介紹

五軸聯(lián)動是數(shù)控術(shù)語，聯(lián)動是數(shù)控機床的軸按一定的速度同時到達某一個設(shè)定的點，五軸聯(lián)動是五個軸都可以。五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機床，這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。裝備制造業(yè)是一國工業(yè)之基石，它為新技術(shù)、新產(chǎn)品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。即使是發(fā)達工業(yè)化國家，也無不高度重視。

發(fā)展背景

隨著我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設(shè)的需要，對高檔的數(shù)控機床提出了急迫的大量需求。機床是一個國家制造業(yè)水平的象征。而代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達國家，一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時期，對中國、前蘇聯(lián)等社會主義陣營實行封鎖禁運。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”：上世紀末，日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進螺旋槳，上了幾個檔次，使美國間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運政策，要懲處東芝公司。

種類

五軸聯(lián)動機床有立式、臥式和搖籃式二軸NC工作臺，NC工作臺NC分度頭，NC工作臺90軸，NC工作臺45B軸，NC工作臺A軸，二軸NC主軸 等類型。上述六大類共7種五軸聯(lián)動方式都有各自的特點，無法說哪一種形式更好，只能說你的產(chǎn)品適合哪種類型的五軸加工。

(1)五坐標聯(lián)動雙轉(zhuǎn)臺機床

(A)旋轉(zhuǎn)坐標有足夠的行程范圍，工藝性能好．

(B)由于受結(jié)構(gòu)的限制，擺動坐標的剛性較低，成為整個機床剛性的薄弱環(huán)節(jié)．而雙轉(zhuǎn)臺機床，轉(zhuǎn)臺的剛性大大高于擺頭的剛性，從而提高了機床總體剛性.

(C)便于發(fā)展成為加工中心．只需加裝獨立式刀庫及換刀機械手即可但雙轉(zhuǎn)臺機床轉(zhuǎn)臺坐標驅(qū)動功率較大，坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系較復(fù)雜；

(2)五坐標聯(lián)動雙擺頭機床

雙擺頭機床擺動坐標驅(qū)動功率較小，工件裝卸方便且坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系簡單

(3)五坐標聯(lián)動一擺頭一轉(zhuǎn)臺機床

一擺頭一轉(zhuǎn)臺式機床性能則介于上述兩者之間

特點

1、可有效避免刀具干涉

2、對于直紋面類零件，可采用側(cè)銑方式一刀成型

3、對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面，可用大直徑端銑刀端面貼近表面進行加工

4、可一次裝卡對工件上的多個空間表面進行多面、多工序加工

5、五軸加工時，刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)。零件表面上的誤差分布均勻

6、在某些加工場合，可采用較大尺寸的刀具避開干涉進行加工

點接觸式

應(yīng)用最廣的五軸加工型式

所謂點接觸式加工是指加工過程中以點接觸成型的加工方式，如球形銑刀加工、球形砂輪磨削等．這種加工方式的主要特點是；球形表面法矢指向全空間，加工時對曲面法矢有自適應(yīng)能力，與線、面接觸式加工相比較，其編程較簡單、計算量較小，并且只要使刀具半徑小于曲面最小曲率半徑就可避免干涉．因而它適合任意曲面的加工．但由于是點接觸成型，在切削點處切創(chuàng)速度趨近于零，因而切削條件差，加工精度和效率低．

面接觸式

所謂面接觸式加工是指以面接觸成型的加工方式，如端面銑削(磨削)加工．這種加工方式的主要特點是：由于切削點有較高的切削速度，周期進給量大，因而它具有較高的加工效率和精度．但由于受成型方式和刀具形狀的影響，它主要適合于中凸曲率變化較平坦的曲面的加工．

線接觸式

五坐標聯(lián)動數(shù)控加工當前和今后研究的重點

所謂線接觸式加工是指加工過程中以線接觸成型的加工方式，如圓柱周銑、圓錐周銑、樟形窿削及砂帶磨削等．這種加工方式的特點是：由于切削點處切削速度較高，因而可獲得較高的加工精度，同時，由于是線接觸成型，因而具有較高的加工效率，已發(fā)展到對任意曲面線接觸加工的研究。

五軸聯(lián)動機床的使用，讓工件的裝夾變得容易。加工時無需特殊夾具，降低了夾具的成本，避免了多次裝夾，提高模具加工精度。采用五軸技術(shù)加工模具可以減少夾具的使用數(shù)量。另外，由于五軸聯(lián)動機床可在加工中省去許多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動機床在加工中能增加刀具的有效切削刃長度，減小切削力，提高刀具使用壽命，降低成本。

采用五軸聯(lián)動機床加工模具可以很快的完成模具加工，交貨快，更好的保證模具的加工質(zhì)量，使模具加工變得更加容易，并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點表現(xiàn)得越來越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來加工，球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯，但是如果用立式加工中心的話，其底面的線速度為零，這樣底面的光潔度就很差，如果使用四、五軸聯(lián)動機床加工技術(shù)加工模具，可以克服上述不足。

發(fā)展趨勢

當前國外五軸聯(lián)動機床一歐美、日本為代表，這些國家的五軸聯(lián)動數(shù)控機床代表了當今五軸聯(lián)動數(shù)控機床發(fā)展的最高水平。國外著名的機床廠五軸聯(lián)動數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展重點可以歸結(jié)為：高速、高精度、環(huán)保、智能、復(fù)合化。力矩電機在國外作為回轉(zhuǎn)坐標驅(qū)動裝置的廣泛使用，使得國外機床進給機構(gòu)實現(xiàn)了高速、低損耗、高精度、高效率的目標。

首先是采用直線電機驅(qū)動技術(shù)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，直線電機技術(shù)已經(jīng)非常成熟。直線電機剛開發(fā)出來易受干擾和產(chǎn)熱量大的問題已經(jīng)得到解決，而直線電機的定位技術(shù)，既在高速移動中快速停止，也有部分機床廠家采用阻尼技術(shù)給予解決。直線電機的優(yōu)點是直線驅(qū)動、無傳動鏈、無磨損、無反向間隙，所以能達到最佳的定位精度。直線電機具有較高的動態(tài)性，加速度可超過2g。采用直線電機驅(qū)動還具有可靠性高、免維護等特點。

其次是采用雙驅(qū)動技術(shù)。對于較寬工作臺或龍門架型式，如果采用中間驅(qū)動，實際無法保證驅(qū)動力在中心，容易造成傾斜，使得動態(tài)性能較差。使用雙驅(qū)動，雙光柵尺，一個驅(qū)動模塊，就能使動態(tài)性能非常完美。一個驅(qū)動指令，雙驅(qū)同時工作，光柵尺來檢測兩點是否平衡，如果不平衡則通過不同指令使其達到平衡。當然，五軸聯(lián)動機床技術(shù)的發(fā)展還遠遠不止這些，許多技術(shù)在德馬吉的機床產(chǎn)品中都將會體現(xiàn)出來。

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戰(zhàn)略意義

由于五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)價格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)難以“平民”化應(yīng)用。隨著計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)取得了突破性發(fā)展，珊星公司等中國多家數(shù)控企業(yè)，紛紛推出五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，打破了外國的技術(shù)封鎖，占領(lǐng)了這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的至高點，大大降低了其應(yīng)用成本，從而使中國裝備制造業(yè)迎來了一個嶄新的時代！以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展對裝備制造業(yè)注入了強勁的動力，同時也對它提出更強要求，更加突出了機械裝備制造業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化載體在推動整個社會技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級中無可替代的基礎(chǔ)作用。作為國民經(jīng)濟增長和技術(shù)升級的原動力，以五軸聯(lián)動為標志的機械裝備制造業(yè)將伴隨著高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而共同進步。中國不僅要做世界制造的大國，更要做世界制造強國！預(yù)計在不久的將來，隨著五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)的普及推廣，必將為中國成為世界最強國奠定堅實的基礎(chǔ)！

價值

加工中心

加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心，立式加工中心（三軸）最有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)工作臺，也只能完成工件的四面加工。目高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展，五軸聯(lián)動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復(fù)雜的空間曲面進行高精度加工，更能夠適宜象汽車零部件、飛機結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。（本期介紹立式五軸加工中心）立式五軸加工中心這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉(zhuǎn)，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺的中間還設(shè)有一個回轉(zhuǎn)臺，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉(zhuǎn)，定義為C軸，C軸都是360度回轉(zhuǎn)。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實現(xiàn)聯(lián)動，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。這種設(shè)置方式的優(yōu)點是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設(shè)計太大，承重也較小，特別是當A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力 矩。 另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。主軸前端是一個回轉(zhuǎn)頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉(zhuǎn)頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)的A軸，一般可達±90度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設(shè)計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發(fā)動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計還有一大優(yōu)點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當?shù)毒咧行木€垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質(zhì)量會很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計，令主軸相對工件轉(zhuǎn)過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達到回轉(zhuǎn)的高精度，高檔的回轉(zhuǎn)軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內(nèi)，當然這類主軸的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本也較高。