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CAM软件：5轴 PK 3轴

http://cn.newmaker.com 2/8/2009 10:38:00 AM 现代制造

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对于制造商而言，仅有先进的加工设备是不够的，要想获得好的工件加工质量，还需要有相应的软件配合来实现加工者的意图。随着加工设备的更新换代，相应的软件升级或是新版本的研发也是势在必行的。因此随着5轴加工中心的出现，5轴（3+2轴）加工设计软件也应运而生。但是不可否认，现在市场使用最广泛的仍旧是3轴加工，于是本期对话我们将围绕软件领域3轴与5轴加工的相关话题展开。

3轴5轴各具特色

PTC电子高科技技术顾问陈盛聪：目前，一些高档的5轴联动数控系统都可以完成一些非常复杂的空间曲面的高精度加工，从应用的技术层面上来讲这是有很大差别的。3轴软件和5轴软件有相同点，也有不同点。3轴软件现在已经非常成熟了，它将朝着更加自动化、智能化、傻瓜化的方向发展。同时，3轴软件对编程人员的要求越来越低，只需要拥有适当的一些加工和编程经验就可以轻松的实现编程，3轴软件已经从以前的一个神秘的高台上“走”了下来，成为了一种加工现场的软件。

而对于5轴软件来说，目前还是比较复杂的，能够很好掌握5轴软件的人才非常少，并且这些编程人员都需要拥有丰富的编程和加工经验。此外，5轴的加工中心有许多非常复杂的配合和组合，对于加工软件而言，必须要与机床进行配合，其中包含许多定制的功能，而且5轴软件的后置处理也非常复杂。由于5轴机床面对的加工对象非常复杂，因此许多软件厂商纷纷推出了一些针对不同加工领域的专门的软件，我们称之为“加工专家”，如加工涡轮、风叶等。

3轴件和5轴软件的相同之处在于，两者都是向着更加人性化的方向发展。虽然5轴软件很复杂，但是通过努力，在未来我们也可能会实现运用简单的指令来编制完美的5轴加工程序。

CAXA制造线产品经理谢小星：对于CAM来讲，3轴与5轴技术差别主要在轨迹算法及后置处理上。5轴CAM除需要处理X、Y、Z三个直线轴外，还需要处理A、B、C三个旋转轴中的任意两轴，显然5轴加工的算法比3轴加工算法的难度要大很多。

后置处理需要针对不同结构的5轴机床进行分别开发，如即使都为5轴的德马吉机床，如果5个轴的结构不同，像2个旋转轴分别是工作台旋转还是动力头作摆轴，其后置都会有差异。各轴方式的排列组合，让5轴后置变得复杂化。这就是5轴后置处理属于CAM软件开发中最难的原因之一。当然为了解决这个问题，目前有一部分数控操作系统，直接采用更高的处理器，内置摆轴位置计算算法，让CAM软件直接生成3D点坐标加空间矢量的通用后置即可在机床上执行，如西门子840D就直接支持这种方式，大大简化了CAM软件的后置复杂性。

5轴加工的优势不仅在于能够将原来采用3轴加工根本无法加工的复杂曲面加工出来，如增压器叶轮、飞机发动机叶片、潜艇螺旋桨等；而且还能够减少以前3轴加工中零件装卡工位转换次数，降低因操作工多次对刀带来的人为因素影响，从整体上提高加工精度，降低操作工的劳动强度，同时也提升了加工效率。3轴加工的优势就省下了成本。

吴晓光：3轴与5轴的技术差别体现在以下三个方面：

（1）5轴加工软件需提供更高效、稳定、高品质的刀路计算方法。5轴联动被广泛应于汽车、工具、模具、机械和航空航天等领域，如航空叶轮、叶片和结构件的铣削。现在很多机床和控制器都可以适应5轴铣削的要求，然而在软件方面多采取定位加工方式（3+2），需要进行繁杂的优化。

（2）5轴加工软件需提供完全可靠的刀路避让技术。

（3）5轴加工软件后置处理程序完全不同于3轴软件。后置处理很重要，因为它是连接CAM系统与机床的纽带，后置开发的优劣，直接影响机床效率的发挥。传统的3轴后置处理程序，大多数程编员都可独立完成。而5轴加工后置处理程序，则需要专业的软件工程师进行开发定制。

3轴加工与5轴加工各有优势，要根据不同产品和工艺来制定加工方案。例如不复杂的产品加工，3轴加工会效率高，而3轴加工设备成本低，对程编员的水平要求不高，软件易学易用等。而5轴加工更适合高附加值、复杂产品的加工，它可以完成各种复杂曲面加工，解决一次装夹等问题，如叶轮、叶片等产品。

SolidCAM中国业务发展经理卢顺杰：3轴软件在我们现有的行业中得到了广泛的应用，随着制造业对数控加工的深入和需求的提高，5轴加工也得到了越来越多的应用，3轴加工和5轴加工最大的区别是：3轴加工不用考虑机床，而5轴加工由于机床种类多，差别大，需要CAM 软件考虑机床、控制系统等因素。 5轴加工由于刀具相对于工件进行倾斜，所以在CAM 软件中刀轴的定义方式尤为重要，丰富的刀轴控制可以帮助使用者更加灵活、快捷的达到理想的加工方式。由于刀轴相对于工件倾斜这也要求CAM 软件能有更加丰富的干涉检查功能，并且干涉检查要和机床结合起来，进行全方位的模拟仿真。当然定制化的后置处理在5轴加工中更为重要，他直接决定产生代码的正确性和安全性。

胡志林：3轴与5轴的编程难度差别很大。3轴软件编程主要考虑的是：刀具选择、设置安全平面、进退刀点选择、曲面留量、刀路路径和机床参数等，生成的代码最多是3轴联动。5轴软件在编程时不但要考虑这些，还要考虑刀轴方向控制、干涉检查和路径连刀问题，生成的代码可以是5轴联动，有很多软件有一个专门的界面用来设置刀轴方向、干涉检查和路径连刀。这些设置的好坏将影响零件加工的质量、效率和安全性。此外，3轴和5轴的后置处理改写难度有很大不同：5轴不但要考虑3轴机床后置的所有问题，还要设置机床参数等问题。例如，要在后置编辑器里要设置机床类型（如Table-Table机床）、主轴和附属轴、轴的摆角范围，以及轴是否有硬限位等。有的机床后置改写，如海德汉系统的还要为机床输出联动代码（m128）和定位加工代码（WORKING PLANE）命令。改写5轴后置的难度较大，一般是5轴软件的供应商的技术工程师才能完成。

行业决定比例

陈盛聪：关于3轴和5轴软件所占比例的问题，根据应用行业的不同，5轴软件的占有率也有所不同。3轴和5轴各司其职，目前3轴对固有零件的加工还是长期存在的，但是5轴的比例会越来越高。在航空航天、军工和高精度医疗器械行业中，5轴的应用比例比较大，而在模具行业5轴的比例就相对较低，一般在高精密模具、汽车模具和钟表模具中有少量应用。

谢小星：目前市场上使用最多的还是3轴加工软件，就CAXA公司而言，3轴和5轴的比例大约为300:1，这是由于CAM软件与数控机床是密不可分的，目前市场上5轴数控机床的比例决定了CAM软件的比例。

CAXA CAM软件包含制造工程师、数控车和线切割3个系列产品。CAXA制造工程师是针对2~5轴的数控加工CAM软件，其中2轴加工为基本配置，3轴加工和多轴加工（4、5轴加工）为模块配置。多样化的加工方式可以安排从粗加工、半精加工到精加工的加工工艺路线。4轴到5轴加工方式则包含了曲线加工、4轴平切面、5轴等参数线、5轴侧铣、5轴定向、5轴G01钻孔和5轴转4轴轨迹等多种加工方法。从CAXA的CAM软件群就可以看出5轴部分仅是CAXA的CAM软件中的一个子集。

5轴加工被应用在航空航天、造船等军工行业已经多年，尤其在潜艇用螺旋桨、飞机发动机叶轮等这些必须使用5轴加工的领域制造方面发挥了巨大的作用。现在，5轴加工因为能从整体上提高零部件的加工精度、缩短加工周期、降低劳动强度，因而已经逐渐被应用到以前3轴加工的领域，这部分应用领域从广义上讲也是“只能使用5轴加工的领域”，因为它是市场使然的结果。

实现轻松升级

陈盛聪：关于软件升级的问题也正是我们与客户交流时强调的很重要的一点，企业在选择软件时必须要考虑到软件的可扩展性，因为企业需要发展，产品需要更新。目前，在主流的CAM软件里，大部分都拥有3轴和5轴的功能，但现实情况是大部分5轴功能都没有使用。我们看到的大部分企业的情况是，在以前购买软件时企业并没有考虑到升级的问题，只是单纯考虑了软件使用的方便性，等到企业够买了5轴机床后不得不进行软件的第二次选型。选择PTC的解决方案不要担心：从产品设计到模具设计到加工（2~5轴），都有相应的强大的功能模块，而且不需要考虑数据转档的问题。

3轴CAM软件的后置处理都比较简单，5轴相对来说更加复杂。5轴软件的后置处理一般都需要专门定制，我们可以根据不同的机床定制不同的后置处理器，十分简单。现在的技术都是相辅相成的，机床本身都有一些特殊的功能，这需要在编程之后软件能够支持这些功能。一般来讲，软件厂商会根据硬件厂商的要求调整软件功能。

谢小星：许多加工企业都会根据自身发展状况进行设备的更新换代，是更新3轴加工中心？还是增添新5轴加工中心替换原来3轴加工中心？这些问题需要根据企业的实际情况，如企业的资金、加工产品的特点、企业市场需要的效率等多种因素来决定。如果企业采用5轴机床替代现有的3轴加工中心，在软件方面理论上是可以由3轴升级到5轴，这和企业所购买的软件品牌、版本有很大关系。

CAXA制造工程师V2008本身支持用户从2、3轴升级到5轴。除此之外，CAXA还允许用户从制造工程师的更低版本进行升级，如由制造工程师V2006 3轴直升制造工程师V2008的5轴。这一切升级都连带后置一并进行，因此用户在升级过程中不用顾虑后置问题。

OPEN MIND中国北方区域销售经理吴晓光：就目前而言，许多企业的3轴软件升级到5轴软件，不是很适合企业本身发展需求的。因为5轴加工设备是需要专业的5轴软件支持的。以前企业在考虑购买软件时，是根据当时特定的情况下，购买3轴加工设备使用的3轴软件。而德国OPEN MIND公司的hyperMILL产品，是真正意义上的5轴CAM产品，它除了5轴模具、钟表等常规产品加工的模组外，还有一些专用的模组，如针对汽车发动机气门的从粗加工到精加工的完整解决方案的弯管模组；叶片（含叶盘）、叶轮（含闭式叶轮）等航空航天专用模组；轮胎专用模组；假牙专用模组等，应用领域涉及了各行各业。

卢顺杰：越来越多的企业开始购买5轴加工设备，而作为我们SolidCAM软件，由于提供的是模块化的解决方案，能够根据用户设备的更新，追加5轴模块，后置处理也可以增加定制，满足新老设备的需求。

3轴仍将占据主导地位

陈盛聪：总之，在目前一段时间内3轴软件还是不会被5轴所取代的。因为对于模具等大部分行业而言，所加工的多数零件使用3轴机床就可以得到满足了。

谢小星：就像2D CAD在很长一个时间段内无法被3D CAD取代一样，3轴加工软件在相当长的一个时期内不会完全被5轴取代。和CAD发展不一样的是，CAM的发展是由数控机床的发展决定的。如果5轴机床的发展非常迅速，完全取代了3轴机床，那单纯的3轴加工软件就走到头了，虽然这个情况估计在10年内很难发生。但5轴仍然是未来发展的趋势，这一点是毋庸置疑的，就像数码影像取代传统胶片影像一样，趋势不会变，剩下的是时间问题。

卢顺杰：虽然5轴设备和软件应用越来越广泛，也是未来发展的方向，在相当长时间内3轴设备和软件还将占据主导地位，这主要是由于大部分的零件3轴设备和软件就能满足当前的需求，当然现在更多的软件厂商都已经拥有了5轴加工模块或正在研发，两者可以说是并行和相辅相成的发展。

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