多轴编程与加工技术（初级） 课件 第一章 多轴加工工艺基础的认知

探索多轴联动与精密制造技术课程三维目标知识目标认知多轴机床及其结构特点，构建多轴加工知识体系。理解多轴加工工艺特点及装夹要点，熟悉工艺流程。掌握数控刀具系统及选刀原则，能够合理配置刀具。了解多轴数控加工工艺文件，规范技术文档编制。能力目标能根据零件几何特征与加工要求，选择相匹配的多轴机床类型。能准确识读多轴加工工序卡与刀具卡，指导实际生产操作。素质目标培养严谨、认真、细致的工作作风，树立质量意识。提升团队协作与沟通交流能力，适应现代化生产协作模式。增强民族自豪感与认同感，激发爱国热情和制造强国使命

感。多轴机床的坐标系统概述运动控制方式控制多个坐标轴按特定轨迹同时运动（联动）或间断性进给（定向）。加工实现目的改变刀具相对于工件的位置和速度，完成复杂曲面或多面体加工。多轴加工定义指机床能控制的运动坐标轴数在四轴及四轴以上，是实现复杂零件加工的基础条件。多轴联动示意X、Y、Z、A、B轴协同运动轨迹坐标系统设定规则直线轴与旋转轴基本控制轴X、Y、Z为直线运动，A、B、C

分别为绕其旋转的控制轴。右手直角笛卡尔原则线性轴方向判定基准：大拇指指向X轴，食指指向Y轴，中指指向Z轴。右手螺旋定则旋转轴方向判定：大拇指指向轴正向，四指弯曲方向为旋转正向（逆时针为正）。附加坐标系设定平行于X、Y、Z的附加直线坐标轴分别指定为U、V、W

或P、Q、R。工件运动轴符号工件运动轴用加“′”字母表示，方向与刀具运动相反：+X=-X′

。多轴机床类型示例卧式镗铣床主轴水平布置，配备大型回转工作台。特点：适用于大中型箱体类零件的多面加工，刚性强，切削效率高。六轴加工机床在五轴基础上增加第六轴，运动更灵活。特点：具备极高的自由度，能完成极端复杂的几何形状加工，避开干涉区域。双摆台五轴机床工作台实现双向回转（通常为A/C轴）。特点：主轴固定不动，工件调整姿态。旋转轴正方向通常与ISO标准定义相反。双摆头五轴机床刀具主轴头实现双向摆动（通常为B/C轴）。特点：适合加工大型、重型零件。旋转轴正方向与ISO标准定义一致。四轴加工机床-立式附加四轴图1：典型立式附加四轴机床结构(X+Y+Z+A)图2：细长零件的一夹一顶装夹示意机床结构组成在标准立式加工中心（X、Y、Z轴）基础上，增加绕X轴回转的附加轴（A轴），构建出X+Y+Z+A的四轴加工系统。加工功能模式具备灵活的加工能力，既可实现四轴联动进行复杂曲面切削，也可利用分度锁定功能进行多面定向加工（2D钻铣）。典型应用场景广泛适用于中小型盘套类零件；针对细长轴类零件，常采用“一夹一顶”辅助支承方式，以提高加工刚性与精度。四轴加工机床-卧式转台四轴结构与坐标系组成基于卧式加工中心，搭载绕Y轴回转的分度转台B，构成X+Y+Z+B四轴控制系统。Y轴负责主轴升降，B轴实现工件回转。加工功能特性具备四轴联动铣削与分度锁定定向加工能力。部分机型支持主轴立卧转换，进一步拓展加工范围与灵活性。典型适用场景特别适用于大中型箱体类零件的多面加工。通过一次装夹即可完成除底面外的多个侧面高精度加工。五轴加工机床-双摆台结构工作台双回转特性机床工作台在两个方向做旋转摆动，最常见的形式为AC双摆台配置。通过工作台的复合运动，实现复杂的五轴联动加工。ISO标准差异性双摆台结构的旋转轴正方向与ISO标准定义相反。这是该结构区别于双摆头机床的重要特征，编程时需特别注意。正方向判定规则A轴：朝内旋转定义为正方向

C轴：顺向旋转定义为正方向五轴加工机床-双摆头结构刀具双摆动（双摆头）主轴头在两个方向做旋转摆动，常见配置为BC双摆头。此类结构多用于大型龙门加工中心，适合加工大型复杂曲面零件。符合ISO标准定义与双摆台结构不同，双摆头结构的旋转轴正方向与ISO标准定义完全一致，编程逻辑更符合直观的右手螺旋定则。旋转轴正方向规则B轴：绕Y轴旋转，逆时针为正

C轴：绕Z轴旋转，逆时针为正五轴加工机床-一摆台一摆头结构混合结构组成机床由一个工作台旋转摆动和一个主轴头旋转摆动组成（即摆头+摆台）。这种结构结合了摆头的高灵活性与转台的承载稳定性，常见配置为B轴（摆头）配合C轴（转台）。摆头侧方向规则主轴头侧的旋转轴正方向与ISO标准定义一致。例如，若摆头绕Y轴旋转（B轴），则遵循右手螺旋定则判定正方向。摆台侧方向规则工作台侧的旋转轴正方向与ISO标准定义相反。这是为了抵消工件运动与刀具运动的相对关系，确保编程逻辑的一致性。摆头+摆台结构示意图多轴加工工艺特点五轴联动加工复杂曲面叶轮装夹优势少量装夹即可完成大部分加工，显著节省装夹辅助时间。加工范围广可灵活调整刀轴或工件姿态，轻松应对复杂型面零件加工。切削质量高优化切削姿态，避免干涉碰撞，大幅提升表面加工质量。刀具成本低简化刀具形状，允许使用短刀具，提升刚性与切削效率。夹具简化灵活的刀轴控制可简化夹具结构设计，降低装夹操作难度。四轴加工典型零件立式附加四轴典型零件典型零件：调焦筒、柱面凸轮、引斜螺杆适用场景：适用于中小型盘套类或细长轴类零件。主要用于加工圆周槽形、径向孔等特征。卧式转台四轴典型零件典型零件：底座壳体、箱体零件、大型叶盘适用场景：适用于大中型零件。主要解决局部回转表面加工及多角度孔系加工难题。加工实例展示图示为典型的圆柱形零件，表面具有复杂的螺旋状凹槽特征，是立式附加四轴加工的常见应用对象（如调焦筒或柱面凸轮）。五轴加工典型零件-复杂型面大型模具与多面体针对大型模具及复杂多面体零件，双摆头五轴机床是理想选择。其灵活的刀轴控制能力可有效避免主轴与工件或工作台发生干涉，确保深腔及复杂曲面的加工质量。叶轮与螺旋桨对于叶轮、螺旋桨等具有连续复杂曲面的流体机械零件，通常选用双摆头或双摆台五轴机床。通过五轴联动加工，可实现一次装夹完成多叶片的高效切削。典型复杂结构，需多角度进刀加工多向异形孔系，五轴联动保证位置精度五轴加工典型零件-普通结构件一次对刀，多向加工普通结构件在五轴机床上只需一次装夹，即可完成除底面外所有五个面的加工，彻底改变了传统三轴加工需多次翻面装夹的繁琐流程。保证相对位置精度通过减少装夹次数，有效消除了多次定位产生的累积误差，显著提高了零件各加工面之间的相对位置精度与几何公差等级。提升整体生产效率大幅缩短了辅助时间（装夹、找正、对刀），有效缓解三轴机床的生产压力，实现普通结构件的高效、高质产出。典型应用：星形带孔结构|环形台阶结构|凸台六面体五轴加工实现方式五轴定向加工(3+2轴)定义：摆转后固定刀轴姿态，进行传统三轴或两轴联动加工。适用场景：多面体零件的分度加工，如箱体类零件。特点：刀轴不随切削过程变化，刚性好，编程相对简单。五轴联动加工(5-Axis)定义：三个直线轴和两个旋转轴同时运动，实现连续切削。适用场景：叶轮、螺旋桨、模具等复杂自由曲面的加工。特点：刀轴矢量实时连续变化，对机床动态性能要求高。五轴加工装夹要点-通用装夹通用装夹方式一致性五轴加工中，通用压板螺钉或精密台钳的装夹方式与三轴加工基本一致。操作人员可沿用已有经验，快速完成工件固定，具有较强的通用性和便捷性。紧凑布局与避让空间夹压元件需尽可能紧凑安排。由于五轴加工涉及主轴或工作台的大角度旋转，必须预留充足的摆转空间，以有效避免加工过程中刀具、主轴与夹具发生干涉碰撞。薄型卡盘与3+2加工针对3+2附加双轴转台机床，常采用薄型卡盘装夹中小型零件。这种方式能有效降低装夹高度，减少力臂影响，同时为刀具接近工件提供更多空间。五轴机床装夹特写：精密平口钳紧凑固定，确保刀具无干涉路径五轴加工装夹要点-转台装夹技巧中心装夹适用于大型零件加工。将工件放置在转台回转中心，充分利用机床行程空间。通常一次装夹即可实现除底面外的多面加工。角部偏装适用于小型零件加工。将工件偏装在台面转角处。此布局能有效缩短刀具悬伸长度，显著提升加工刚性与切削效率。五轴加工装夹要点-组合夹具灵活组合配置利用带有均匀分布螺孔的基础板，可根据工件形状灵活组合标准夹具组件，打破专用夹具的局限性。快速对刀找正标准化的接口设计与定位元件，能够显著缩短装夹准备时间，实现快速对刀与工件找正，提升机床稼动率。强适配性与通用性通过不同组件的拼接，可适配各类复杂结构件的装夹需求，特别适用于多品种、小批量的五轴加工生产场景。五轴定向加工工艺设计原则生产类型定夹具单件生产优先选用通用夹具，批量生产宜采用组合夹具以提升效率。避让干涉装夹部位需避开加工路径、换刀动作及测量探头，防止发生碰撞。刚性区域夹紧夹紧力应作用于零件刚性较好的区域，最大限度减少加工变形。保证装夹一致性确保重复装夹位置一致，减少重复定位误差，有效缩短对刀时间。利用RTCP功能利用刀尖点跟随功能，降低对装夹位置精度的依赖，显著提升加工效率。0102030405五轴加工工艺规划CAD/CAM软件中的路径模拟与干涉检查课程总结掌握多轴机床分类（卧式/立式/附加轴等）与坐标系统设定规则。理解多轴加工工艺特点（如装夹优势、切削质量）及通用与专用装夹要点。

熟悉四轴、五轴加工在复杂型面（叶轮、模具）及普通结构件中的典型应用。课后作业1

典型零件与机床匹配列举3种五轴加工典型零件（如叶轮、箱体等），并说明每种零件最适配的机床类型。2

加工方式场景差异简述“五轴定向加工”与“五轴联动加工”在工艺特点及适用场景上的主要差异。汇报人：讲师团队|

联系方式：teaching@探索多轴数控加工技术的核心原理与应用场景Smart

Manufacturing

Technology主讲教师：

授课对象：

课程三维目标明确课程学习达成要求，构建多维能力体系知识目标认知多轴机床及其结构特点理解多轴加工工艺特点及装夹要点掌握数控刀具系统及选刀原则了解多轴数控加工工艺文件能力目标能根据零件特征选择相匹配的多轴机床类型能准确识读多轴加工工序卡与刀具卡素质目标培养严谨认真细致的工作作风提升团队协作与沟通交流能力增强民族自豪感与认同感，激发爱国热情机械加工工艺过程基本单元1工序(Operation)工艺基本单元工人在一个地点连续完成的工艺片段，是组成工艺过程的基本单元。2安装(Setup)尽量减少次数工件一次装夹后完成的工序部分，多次装夹会增加误差。3工位(Station)一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部分一起占据的每一个加工位置。4工步(Working

Step)在加工表面和刀具不变的情况下，连续完成的那一部分工序内容。5走刀(Pass)在一个工步内，若切削余量较大，需分多次切削，每一次切削称为一次走刀。工序>安装>工位>工步>走刀工艺规程与工艺文件介绍工艺规程定义工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法的工艺文件。它是将合理的工艺过程确定下来，并按规定的形式和要求形成的指导性文件，是生产组织和技术准备的重要依据。常见工艺文件类型机械加工工艺过程卡片说明零件加工工艺路线的综合性文件机械加工工序卡片详细说明某一工序加工要求的指导文件工序简卡简明扼要的工序说明，常用于单件小批生产数控刀具相关文件包括数控刀具卡片、刀具明细表等机械加工工艺过程卡片工艺文件核心：过程卡片机械加工工艺过程卡片是以工序为单位，简要说明零件加工工艺路线的工艺文件。它明确了工序的安排、各工序的加工内容、所使用的设备及工艺装备、时间定额等，是生产计划调度和劳动组织的重要依据。单位名称机械加工工艺过程卡片产品型号CA6140XX精密机械厂零件图号831004产品名称零件名称材料牌号毛坯种类毛坯尺寸每台件数车床法兰盘HT200铸件φ100×501工序号工序名称工序内容车间设备工艺装备工时夹具刀具量具单件准终05铸造铸造毛坯，清砂，去毛刺铸造//////10时效人工时效处理，消除内应力热处理时效炉专用具/测温仪//15涂漆非加工表面涂防锈漆表面////51020车削粗车外圆φ100及端面，留余量2mm金工CA6140三爪卡盘外圆刀游标卡尺152025车削精车外圆φ100至尺寸，保证公差IT7金工CA6140三爪卡盘外圆刀千分尺2015编制张三审核李四批准王五机械加工工序卡片（制造工厂名称）产品型号：

GS-200i

产品名称减速器壳体零件名称机械加工工序卡片上盖

零件图号JS-05-02材料牌号HT200车间数控加工中心工序号

020工步号工步内容主轴转速n(r/min)进给速度f(mm/min)背吃刀量ap(mm)刀具名称/规格量具1粗铣上平面，留余量0.5mm8003002.0Φ63面铣刀游标卡尺2精铣上平面至尺寸200±0.112001500.5Φ63面铣刀深度尺3钻4-Φ10通孔1000100-Φ10麻花钻塞规800120-90°倒角刀目测4 孔口倒角C1更改文件号:

编制:张工审核:李工批准:王总日期:2023.10.15200±0.1工序简卡示例1-托盘零件加工零件基础信息产品名称托盘材料/尺寸铝合金2A12(Φ80×55)加工设备双摆台五轴GS-200i/5a工序名称侧表面及槽孔加工(工序3)夹具拉杆螺钉图示：托盘零件三维模型渲染工步详细参数表表1-3托盘零件加工工序卡工步工步内容刀具规格转速(r/min)进给(mm/min)切深(mm)1铣六表面（定向）Ф16端铣刀50004006.02铣前侧面方槽（定向）Ф10铣刀60005003.03钻螺纹底孔Ф3.3钻头800015010.04倒角90°倒角刀60002000.55攻螺纹M4丝锥5003508.0量具要求：游标卡尺、深度尺、通止规注意：攻螺纹转速需严格控制工序简卡示例2-棘轮槽加工表1-4棘轮槽加工工序卡详情工序号:2|工位:1工步工步内容刀具规格转速(r/min)进给(mm/min)切深(mm)1粗铣Φ80棘轮槽上平面合金立铣刀Φ12×30×75480025001.02精铣Φ80棘轮槽上平面合金立铣刀Φ12×35×75480015000.23粗加工4×10开放槽、4×R30台阶面合金立铣刀Φ8×15×65720025000.5面4

精加工4×10开放槽、4×R30台阶面底

合金立铣刀Φ8×20×65800018000.25

精加工4×10开放槽、4×R30台阶面侧

合金立铣刀Φ8×20×65

8000

1200

0.2(Ae)面6钻孔麻花钻Φ10×50×851000100-7倒角90°倒角刀Φ10×5×7560001800-量具要求：游标卡尺、深度尺、R规、百分表切削速度(Vc)均已按公式换算基础加工信息设备名称&型号五轴铣加工中心

GS-200i/5a毛坯材料&尺寸铝合金2A12Φ80×55mm工装夹具三爪自定心卡盘棘轮零件加工示意加工中心常用标准刀柄TSG整体式工具系统代号含义1.锥柄类型如：MAS403BT2.锥柄号如：40号(尺寸规格)3.前部结构如：ER弹簧夹头4.工作长度如：100mm示例解读：代号表示自动换刀机床通用7:24圆锥工具柄，锥柄为40号，前部为ER弹簧夹头（最大夹持Φ32mm），工作长度为100mm。JT/BT自动换刀刀柄区别JT型(DIN69871)德国标准非对称设计：两键槽与主轴轴心间距不对称，物理防错。单向安装：只能以特定方向装入主轴，避免定向刀具安装出错。BT型(MAS

403)日本标准对称设计：两键槽相对于轴心完全对称布局。双向安装：可任意旋转180度安装，使用更灵活，但需注意定向。数控刀具分类-按结构分类整体结构刀具刃部和刀柄制成一体，无分离连接结构。材质通常为高速钢或硬质合金。主要应用于小直径铣刀（如立铣刀）和钻头，具有整体刚性好、制造方便的特点。硬质合金焊接式刀具通过钎焊方式将硬质合金刀片固定在钢制刀体上。结构简单紧凑，但因存在焊接应力且不可换刃，在现代数控加工中已逐渐被机夹式刀具取代。套式结构刀具主要用于大直径刀具（如大直径面铣刀）。刀体做成套筒状，通过键槽和螺钉安装在机床心轴上。刀刃与刀柄分离设计，节省贵重材料，便于更换。机夹可转位刀片刀具利用机械夹固元件将标准硬质合金刀片压紧在刀体上。刀片磨损后可直接转位使用新刃口或更换，无需重新对刀，是数控加工的主流选择。数控刀具分类-按加工特征1面铣刀(Face

Milling

Cutter)核心特征以圆周刃为主切削刃，端面刃主要起修光作用。刚性好，切削效率高，适合大平面加工。齿距分类疏齿：容屑空间大，适合重切削/粗加工密齿：通用性强，适合大多数场景超密齿：适合铸铁加工及高速切削立铣刀(EndMill)核心特征圆柱面和端面均有切削刃。数控加工中最常用，可加工平面、台阶、沟槽及轮廓。长度系列短系列刚性最好，高精度标准系列通用性最强长系列深腔/深槽加工特长系列特殊深孔加工数控刀具分类-按加工特征2模具铣刀主要用于模具型腔及复杂曲面的加工。类型丰富：包含圆锥形立铣刀、球头立铣刀等多种形态。核心优势：球头设计能平滑过渡曲面，减少加工痕迹。键槽铣刀专用于加工轴类零件上的键槽或封闭槽。结构特点：通常只有两个刀齿，排屑空间大。独特功能：端面切削刃延伸至中心，可直接垂直下刀。成型铣刀刀刃轮廓根据工件特定形状设计，专刀专用。典型应用：渐开线齿轮、燕尾槽、T型槽等。效率优势：一次走刀即可成型，保证形状一致性。数控刀具分类-按加工特征3钻头(Drills)直柄麻花钻：用于加工较小的孔。莫氏锥柄钻头：用于加工较大的孔，刚性更好。长钻头：专门用于深孔加工。铰刀(Reamers)主要用于中小孔的精加工。通过微量切削修正孔的形状和尺寸误差，加工精度可达IT7~IT9

级，表面质量高。镗刀(Boring

Tools)主要用于大中型孔的半精加工和精加工。可校正孔轴线偏斜，适用于加工中心上的高精度孔系加工。刀具选用原则1-3匹配工件特征依据加工表面形态选刀：大平面选用面铣刀，凹槽选用立铣刀，曲面选用模具铣刀，封闭键槽选用键槽铣刀。平面铣削要求推荐选用可转位硬质合金刀片铣刀。为保证切削效率与稳定性，刀具直径推荐为工件宽度的1.2~1.5倍。高速钢立铣刀应用主要用于加工凸台和凹槽。加工时应注意避免直接切削毛坯表面的硬化层，以防止刀具过早磨损。面铣刀加工平面示意刀具直径与工件宽度的关系：刀具选用原则4-64.刀片槽形选择L形(Light):

轻型加工，切削力小。

M形(Medium):

中度切削，通用性强。

H形(Heavy):

重载加工，刃口强。E形(Extra):

精铣加工，高光洁。5.高精度凹槽加工刀具直径选择必须选用直径小于槽宽的立铣刀，预留补偿空间。半径补偿技术利用数控系统G41/G42半径补偿功能，精确控制槽宽尺寸。6.数控钻孔要求中心钻引正钻孔前必须先钻中心孔，防止长钻头接触工件时发生偏斜或折断。深孔循环排屑深孔加工应采用固定循环程序（如G83），通过啄钻方式利于排屑和冷却。刀片槽形分类与刀具卡片示例图例参考数控刀具卡片表1-5数控刀具卡片编号:NC-TOOL-2023-001零件图号:

WD-9901刀具名称:

立铣刀使用设备:

XH713A刀具编号:

T02换刀方式:

自动程序编号:

O0012序号编号刀具名称规格数量备注1vfd.17550×4拉钉BT40-60°1-2GB1106-85刀柄BT40×ER32-701-3-筒夹ER32-161-4-硬质合金立铣刀φ16×40×901-编制:审核:批准:共1页/第1页注：刀具组成包括拉钉、刀柄、筒夹及具体刀具实体。T02号刀具为本工序关键精加工刀具，需确认规格无误。数控刀具明细表与工序刀具卡零件图号WD-9901零件名称座架材料20#使用设备XH713A表1-6数控刀具明细表刀号刀具名称刀具直径(mm)刀具长度刀补地址换刀方式加工部位实