五轴联动数控技术介绍

★新手★

五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位，特别是对于航天、航空、军事工业的重要影响，西方工业发达国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许口证制度，20世纪末日本东芝公司因将五轴联动数控技术和设备转让前苏联而遭到美国的制裁，引发了一场轩然大波。

       数控机床向复合化方向发展的目标就是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面的加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动。近年来国际机床业出现了一个新概念——万能加工，它要求数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。

       当然现在五轴联动数控技术在发展和推广时也遇到了一定的困难，包括：

( w5 X: ~3 H3 P  ^7 y2 A——编程抽象、操作困难。
        五轴数控机床结构形式多样，在某一五轴数控机床上编制的NC代码不能适用于所有类型的五轴机床。此外数控编程除了直线运动之外，还要协调旋转运动的相关计算，计算量大，编程复杂。
——刀具半径补偿困难。
/ Z5 C- A( S' A# B4 n5 y5 x. t——机床投资费用昂贵。除了机床本身的投资之外，还必须得对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行升级，使之适应五轴加工的要求。

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　　机床是一个国家制造业水平的象征。而代表机床制造业最高境界的是五轴联动数控机床系统，从某种意义上说，反映了一个国家的工业发展水平状况。长期以来，以美国为首的西方工业发达国家，一直把五轴联动数控机床系统作为重要的战略物资，实行出口许可证制度。特别是冷战时期，对中国、前苏联等社会主义阵营实行封锁禁运。爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间蝶船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。由此可见，五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。 现在，大家普遍认为，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。所以，每当人们在设计、研制复杂曲面遇到无法解决的难题时，往往转向求助五轴数控系统。由于五轴联动数控机床系统价格十分昂贵，加之NC程序制作较难，使五轴系统难以“平民”化应用。但近年来，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）系统取得了突破性发展，珊星公司等中国多家数控企业，纷纷推出五轴联动数控机床系统，打破了外国的技术封锁，占领了这一战略性产业的至高点，大大降低了其应用成本，从而使中国装备制造业迎来了一个崭新的时代！以信息技术为代表的现代科学的发展对装备制造业注入了强劲的动力，同时也对它提出更强要求，更加突出了机械装备制造业作为高新技术产业化载体在推动整个社会技术进步和产业升级中无可替代的基础作用。作为国民经济增长和技术升级的原动力，以五轴联动为标志的机械装备制造业将伴随着高新技术和新兴产业的发展而共同进步。
　　加工中心一般分为立式加工中心和卧式加工中心，立式加工中心（三轴）最有效的加工面仅为工件的顶面，卧式加工中心借助回转工作台，也只能完成工件的四面加工。目前高档的加工中心正朝着五轴控制的方向发展，五轴联动加工中心有高效率、高精度的特点，工件一次装夹就可完成五面体的加工。如配置上五轴联动的高档数控系统，还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工，更能够适宜象汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。（本期介绍立式五轴加工中心）立式五轴加工中心这类加工中心的回转轴有两种方式，一种是工作台回转轴。设置在床身上的工作台可以环绕X轴回转，定义为A轴，A轴一般工作范围+30度至-120度。工作台的中间还设有一个回转台，在图示的位置上环绕Z轴回转，定义为C轴，C轴都是360度回转。这样通过A轴与C轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。A轴和C轴最小分度值一般为0.001度，这样又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。A轴和C轴如与XYZ三直线轴实现联动，就可加工出复杂的空间曲面，当然这需要高档的数控系统、伺服系统以及软件的支持。这种设置方式的优点是主轴的结构比较简单，主轴刚性非常好，制造成本比较低。但一般工作台不能设计太大，承重也较小，特别是当A轴回转大于等于90度时，工件切削时会对工作台带来很大的承载力 矩。 另一种是依靠立式主轴头的回转。主轴前端是一个回转头，能自行环绕Z轴360度，成为C轴，回转头上还有带可环绕X轴旋转的A轴，一般可达±90度以上，实现上述同样的功能。这种设置方式的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计的非常大，客机庞大的机身、巨大的发动机壳都可以在这类加工中心上加工。这种设计还有一大优点：我们在使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线垂直于加工面时，由于球面铣刀的顶点线速度为零，顶点切出的工件表面质量会很差，采用主轴回转的设计，令主轴相对工件转过一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证有一定的线速度，可提高表面加工质量。这种结构非常受模具高精度曲面加工的欢迎，这是工作台回转式加工中心难以做到的。为了达到回转的高精度，高档的回转轴还配置了圆光栅尺反馈，分度精度都在几秒以内，当然这类主轴的回转结构比较复杂，制造成本也较高。

langhuan05

牛头不对马嘴，再加分再好，你也不应该跑到这儿来，五轴算是新技术，但我认为放在数控加工比较好，斑竹应该起表率作用

新洁电子

楼主提到的讨论主题如下：
( o; g2 {, r) N0 J——编程抽象、操作困难。
# V  W9 l, K* F+ u2 @  |" W——刀具半径补偿困难。
——机床投资费用昂贵。
我已将主题改为讨论主题，如果大家对此有什么看法，尽管提出了。
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$ {8 D, F4 T9 I+ q% v' S, y[ 本帖最后由 新洁电子 于 2007-6-23 09:10 编辑 ]

hbh0606

我本人也认为“五轴联动数控技术“是属于新技术的范畴，因为普通数控只有三轴联动；本人还听说过“六轴联动数控机床“，但不知是不是真的，如果是真的，那么机械加工应该没有很大的问题了。good 确实能帮我们机械工程师解决很多的难题!

gaorenfei3000

我们华中数控已经做出7轴5联动的机床了，上了中央电视台的！

enil

如果说03年以前五轴联动技术仍掌握在外国人手里,而且对国内严格限制出口.但现在已经不是这种情况了,国内的五轴联动技术已经掌握了..

phg68

五轴联动现在确实开始走下神坛了，国内已有多家企业开始试制，个人认为转到数控版更合适

yanfubin

五轴联动机床是个好动西啊。谢谢楼主。