五軸聯動數控加工技術以其特有的優越性在複雜、高精度零件加工方面起著越來越重要的作用。五軸加工優越性的充分發揮離不開高質量的五軸加工編程和有針對性的後置處理程序。由於刀具與工件相對運動的複雜性,五軸加工編程的複雜程度遠遠超過三軸加工的編程。同時,五軸加工後置處理,由於開發難度大和技術保密等原因,也成為五軸加工設備充分發揮效率的制約因素。 針對上述兩個方面的問題,本文作了相應的研究。首先,針對德國DECKEL MAHO公司出品的DMU70V型特殊雙轉台五軸聯動加工中心進行了後置處理開發,通過兩種方法實現了後置處理:一種方法是基於CIMATRON E軟體的通用後置處理模塊GPP2進行了後置處理程序的開發。另一種方法是以五軸工具機後置處理坐標變換公式為基礎,編寫了專用後置處理程序。 本文還在五軸加工編程工藝探討的基礎上,以整體葉輪和鋼體PDC鑽頭為例進行了五軸加工編程,並利用所開發的後置處理程序通過VERICUT軟體進行了數控工具機加工仿真,驗證了五軸編程和後置處理的正確性。鋼體PDC鑽頭的加工編程是為實現某油田鑽井鑽頭的加工而進行的。 本文的研究對於如何提高五軸加工編程質量和解決後置處理問題,具有一定的實際意義。
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五軸加工工具機的優點和結構特點
五軸加工機這裡是指在一台工具機上至少有五個坐標軸（三個直線坐標和兩個旋轉坐標）
，而且可在計算機
數控（
CNC
）系統的控制下同時協調運動進行加工。這樣的五軸聯動數控加工與一般的三軸聯動數控加工
相比，主要有以下優點：
1
、可以加工一般三軸
數控工具機
所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續、平滑的自由曲面。例如
，航空發動機和汽輪機的葉片，艦艇用的螺旋推進器，以及許許多多具有特殊曲面和複雜型腔、孔位的殼
體和模具等，如用普通三軸數控工具機加工，由於其刀具相對於工件的位姿角在加工過程中不能變，加工某
些複雜自由曲面時，就有可能產生干涉或欠加工（即加工不到）
。而用五軸聯動的工具機加工時，則由於刀
具
/
工件的位姿角在加工過程中隨時可調整，就可以避免刀具工件的干涉並能一次裝夾完成全部加工；
2
、可以提高空間自由曲面的
加工精度
、質量和效率。例如，三軸工具機加工複雜曲面時，多採用球頭
銑刀，球頭銑刀是以點接觸成形，切削效率低，而且刀具
/
工件位姿角在加工過程中不能調，一般就很難
保證用球頭銑刀上的最佳切削點（即球頭上線速度最高點）進行切削，而且有可能出現切削點落在球頭刀
上線速度等於零的旋轉中心線上的情況處。這時不僅切削效率極低，加工表面質量嚴重惡化，而且往往需
要採用手動修補，因此也就可能喪失精度。採用五軸工具機加工，由於刀具
/
工件位姿角隨時可調，則不僅
可以避免這種情況的發生，而且還可以時時充分利用刀具的最佳切削點來進行切削，或用線接觸成形的螺
旋立銑刀來代替點接觸成形的球頭銑刀，甚至還可以通過進一步優化刀具
/
工件的位姿角來進行銑削，從
而獲得更高的切削速度、切削線寬，即獲得更高的切削效率和更好的加工表面質量，圖中所示便是以不變
位姿角和以優化位姿角銑削相同自由曲面的效果比較的一例。採用不變位姿角（
Sturz
法）銑削葉片的表
面粗糙度要比採用優化位姿角（
P
銑削法
—
Starrag
公司的專利）銑削葉片的表面粗糙度低一級，而所用的
時間，前者還比後者多
30%
～
130%
；
表面質量等級平均
Ra
值
N81.6-
3.2μmN70.8
-
1.6μmN60.4
-
0.8μmN50.2
-
0.4μm
五軸加工機的結構特點：
五軸加工工具機與一般工具機的最大區別在於它除了具有通常工具機的三個直線坐標軸外，還有至少
2
個旋
轉坐標軸，而且可以五軸聯動加工。
而
五軸加工工具機
之間的區別，除了有立式、臥式之分外，則主要還在於他們實現五軸運動的結構型式
和五個運動的分配（配置）上。一般而言，五軸工具機有三種結構型式和三種運動配置方式，這兩者的組合
，就可以得到有
9
種可能的五軸工具機的結構類型。
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