加工中心 CNC 控制下的运动

五轴铣和车加工可以在一次夹紧后做多侧面加工，这样可以节省辅助时间，并防止因多
次夹紧造成的不精确。此外，刀具可以更好地到达难以进行操作的部位，而且加工迎角可
以任意选择。GE Fanuc 公司的计算机数字控制装置(CNC)为此提供了扩展的功能，利用这

 

些功能，甚至极为复杂的加工过程也可以实现。 GE Fanuc 公司的 16i Model B 18i MB5 系
列 CNC，为五轴铣和车加工等复杂加工进行了优化。对于更高的性能要求，可以采用 30i 
系列和 31i A5 系列 CNC。所有这些控制装置都可提供扩展的五轴功能，利用这些功能，
甚至极为复杂的加工过程也是可以实现的。同时，这些功能支持各种机器配置，不管是安
装刀具回转工作头，还是采用圆形工作台，或者两者都用。作为特殊的五轴功能，可以做
手动进给(Manual Feed)、刀具长度补偿(TCP，Tool Center Point Control)、刀具方向补偿(Tool 
Posture Control)和刀具半径补偿(TRC，Tool Radius Compensation)。手动进给便于动作控制
手动进给是一项很重要功能，它可以在出现紧急情况下，如刀具断裂时很好地用手工操
作刀具和工件。三轴加工时，操作人员可以简单地把 Z 轴上的主轴和刀具撤回。而在五轴

“

”

加工时这一点就很难做得到。利用 手工进给 ，机器操作员可以简单地按一下按钮，把刀
具撤回、或者将其运行到与刀具方向正交的方向上。这样可以把刀具可靠地撤回到初始位

 

置或安全位置。 刀具长度补偿主要用于在刀具头做回转运动时，使不同长度的刀具也能
精确地沿希望的路线进行运动。为此，控制装置考虑到了刀具沿刀具轴线的中心点。主轴
头在运行期间执行回转运动，使刀具的中心点保持在希望的运动路线上，因而近似地体
现旋转运动的轴线。以这样的方式可以遵守定义的刀具路径。除了线性运动之外，这种功

 

能还支持圆形内插。 刀具方向补偿(图 1)是上面所提到的围绕刀具中心点的刀具长度补偿
的扩展。这项功能大大有助于侧面加工，比如当铣切加工时套筒或锥体的迎角处于不断变
化中。同时，允许的运动方向又取决于相应的平面。这可以防止由于在行走运动时侧面切

 

割而出现不希望出现的材料减少。刀具半径补偿是五轴加工刀具补偿的又一种形式。刀具
的半径补偿可以将工件编程的几何形状按刀具的实际直径进行平衡：刀具较小时，在进
给比刀具较大时使进给稍小，由此得到的轮廓因而恰好是所希望的尺寸。另外还可以避免
出现不希望出现的内角相切(Interference Check)。CNC 控制装置还可以发现刀具即将发生

 

的方向变化，并可及时地减少进给，以便在曲线中不致铣削过度。 工件位置补偿 (图 2)
(Workpiece Setting Error Compensation)、机器误差补偿(Machine Error Compensation)、倾斜工
作 面 上 加 工 (TWP,Tilted   Working   Plane) 以 及 刀 具 交 会 点 补 偿 (Tool   Cutting   Point 
Compensation)等 4 种功能将有更多的改进。当工件在加工过程之后取下时，比如进行测量，
然后还要继续进行加工，就用上工件位置补偿(图 2)了。同原先的夹紧相比，较小的尺寸
误差是不可避免的。这种功能可以把测量结果作为修正因数纳入到后面的加工过程中。  
CNC 还可以对各种机器误差进行补偿。对五轴加工特别有利的功能是，对旋转轴的线性
错位进行自动补偿。迄今为止，这种轴距必须在 NC 编程时加以采集和考虑，现在，使用
者可以把这些调整存储在控制装置中，而不必在每个程序中都加以考虑。此外，机床制造

 

厂家还可以对机器的误差沿刀具轴线进行额外的温度补偿。 对于简单的加工形式如钻或
切螺纹，可以利用倾斜的工作面。旋转的轴可以为此而调整并固定在所希望的角度。然后
可用三条直线轴进行加工。而且也不必像简单的三轴机床那样采用特殊的夹紧装置。  
“Tilted Working Plane”

 

这一特点可提供倾斜工作面上加工的功能。 减轻 NC 编程工作的一

项有用的功能是刀具切点补偿。这里涉及到刀具切入材料的切点计算。特殊的刀具如梯形
铣刀或圆角铣刀需要有特殊的修正值，这些值通常是输入到 CAM 软件里的。GE Fanuc 公
司的新型 CNC 是在测量之后，把这些值永久保存在控制器里，按一下按键即可调用。这
不仅简化了 NC 编程，而且也可以不必改变 NC 程序而在短时间内更换刀具。纳米内插实
现精密的表面由于性能优越，GE Fanuc 公司的新型 CNC 控制器为五轴机床提供了许多优