保证。即使是做分度加工，五轴也麻烦很多。而真五轴只需要设置一个坐标系，只需要一次对刀，就可以完成加工。下图以NX后处理编辑器设置为例，说明五轴的坐标变换。

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如上图，五轴是依靠后处理技术，将机床第四轴和第五轴中心位置关系表明，来补偿旋转轴对直线轴坐标的位移。其生成的CNC程序X、Y、Z不仅仅是编程趋近点，更是包含了X、Y、Z轴上必要的补偿。这样处理的结果不仅会导致加工精度不足，效率低下，所生成的程序不具有通用性，所需人力成本也很高。同时由于每台机床的回转参数不同，都要有对应的后处理文件，对于生产也会造成极大的不便。再者五轴其生成程序无法改动，实现手工五轴编程基本没有可能。同时因为没有RTCP功能，其衍生的众多五轴高级功能都无法使用，比如五轴刀补功能等。其实对于五轴机床来说，它只是我们为了实现加工结果的工具，并无真之分。重要的是我们的工艺决定了选用什么方式加工，相对而言，真五轴机床性价比更高。而对于数控GNC61数控系统，不但具有RTCP功能，同时还支持3D刀补、C样条插补、NURBS样条插补、大圆弧插补、圆锥插补等诸多高端插补功能，从而实现了更高效简洁、高质量的加工。

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五轴机床加工S型试件

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机床加工钛合金叶轮

五轴加工中心是一种科技含量高、精密度高的数控机床，专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床对航天、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有着举足轻重的影响力，目前五轴联动加工中心是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等的有利手段。

五轴加工中心有高效率、高准确的特点，主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360°，称为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达正负90°以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，飞机庞大的机身、汽车壳都可以在这尖加工中心上加工。这种设计使得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，用主轴可以回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使铣刀避开顶点切削，保证有一定的加工速度，可提高零件的表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是老式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了光栅反馈，分度精度都在几秒内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本比较高。

五轴联动加工技术在一个复杂形状的表面需要用5个独立轴共同进行数控插补运动才能获得光顺平滑形面的加工技术。虽然理论上讲任何复杂表面都可用X/Y/Z三轴坐标来表述，但实际加工刀具并不是一个点，而是有一定尺寸的实体，为了避免对空间扭曲加工时出现刀具与加工面间的干涉以及保证曲面各点的切削条件的一致性，需要调整刀具轴线与曲面法间在两维方向上的夹角。

五轴联动加工中心的轴数是指加工同一表面时所需独立运动的轴的数量，而非指该数控拥有的可控制轴的数量。