1.1　多轴铣机床

所谓“工艺”，是指将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等。机床是工艺的基础。要了解多轴数控铣削加工工艺，首先就要了解数控机床，尤其是要了解多轴数控机床。

1.1.1　多轴铣机床认识

自从20世纪50年代，美国麻省理工学院研制了世界第一台试验性数控系统机床以来，数控铣机床发展至今已经有60多年的历史了。因为这种设备解决了机械加工中的很多难题，人们利用它可以制造出很多结构复杂的产品，随着人类生产需求的日益增长，促进了数控机床技术得到很快的发展。现在的机床是工业制造的母机，而多轴机床尤其是五轴联动机床是更加高端的数控设备，被誉为皇冠上的明珠。

根据数控机床系统能同时控制联动轴的个数可以分为如下几种。

（1）2.5轴联动机床

也叫两轴半机床，可以同时控制2个轴。这种机床所能识别的数控程序的特征是，其中一段数控程序的X、Y、Z三个数值不能同时出现。至今有些数控编程系统软件（如PowerMILL、Cimatron以及Mastercam等）里的刀路类型仍有这个功能。执行开粗程序时，由于机床不能执行螺旋下刀命令，需要事先在毛坯上钻孔，刀具就是从这个进刀孔下刀进行分层铣削的。

（2）三轴联动机床

可以同时控制3个轴，这是目前普遍使用的数控机床。这种机床使用的数控程序特征是，在一段程序里可以同时出现X、Y、Z三个数值。开粗时可以顺利地执行螺旋下刀指令，而不必在毛坯上钻孔。

（3）四轴联动机床

可以同时控制4个轴，在一段数控程序里可以同时出现如X、Y、Z、A这样的指令。工作情况一般是：工件在绕X轴（即A旋转轴）旋转，刀具可以沿着X、Y、Z三个坐标数值在移动。这种机床结构特点是：在传统三轴机床的工作台上另外安装一个旋转工作台（当然还可以是XYZB型）。

（4）五轴联动机床

可以同时控制5个轴。在一段数控程序里，除了可以同时出现X、Y、Z三个数值外，另外还可以出现A、B、C三个中的两个旋转指令。这种机床工作情况一般是：工件在绕X轴（即A旋转轴）及Z轴（即C旋转轴）旋转，刀具可以沿着X、Y、Z三个坐标数值在移动。

随着科学技术的发展，五轴以上的虚轴机床也已经出现了，这种机床一般是通过连杆运动实现了主轴的多自由度运动。

1.1.2　坐标轴定义

多轴数控铣机床是在传统的三轴铣机床已经具备的X、Y、Z三个线性轴基础之上再增加了至少一个绕线性轴旋转的轴（如A轴、B轴或者C轴）的数控机床。有了第四轴的机床就叫四轴机床，有第四轴和第五轴的机床就叫作五轴机床，这两种多于三个坐标轴运动的机床统称为多轴机床。

根据ISO标准，数控机床坐标系统采用右手直角笛卡儿坐标系进行定义，线性轴用直角坐标系X、Y、Z表示，其正方向用右手定则来判定。而旋转轴用A、B、C分别表示绕X、Y、Z的旋转轴，其方向用右螺旋法则判定。

通俗地讲，对于立式机床来说，观察者面向机床而站，观察主轴上安装的刀具运动的方向，向上移动的方向就是Z正方向，向右移动就是X正方向，离开观察者向里移动就是Y正方向。

用右手握住X轴，大拇指指向X正方向，则四指环绕的方向就是A轴正方向。用右手握住Y轴，大拇指指向Y正方向，则四指环绕的方向就是B轴正方向。用右手握住Z轴，大拇指指向Z正方向，则四指环绕的方向就是C轴正方向。

对于双转台五轴联动机床来说，刀具方向始终是互相平行的，工作台实际旋转的正方向与此规定正好相反。沿着X轴正向朝负方向看，工作台沿着顺时针旋转的方向就是A轴的正方向。沿着Y轴正向朝负方向看，工作台沿着顺时针转动的方向就是B轴的正方向。沿着Z轴正向朝负方向看，工作台沿着顺时针旋转的方向就是C轴的正方向。

1.1.3　五轴联动机床常用类型

根据常用五轴联动机床的结构特点，可以有以下分类方式。

按照结构形式，典型的机床结构有：

①双转台型，如XYZAC型机床；

②一转台和一摆臂，如XYZBC型；

③双摆臂，如XYZAB型。

其他类型的多轴机床还有：

①非正交结构类型机床，如Deckel-Maho公司出的一种机床，其B轴中心线与XY平面夹角为45°。这种类型机床的刚性较好，但是后处理器复杂。

②在三轴机床工作台上附加旋转工作台成为五轴铣床。如果这种机床的控制系统没有5个轴的联动功能的话，就叫“3+2”型机床；如果具备五轴联动功能的话就叫作五轴联动机床。五轴机床如果装有刀库就叫五轴加工中心，可以加工出一些三轴机床无法加工或者很困难才能加工出的零件，如：a.核潜艇上的整体叶轮、发动机涡轮叶片；b.飞机发动机上的复杂结构件需要一次性加工的零件；c.具有倒扣结构的模具类零件。

机床是否具有联动功能将直接影响着机床的性能和价格，有时相差会很大，企业应该根据所生产零件产品的特点和实际需要，慎重选购机床。一般来说，如果产品的倒扣曲面和正常曲面之间的过渡要求很精确地连接，则五轴联动机床就可以达到满意的加工效果，而非联动机床（如“3+2”型）就会差一些。当然不管哪种类型的机床，都需要企业定期对机床进行精度调整和校正，时时刻刻使机床处于“健康”状态，才真正可以精确加工出合格的产品，发挥机床的效能。

正因为五轴联动数控机床可以加工出如核潜艇、航空发动机等尖端武器的关键部件，所以它刚一问世就被应用在军工领域。随着我国经济科技的发展，自主开发和利用五轴联动机床已经成为目前的热门技术，很多研制单位都取得了可喜的成果。