从五轴CNC机械加工看五轴数控缠绕机

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在数控加工领域，5轴联动的CNC加工中心，是现阶段高端加工设备之一。
那么在数控加工领域，为什么需要5轴联动？

先看下面的图，这是3轴联动的示意图：

这个图中我们可以看到，理想状态下，数控加工中心只需要刀具在X、Y、Z三个坐标上运动，就可以遍历三维空间内的所有坐标，完成加工要求。

如果工件型腔很深并有很窄的部位，使用纯粹的三轴刀具路径来完成整个精加工是不够的。在这种情况下，差的表面质量和较长的加工时间随之而来。
图中显示三轴刀具的路径，最短的刀具都长度必须很长，以期在垂直的方向能够加工到工件的所有区域。

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刀具越长，最终加工误差就越大。为了实现高精度加工，需要尽量采用短刀具加工。
采用较短的刀具时，主轴应倾斜，以保证工件的特殊区域也能被加工到。
这时，需要在主轴上再引入两个轴，以实现主轴的任意角度倾斜。

下图所示的就是3+2加工的示意：


3+2轴加工通常被是设置一个对主轴的常量角度。复杂工件可能要求许多个倾斜视图以覆盖整个工件，但这样会导致刀具路径重叠，从而增加加工时间。
另外，所有的倾斜视图也很难准确结合，因而手工打磨的工作量会增加，同时还极大地增多了进出动作，常常导致表面质量问题和更多的刀具运动。
在这种方式下编程会产生相互干涉而且很费时，，编程会产生相互干涉而且很费时，所有视图的总和也常常不能覆盖整个几何形状。
图中示范了四个工件视图，但工件中心仍有一个区域未能覆盖到，这个区域仍需要一个额外的倾斜视图。

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为了克服3+2轴加工的缺点，五轴联动加工可能是一个更好的选择。

五轴联动加工能协调三个直线轴和两个旋转轴使它们同时动作，解决了三轴和3+2轴加工的所有问题，刀具可以非常短，不会产生视图重叠现象，遗漏加工区域的可能性更小，加工可以连续进行而无须额外的导入导出。

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如同数控加工一样，纤维缠绕任意回转体时，只需要三轴（主轴旋转、小车直线移动、导丝头伸臂）就可以遍历回转体三维空间内的每一个坐标。那么为什么还要开发四轴和五轴缠绕机来应用于缠绕回转体呢？
这里我们先介绍两个概念：
落纱点：落纱点是指单根纤维缠绕到芯模上时，与芯模表面接触的那个点。
落纱线：落纱线是指一束纤维缠绕到芯模上时，由每根纤维的落纱点连成的一条空间曲线。
在某些特殊情况下，如两轴缠绕机缠绕管道时，落纱线是一条直线。但是，在大多数普遍情况下，落纱线都是一条空间曲线。
我国现已公布的缠绕规律，无论是教科书还是专著，都只讨论了单根纤维缠绕时的落纱点的轨迹坐标。已公布的4轴缠绕规律（1996年，上海大学学报，《微机控制纤维缠绕机四坐标数学模型的研究》），对于摆角A坐标的推导基于的是“纤维与绕丝嘴滑丝杠交点处张力的合力与滑丝杠垂直，以防止纤维在绕丝嘴滑丝杠上的滑动导致的不规则滑线”，其本质与三轴半缠绕机一致，只是控制更为稳定。
据报道，我国现有缠绕机，最大联动轴数只有用于回转体缠绕的4轴联动（主轴A，小车X，伸臂Y，摆头A）和用于非回转体缠绕的5轴联动（主轴A，小车X，伸臂Y，升降Z，摆头A），而未见有国外所报道具有“拐臂”机构的5轴联动回转体缠绕机。
结合国外报道的具有“拐臂”机构的5轴联动回转体缠绕机分析，既然对于回转体而言，3轴已能完成所有主坐标运动，第4轴和第5轴的主要作用就应该是展纱。而展纱算法的依据自然应该是”使落纱线铺展更均匀“。以此为依据设计缠绕算法，才能最大的发挥第4轴和第5轴的功能；否则，最多也只相当于CNC加工领域3+2的阶段。
设计数控缠绕机，算法应该是灵魂之所在。多轴不是难点，多轴联动才是难点。多轴联动不是目的，多轴联动更好的缠绕制品才是目的。要不然，难道买一套西门子的840D，配8个电机，管它动不动，管他动了有没有联动，管他联动了对缠绕有没有用，就是8轴缠绕机了？

且听风吟

哈哈，受教。

神仙姐姐

好贴！

hhqrhh

有启发。减少吐丝嘴和落纱点的距离是提高缠绕精度的有效手段之一。
当纱线较宽，各线空间包络轨迹不一致，理论和实际的偏差巨大，解决他们的问题是多轴缠绕机的发展方向。

biyebo

个人感觉五轴CNC加工模具是以后复合材料模具发展的大方向，手工制造木模的时代已经在悄然淡去（当然灭绝也不可能）。