介紹

五軸聯(lián)動(dòng)是數(shù)控術(shù)語(yǔ)，聯(lián)動(dòng)是數(shù)控機(jī)床的軸按一定的速度同時(shí)到達(dá)某一個(gè)設(shè)定的點(diǎn)，五軸聯(lián)動(dòng)是五個(gè)軸都可以。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)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(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國(guó)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(guó)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(dá)工業(yè)化國(guó)家，也無(wú)不高度重視。

發(fā)展背景

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，對(duì)高檔的數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征。而代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，從某種意義上說(shuō)，反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長(zhǎng)期以來(lái)，以美國(guó)為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實(shí)行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時(shí)期，對(duì)中國(guó)、前蘇聯(lián)等社會(huì)主義陣營(yíng)實(shí)行封鎖禁運(yùn)。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”：上世紀(jì)末，日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進(jìn)螺旋槳，上了幾個(gè)檔次，使美國(guó)間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國(guó)以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運(yùn)政策，要懲處東芝公司。

種類

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

(1)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床

(A)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(dòng)坐標(biāo)的剛性較低，成為整個(gè)機(jī)床剛性的薄弱環(huán)節(jié)．而雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床，轉(zhuǎn)臺(tái)的剛性大大高于擺頭的剛性，從而提高了機(jī)床總體剛性.

(C)便于發(fā)展成為加工中心．只需加裝獨(dú)立式刀庫(kù)及換刀機(jī)械手即可但雙轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)功率較大，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系較復(fù)雜；

(2)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)雙擺頭機(jī)床

雙擺頭機(jī)床擺動(dòng)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)功率較小，工件裝卸方便且坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系簡(jiǎn)單

(3)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)一擺頭一轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床

一擺頭一轉(zhuǎn)臺(tái)式機(jī)床性能則介于上述兩者之間

特點(diǎn)

1、可有效避免刀具干涉

2、對(duì)于直紋面類零件，可采用側(cè)銑方式一刀成型

3、對(duì)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(jìn)行加工

4、可一次裝卡對(duì)工件上的多個(gè)空間表面進(jìn)行多面、多工序加工

5、五軸加工時(shí)，刀具相對(duì)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(chǎng)合，可采用較大尺寸的刀具避開干涉進(jìn)行加工

點(diǎn)接觸式

應(yīng)用最廣的五軸加工型式

所謂點(diǎn)接觸式加工是指加工過(guò)程中以點(diǎn)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(diǎn)是；球形表面法矢指向全空間，加工時(shí)對(duì)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(jiǎn)單、計(jì)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(diǎn)接觸成型，在切削點(diǎn)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(diǎn)是：由于切削點(diǎn)有較高的切削速度，周期進(jìn)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(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工當(dāng)前和今后研究的重點(diǎn)

所謂線接觸式加工是指加工過(guò)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(diǎn)是：由于切削點(diǎn)處切削速度較高，因而可獲得較高的加工精度，同時(shí)，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(duì)任意曲面線接觸加工的研究。

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的使用，讓工件的裝夾變得容易。加工時(shí)無(wú)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)床在加工中能增加刀具的有效切削刃長(zhǎng)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(dòng)機(jī)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(lái)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(diǎn)表現(xiàn)得越來(lái)越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來(lái)加工，球頭銑刀在模具加工中帶來(lái)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(dòng)機(jī)床加工技術(shù)加工模具，可以克服上述不足。

發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床一歐美、日本為代表，這些國(guó)家的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床代表了當(dāng)今五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的最高水平。國(guó)外著名的機(jī)床廠五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)可以歸結(jié)為：高速、高精度、環(huán)保、智能、復(fù)合化。力矩電機(jī)在國(guó)外作為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)裝置的廣泛使用，使得國(guó)外機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高速、低損耗、高精度、高效率的目標(biāo)。

首先是采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，直線電機(jī)技術(shù)已經(jīng)非常成熟。直線電機(jī)剛開發(fā)出來(lái)易受干擾和產(chǎn)熱量大的問(wèn)題已經(jīng)得到解決，而直線電機(jī)的定位技術(shù)，既在高速移動(dòng)中快速停止，也有部分機(jī)床廠家采用阻尼技術(shù)給予解決。直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是直線驅(qū)動(dòng)、無(wú)傳動(dòng)鏈、無(wú)磨損、無(wú)反向間隙，所以能達(dá)到最佳的定位精度。直線電機(jī)具有較高的動(dòng)態(tài)性，加速度可超過(guò)2g。采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)還具有可靠性高、免維護(hù)等特點(diǎn)。

其次是采用雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)。對(duì)于較寬工作臺(tái)或龍門架型式，如果采用中間驅(qū)動(dòng)，實(shí)際無(wú)法保證驅(qū)動(dòng)力在中心，容易造成傾斜，使得動(dòng)態(tài)性能較差。使用雙驅(qū)動(dòng)，雙光柵尺，一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，就能使動(dòng)態(tài)性能非常完美。一個(gè)驅(qū)動(dòng)指令，雙驅(qū)同時(shí)工作，光柵尺來(lái)檢測(cè)兩點(diǎn)是否平衡，如果不平衡則通過(guò)不同指令使其達(dá)到平衡。當(dāng)然，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床技術(shù)的發(fā)展還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，許多技術(shù)在德馬吉的機(jī)床產(chǎn)品中都將會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。

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戰(zhàn)略意義

由于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)價(jià)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)取得了突破性發(fā)展，珊星公司等中國(guó)多家數(shù)控企業(yè)，紛紛推出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，打破了外國(guó)的技術(shù)封鎖，占領(lǐng)了這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的至高點(diǎn)，大大降低了其應(yīng)用成本，從而使中國(guó)裝備制造業(yè)迎來(lái)了一個(gè)嶄新的時(shí)代！以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展對(duì)裝備制造業(yè)注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，同時(shí)也對(duì)它提出更強(qiáng)要求，更加突出了機(jī)械裝備制造業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化載體在推動(dòng)整個(gè)社會(huì)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)中無(wú)可替代的基礎(chǔ)作用。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和技術(shù)升級(jí)的原動(dòng)力，以五軸聯(lián)動(dòng)為標(biāo)志的機(jī)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(jìn)步。中國(guó)不僅要做世界制造的大國(guó)，更要做世界制造強(qiáng)國(guó)！預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，隨著五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的普及推廣，必將為中國(guó)成為世界最強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！

價(jià)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(tái)，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(dòng)加工中心有高效率、高精度的特點(diǎn)，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(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工，更能夠適宜象汽車零部件、飛機(jī)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(tái)回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的工作臺(tái)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(tái)的中間還設(shè)有一個(gè)回轉(zhuǎn)臺(tái)，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(guò)A軸與C軸的組合，固定在工作臺(tái)上的工件除了底面之外，其余的五個(gè)面都可以由立式主軸進(jìn)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(xì)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，就可加工出復(fù)雜的空間曲面，當(dāng)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(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺(tái)不能設(shè)計(jì)太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時(shí)，工件切削時(shí)會(huì)對(duì)工作臺(tái)帶來(lái)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(gè)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(dá)±90度以上，實(shí)現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，工作臺(tái)也可以設(shè)計(jì)的非常大，客機(jī)龐大的機(jī)身、巨大的發(fā)動(dòng)機(jī)殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn)：我們?cè)谑褂们蛎驺姷都庸で鏁r(shí)，當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時(shí)，由于球面銑刀的頂點(diǎn)線速度為零，頂點(diǎn)切出的工件表面質(zhì)量會(huì)很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，令主軸相對(duì)工件轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使球面銑刀避開頂點(diǎn)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(tái)回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達(dá)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(dāng)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。