全球第一台六轴加工中心，已经实现消除极点问题

德国兹默曼Zimmermann公司通过龙门铣床FZ100和3轴铣头M3 ABC成功地实现了6轴加工。尽管已经推出六年多了，现在看起来依然霸气！

▉ 全球首台六轴加工铣床，消除极点问题

FZ 100龙门铣床及其三轴铣头M3 ABC，兹默曼公司籍此实现了六轴加工理念。新型铣头在进行五轴联动、大切削量加工铝合金、合成材料、模型材料以及HSC高速加工钢件、铸铁材料方面显示了传统两轴叉形铣头无可比拟的优势，而极点问题对于加工的限制则得到了彻底地解决。

配备A、C轴的传统叉形铣头所固有的缺点是，在A轴处于零点时将产生极点，此时C轴处于无效状态，主轴在垂直时无法被摆动。在极点附近即使是最微小的角度调整都会导致C轴大幅度的旋转，这对生产效率和加工质量将产生极大的影响。同时配备传统铣头的机器也无法进行几何精度补偿。

新型三轴铣头M3 ABC的优点在于，兹默曼公司负责研发铣头的子公司Gimbal公司总裁Ruediger Schrott介绍到，“ 在加工典型的锥形盒状工件，例如飞机的框架组件时，B轴的引入将大大地减少加工时间。同样在加工任何其它外型的工件时，使用M3 ABC铣头进行联动加工都会使生产效率大幅度提高。因为3轴铣头完全避免了传统AC铣头在A = 0°时产生的极点问题。因此在模具生产中可以实现最理想的联动加工并达到极高的加工品质。同样飞机制造领域也可享受到这一成果，一般来说AC轴足以加工框架组件，但是引进B轴可以很大程度地提高设备的灵活性，这样使用者就再不需要更换铣头或者将工件固定到其他设备上进行后续加工。”

新型铣头的优点在现场的试切中得到了充分的显示：在FZ100工作台上固定了飞机制造领域最常见铝合金框架工件 – 长2,50m，宽1m，厚100mm，在加工3° 到5°工件侧壁的时候，切削速度得到了明显的提高。M3 ABC铣头在加工盒件的拐角处时仍能保持恒定的进给，与此相对应，AC铣头在这一位置则几乎处于停止状态 – 这样刀具的磨损也减少到了最小。通过3轴之间的协调，M3 ABC的轴向摆动实现最小化 – 节省大量的时间，每一轮加工C轴类似芭蕾舞的回转将完全消失。

▉ 六轴编程

那么，怎样进行六轴编程？因为这一定比五轴编程复杂得多。对于这样的问题兹默曼公司负责研发铣头的子公司Gimbal公司总裁Ruediger Schrott介绍到合作伙伴Sescoi公司：“WorkNC的研发者Sescoi公司接手了这一问题并设计出便捷得另人惊讶的解决方案。Kegelmann Technik 的操作人员已经通过WorkNC的新功能设计出了六轴加工程序。”

为了充分地发挥新机型的优势，将C轴的补偿运动减至最低，可以进行预见性编程，位于德国Neu-Isenburg的Sescoi 公司销售主管Werner Moeller解释到：“我们的CAM/CAD系统WorkNC以其便捷的操作著名。和三轴与五轴加工一样，我们专门研发出一套新的算法，使用者只需要通过少量的按键就可以生成无碰撞的六轴联动程序。”

这套软件中编入了智能程序，可以避免C轴产生的极点问题。同时它可以自行演算，在何处加工需要对A、B轴进行摆动，何处需要对C轴进行转动。此外它还可以自动预测铣头的位置，以避免产生碰撞。Werner Moeller特别提到：“和五轴加工的Auto5功能相应，我们研发出了Auto6功能。通过这个功能，操作者仅需按一个键就可以实现三轴程序和六轴联动程序之间的转换。唯一的前提就是，使用正确的设备，即FZ 100。”

▉ VSC立体补偿

为了使六轴加工更为有效，西门子公司也为此研发了立体补偿系统 – VSC。西门子Value Added Services部门的Jochen Bretschneider博士对于配备三轴铣头的FZ100非常振奋：“通过引进新的旋转轴我们第一次可以实现一种新的补偿，这不仅是对刀尖空间误差的补偿，还是对于刀具取向的补偿。而这是叉形铣头在碰到极点问题时不可能解决的。”

专为数控系统Sinumerik 840D sl选配的VCS的可以进一步提高设备的精准性。每一台机器在进给轴的导向系统上均会产生一定量的系统几何误差，其在每条直线轴上的表现为线性定位误差、水平和垂直方向的直线度误差，而在旋转轴方向则表现为翻转、侧倾和摆头。此外各方向之间关联的直角度也会产生误差。仅三轴机器就有21个几何误差，这些误差最终将叠加到刀具的顶端。而传统的五轴设备则因为增加了旋转轴而产生更大几何误差。

通过整合于数控系统的VCS可以对设备整个工作空间的误差进行补偿，因此上述误差无论是在三轴、五轴还是现在的六轴设备中都可以显著地降低。此外必须首先对设备进行空间立体测量，这方面西门子公司可以提供协助，正如Jochen Bretschneider博士所说：“如果客户需要，我们可以推荐Sinumerik方案合作伙伴，他们可以提供激光测量服务。当然设备测量也可以通过我们的方案合作伙伴以外的机构提供。Kegelmann Technik公司则选择了Etalon公司提供的测量服务，他们为此还设计出了Laser-Tracer测量工具。在半天之内就测出了误差曲线并自动转换成可为Sinumerik读取的VCS数据存储于数控系统内。