1.1　多軸銑機(jī)床

所謂“工藝”，是指將原材料或半成品加工成產(chǎn)品的方法、技術(shù)等。機(jī)床是工藝的基礎(chǔ)。要了解多軸數(shù)控銑削加工工藝，首先就要了解數(shù)控機(jī)床，尤其是要了解多軸數(shù)控機(jī)床。

1.1.1　多軸銑機(jī)床認(rèn)識

自從20世紀(jì)50年代，美國麻省理工學(xué)院研制了世界第一臺試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床以來，數(shù)控銑機(jī)床發(fā)展至今已經(jīng)有60多年的歷史了。因?yàn)檫@種設(shè)備解決了機(jī)械加工中的很多難題，人們利用它可以制造出很多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，隨著人類生產(chǎn)需求的日益增長，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床技術(shù)得到很快的發(fā)展。現(xiàn)在的機(jī)床是工業(yè)制造的母機(jī)，而多軸機(jī)床尤其是五軸聯(lián)動機(jī)床是更加高端的數(shù)控設(shè)備，被譽(yù)為皇冠上的明珠。

根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)能同時控制聯(lián)動軸的個數(shù)可以分為如下幾種。

（1）2.5軸聯(lián)動機(jī)床

也叫兩軸半機(jī)床，可以同時控制2個軸。這種機(jī)床所能識別的數(shù)控程序的特征是，其中一段數(shù)控程序的X、Y、Z三個數(shù)值不能同時出現(xiàn)。至今有些數(shù)控編程系統(tǒng)軟件（如PowerMILL、Cimatron以及Mastercam等）里的刀路類型仍有這個功能。執(zhí)行開粗程序時，由于機(jī)床不能執(zhí)行螺旋下刀命令，需要事先在毛坯上鉆孔，刀具就是從這個進(jìn)刀孔下刀進(jìn)行分層銑削的。

（2）三軸聯(lián)動機(jī)床

可以同時控制3個軸，這是目前普遍使用的數(shù)控機(jī)床。這種機(jī)床使用的數(shù)控程序特征是，在一段程序里可以同時出現(xiàn)X、Y、Z三個數(shù)值。開粗時可以順利地執(zhí)行螺旋下刀指令，而不必在毛坯上鉆孔。

（3）四軸聯(lián)動機(jī)床

可以同時控制4個軸，在一段數(shù)控程序里可以同時出現(xiàn)如X、Y、Z、A這樣的指令。工作情況一般是：工件在繞X軸（即A旋轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)，刀具可以沿著X、Y、Z三個坐標(biāo)數(shù)值在移動。這種機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在傳統(tǒng)三軸機(jī)床的工作臺上另外安裝一個旋轉(zhuǎn)工作臺（當(dāng)然還可以是XYZB型）。

（4）五軸聯(lián)動機(jī)床

可以同時控制5個軸。在一段數(shù)控程序里，除了可以同時出現(xiàn)X、Y、Z三個數(shù)值外，另外還可以出現(xiàn)A、B、C三個中的兩個旋轉(zhuǎn)指令。這種機(jī)床工作情況一般是：工件在繞X軸（即A旋轉(zhuǎn)軸）及Z軸（即C旋轉(zhuǎn)軸）旋轉(zhuǎn)，刀具可以沿著X、Y、Z三個坐標(biāo)數(shù)值在移動。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，五軸以上的虛軸機(jī)床也已經(jīng)出現(xiàn)了，這種機(jī)床一般是通過連桿運(yùn)動實(shí)現(xiàn)了主軸的多自由度運(yùn)動。

1.1.2　坐標(biāo)軸定義

多軸數(shù)控銑機(jī)床是在傳統(tǒng)的三軸銑機(jī)床已經(jīng)具備的X、Y、Z三個線性軸基礎(chǔ)之上再增加了至少一個繞線性軸旋轉(zhuǎn)的軸（如A軸、B軸或者C軸）的數(shù)控機(jī)床。有了第四軸的機(jī)床就叫四軸機(jī)床，有第四軸和第五軸的機(jī)床就叫作五軸機(jī)床，這兩種多于三個坐標(biāo)軸運(yùn)動的機(jī)床統(tǒng)稱為多軸機(jī)床。

根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)采用右手直角笛卡兒坐標(biāo)系進(jìn)行定義，線性軸用直角坐標(biāo)系X、Y、Z表示，其正方向用右手定則來判定。而旋轉(zhuǎn)軸用A、B、C分別表示繞X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)軸，其方向用右螺旋法則判定。

通俗地講，對于立式機(jī)床來說，觀察者面向機(jī)床而站，觀察主軸上安裝的刀具運(yùn)動的方向，向上移動的方向就是Z正方向，向右移動就是X正方向，離開觀察者向里移動就是Y正方向。

用右手握住X軸，大拇指指向X正方向，則四指環(huán)繞的方向就是A軸正方向。用右手握住Y軸，大拇指指向Y正方向，則四指環(huán)繞的方向就是B軸正方向。用右手握住Z軸，大拇指指向Z正方向，則四指環(huán)繞的方向就是C軸正方向。

對于雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動機(jī)床來說，刀具方向始終是互相平行的，工作臺實(shí)際旋轉(zhuǎn)的正方向與此規(guī)定正好相反。沿著X軸正向朝負(fù)方向看，工作臺沿著順時針旋轉(zhuǎn)的方向就是A軸的正方向。沿著Y軸正向朝負(fù)方向看，工作臺沿著順時針轉(zhuǎn)動的方向就是B軸的正方向。沿著Z軸正向朝負(fù)方向看，工作臺沿著順時針旋轉(zhuǎn)的方向就是C軸的正方向。

1.1.3　五軸聯(lián)動機(jī)床常用類型

根據(jù)常用五軸聯(lián)動機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以有以下分類方式。

按照結(jié)構(gòu)形式，典型的機(jī)床結(jié)構(gòu)有：

①雙轉(zhuǎn)臺型，如XYZAC型機(jī)床；

②一轉(zhuǎn)臺和一擺臂，如XYZBC型；

③雙擺臂，如XYZAB型。

其他類型的多軸機(jī)床還有：

①非正交結(jié)構(gòu)類型機(jī)床，如Deckel-Maho公司出的一種機(jī)床，其B軸中心線與XY平面夾角為45°。這種類型機(jī)床的剛性較好，但是后處理器復(fù)雜。

②在三軸機(jī)床工作臺上附加旋轉(zhuǎn)工作臺成為五軸銑床。如果這種機(jī)床的控制系統(tǒng)沒有5個軸的聯(lián)動功能的話，就叫“3+2”型機(jī)床；如果具備五軸聯(lián)動功能的話就叫作五軸聯(lián)動機(jī)床。五軸機(jī)床如果裝有刀庫就叫五軸加工中心，可以加工出一些三軸機(jī)床無法加工或者很困難才能加工出的零件，如：a.核潛艇上的整體葉輪、發(fā)動機(jī)渦輪葉片；b.飛機(jī)發(fā)動機(jī)上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件需要一次性加工的零件；c.具有倒扣結(jié)構(gòu)的模具類零件。

機(jī)床是否具有聯(lián)動功能將直接影響著機(jī)床的性能和價格，有時相差會很大，企業(yè)應(yīng)該根據(jù)所生產(chǎn)零件產(chǎn)品的特點(diǎn)和實(shí)際需要，慎重選購機(jī)床。一般來說，如果產(chǎn)品的倒扣曲面和正常曲面之間的過渡要求很精確地連接，則五軸聯(lián)動機(jī)床就可以達(dá)到滿意的加工效果，而非聯(lián)動機(jī)床（如“3+2”型）就會差一些。當(dāng)然不管哪種類型的機(jī)床，都需要企業(yè)定期對機(jī)床進(jìn)行精度調(diào)整和校正，時時刻刻使機(jī)床處于“健康”狀態(tài)，才真正可以精確加工出合格的產(chǎn)品，發(fā)揮機(jī)床的效能。

正因?yàn)槲遢S聯(lián)動數(shù)控機(jī)床可以加工出如核潛艇、航空發(fā)動機(jī)等尖端武器的關(guān)鍵部件，所以它剛一問世就被應(yīng)用在軍工領(lǐng)域。隨著我國經(jīng)濟(jì)科技的發(fā)展，自主開發(fā)和利用五軸聯(lián)動機(jī)床已經(jīng)成為目前的熱門技術(shù)，很多研制單位都取得了可喜的成果。