從五軸CNC機械加工看五軸數控纏繞機

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在數控加工領域，5軸聯動的CNC加工中心，是現階段高端加工設備之一。
那么在數控加工領域，為什么需要5軸聯動？

先看下面的圖，這是3軸聯動的示意圖：

這個圖中我們可以看到，理想狀態下，數控加工中心只需要刀具在X、Y、Z三個坐標上運動，就可以遍歷三維空間內的所有坐標，完成加工要求。

如果工件型腔很深并有很窄的部位，使用純粹的三軸刀具路徑來完成整個精加工是不夠的。在這種情況下，差的表面質量和較長的加工時間隨之而來。
圖中顯示三軸刀具的路徑，最短的刀具都長度必須很長，以期在垂直的方向能夠加工到工件的所有區域。

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刀具越長，最終加工誤差就越大。為了實現高精度加工，需要盡量采用短刀具加工。
采用較短的刀具時，主軸應傾斜，以保證工件的特殊區域也能被加工到。
這時，需要在主軸上再引入兩個軸，以實現主軸的任意角度傾斜。

下圖所示的就是3+2加工的示意：


3+2軸加工通常被是設置一個對主軸的常量角度。復雜工件可能要求許多個傾斜視圖以覆蓋整個工件，但這樣會導致刀具路徑重疊，從而增加加工時間。
另外，所有的傾斜視圖也很難準確結合，因而手工打磨的工作量會增加，同時還極大地增多了進出動作，常常導致表面質量問題和更多的刀具運動。
在這種方式下編程會產生相互干涉而且很費時，，編程會產生相互干涉而且很費時，所有視圖的總和也常常不能覆蓋整個幾何形狀。
圖中示范了四個工件視圖，但工件中心仍有一個區域未能覆蓋到，這個區域仍需要一個額外的傾斜視圖。

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為了克服3+2軸加工的缺點，五軸聯動加工可能是一個更好的選擇。

五軸聯動加工能協調三個直線軸和兩個旋轉軸使它們同時動作，解決了三軸和3+2軸加工的所有問題，刀具可以非常短，不會產生視圖重疊現象，遺漏加工區域的可能性更小，加工可以連續進行而無須額外的導入導出。

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如同數控加工一樣，纖維纏繞任意回轉體時，只需要三軸（主軸旋轉、小車直線移動、導絲頭伸臂）就可以遍歷回轉體三維空間內的每一個坐標。那么為什么還要開發四軸和五軸纏繞機來應用于纏繞回轉體呢？
這里我們先介紹兩個概念：
落紗點：落紗點是指單根纖維纏繞到芯模上時，與芯模表面接觸的那個點。
落紗線：落紗線是指一束纖維纏繞到芯模上時，由每根纖維的落紗點連成的一條空間曲線。
在某些特殊情況下，如兩軸纏繞機纏繞管道時，落紗線是一條直線。但是，在大多數普遍情況下，落紗線都是一條空間曲線。
我國現已公布的纏繞規律，無論是教科書還是專著，都只討論了單根纖維纏繞時的落紗點的軌跡坐標。已公布的4軸纏繞規律（1996年，上海大學學報，《微機控制纖維纏繞機四坐標數學模型的研究》），對于擺角A坐標的推導基于的是“纖維與繞絲嘴滑絲杠交點處張力的合力與滑絲杠垂直，以防止纖維在繞絲嘴滑絲杠上的滑動導致的不規則滑線”，其本質與三軸半纏繞機一致，只是控制更為穩定。
據報道，我國現有纏繞機，最大聯動軸數只有用于回轉體纏繞的4軸聯動（主軸A，小車X，伸臂Y，擺頭A）和用于非回轉體纏繞的5軸聯動（主軸A，小車X，伸臂Y，升降Z，擺頭A），而未見有國外所報道具有“拐臂”機構的5軸聯動回轉體纏繞機。
結合國外報道的具有“拐臂”機構的5軸聯動回轉體纏繞機分析，既然對于回轉體而言，3軸已能完成所有主坐標運動，第4軸和第5軸的主要作用就應該是展紗。而展紗算法的依據自然應該是”使落紗線鋪展更均勻“。以此為依據設計纏繞算法，才能最大的發揮第4軸和第5軸的功能；否則，最多也只相當于CNC加工領域3+2的階段。
設計數控纏繞機，算法應該是靈魂之所在。多軸不是難點，多軸聯動才是難點。多軸聯動不是目的，多軸聯動更好的纏繞制品才是目的。要不然，難道買一套西門子的840D，配8個電機，管它動不動，管他動了有沒有聯動，管他聯動了對纏繞有沒有用，就是8軸纏繞機了？

且聽風吟

哈哈，受教。

神仙姐姐

好貼！

hhqrhh

有啟發。減少吐絲嘴和落紗點的距離是提高纏繞精度的有效手段之一。
當紗線較寬，各線空間包絡軌跡不一致，理論和實際的偏差巨大，解決他們的問題是多軸纏繞機的發展方向。

biyebo

個人感覺五軸CNC加工模具是以后復合材料模具發展的大方向，手工制造木模的時代已經在悄然淡去（當然滅絕也不可能）。