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摘 要：五轴联动数控机床是为适应多面体和曲面零件加工而出现的。随着机床复合化技术的新发展，五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约了占地空间和工作在不同制造单元之间的周转运输时间及费用。市场的需求推动了我国五轴联动数控机床的发展，作者结合自己的工作经验，将该国内五轴机床的发展及运用与大家一起探讨和研究。
关键词：数控；五轴；成果
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：2095-2627（2017）14-0073-01
数控机床是实现先进制造技术和装备现代化的基石，是保证高技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。随着工业化的发展，五轴联动数控机床被认为是航空航天、船舶、精密仪器、发电等行业加工关键部件的最重要加工工具。作为难度最大、应用范圍最广的数控机床技术，五轴联动数控机床在加工方面有着其不可替代的优点。五轴联动数控机床之所以重要，在于它能够加工具有复杂曲面的机械配件，特别在解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、大型柴油机曲轴等方面具有独特的优势。
现代化的数控机床首先是由美国、日本、德国等发达国家开发研制的。因此，从目前情况看，进口的技术含量相对要比国产的好一些，但是国内部分企业研发的产品质量也在逐步赶上来。
1 五轴数控机床国内现状
近年来，我国的工业经济总体增长较快，但产品档次不够、国际竞争力不足。当前，在国内经济发展中存在以下现象，高档的产品非进口即由进口的机械设备生产。而那些高精度机械设备除进口外，还有可能通过再上游的进口装备机械生产。即每个生产环节，进口的总比国产的要高一个档次。以手机为例，虽然部分国产手机质量超过进口产品，但机壳大多由进口模具生产。而最高精度的模具又须借助高端进口数控加工中心生产。整个制造业长期依赖进口设备，导致恶性循环。因此，中国要在制造业方面赶上或超过发达国家，在大力发展本国数控、模具产业基础上，要积极推广应用高档数控装备，包括适当进口国外先进的数控加工中心。因为高档数控机床、模具处于制造产业链的最前端。而模具产品质量的高低，很大程度上也是受制于数控加工设备。从目前情况看，进口的技术含量相对要比国产的好一些，但是国内部分企业研发的产品质量也在逐步赶上来。要在适当引进外国先进技术和设备的基础上，注意消化吸收，稳步地发展本国的高端数控产业。人类历史任何一种科学技术的进步，都是站在巨人的肩膀上发展的，可以大力借鉴国外先进的经验，发展属于自己的技术。
当前，国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的杂零件加工，加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得国内市场的认同。
2 五轴技术在国内的发展
“十五”期间，中国五轴数控机床在发展上取得了一定的成果，主要可归结为几点①取得了一些原创性的成果。有齐齐哈尔二机床集团联合清华大学、哈尔滨电机厂有限公司研制的XNZD2415大型龙门式五柚联动混联机床在我国并联五轴联动数控机床方面取得了一个重要的突破。②对五轴数控机床的技术创新取得了突破。例如齐齐哈尔二机床自主研制的髙速五轴数控铣床，通过技术的引进消化，掌握了铣头内油雾冷却、横梁预应力反变形控制等关键技术，并利用谐波传动原理，开发出4/C摆角铣头，满足了大型水泵叶片曲面加工的精度要求；沈阳机床集团通过与国外联合设计，攻克了动力驱动单元、大直径大通孔的高速强力主轴、刀架、热平衡、精度补偿等多项关键技术，高性能车铣复合机床刀库和机械手换刀装置完全具有自主知识产权。主轴最高转速为70000 r/min，可满足形状复杂的大型回转体零件如飞机发动机主轴、起落架、船用发动机活 塞等的高速高效加工；北京机电院髙技术股份公司为东方汽轮机厂研制出五轴叶片加工中心系列产品，在对大 型叶片加工工艺研究的基础上，给出了最佳刀心距的求解方法，设计出了回转轴的新型消除间隙机构和机构平衡系统，首创提出自由组合弹簧，使得平衡效果提高。③功能部件研究开发步伐加快。北京机床研究所开发的电主轴和分离传动式高速主轴单元，以及洛阳轴承研究所研制的多种内装式电主轴单元，使我国在髙速 主轴单元技术上日趋成熟；清华大学在直线伺服电动机 研究上取得重要的成果，其研发的高响应直线电机和髙推力直线电机伺服系统具有所用专用电源稳定可靠的优点。在控制系统、构建高推力永磁直线交流电机全数字伺服驱动控制的软硬件平台、伺服控制方面也取得了很大的突破；通过自主创新以及与国内外的技术合作， 目前国内已经有多家机床生产企业掌握了4/C轴复合摆角铣头的设计制造技术，开发出不同结构的五轴联动数控机床，北京机电院高技术股份有限公司还开发了 力矩电机直接驱动的4/C轴复合摆角铣头。④由力矩电机直接驱动的数控转台和刀库研制成功。⑤通过对HSK工具系统的研究分析，开发了 UJS—HSK工具系统的专家知识系统，建立了 HSK工具系统综合实验性能数据库，开发出HSK刀柄技术及相关产品，并使开发的 HSK工具系统达到了同类进口技术产品的技术水平。
尽管我国在五轴数控机床技术上已经取得了一定的成果，但是我们必须看到我们和国外同类产品的差距，只有坚持走自主研发，不断创新的道路，我国五轴数控机床技术才能得到真正的提高。
3 五轴技术的应用
数控技术发展，特别是数控系统大容量存贮技术的解决，开放体系结构控制器的应用，快速处理器和运动控制，日益完善的人机接口软件以及工厂自动化设备支持通过网络的互联性，使5轴数控机床潜在生产能力能够被充分发挥；高速加工HSM技术，高速电主轴或复合主轴头技术的发展，有力推动了机床设计/制造技术的发展与创新，使5轴数控机床制造技术难度大大降低，造价也大幅度减少，一般制造企业已能接受；计算机软硬件技术快速发展和费用持续降低，使5轴联动和3轴联动控制系统价格已相差无几了；5轴联动CAM编程软件价格也已大幅度下降，使得许多制造企业可接受使用它；软件技术的进步，特别是仿真技术和虚拟NC加工等可视化技术的应用，用户掌握和应用5轴加工编程软件较以前也容易得多了。在企业，五轴技术主要用于①加工复杂空间曲面的产品零件②大型复杂结构件的高效率加工③复杂多面体带孔系结构件的高生产率加工④取代EMD加工⑤取代快速原型制造（RP）⑥个性化产品零件加工⑦组成柔性生产系统用于中/小批量产品的加工。
4 结束语：
尽管我国在五轴数控机床技术上已经取得了一定的成果，但是我们必须看到我们和国外同类产品的差距，只有走自主研发，不断创新的道路，我国五轴联动数控机床技术才能得到真正的提高，我们有理由相信国家重大专项的启动必然会带动我国髙档机床技术的又一次飞跃。
关键词：数控；五轴；成果
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：2095-2627（2017）14-0073-01
数控机床是实现先进制造技术和装备现代化的基石，是保证高技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。随着工业化的发展，五轴联动数控机床被认为是航空航天、船舶、精密仪器、发电等行业加工关键部件的最重要加工工具。作为难度最大、应用范圍最广的数控机床技术，五轴联动数控机床在加工方面有着其不可替代的优点。五轴联动数控机床之所以重要，在于它能够加工具有复杂曲面的机械配件，特别在解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、大型柴油机曲轴等方面具有独特的优势。
现代化的数控机床首先是由美国、日本、德国等发达国家开发研制的。因此，从目前情况看，进口的技术含量相对要比国产的好一些，但是国内部分企业研发的产品质量也在逐步赶上来。
1 五轴数控机床国内现状
近年来，我国的工业经济总体增长较快，但产品档次不够、国际竞争力不足。当前，在国内经济发展中存在以下现象，高档的产品非进口即由进口的机械设备生产。而那些高精度机械设备除进口外，还有可能通过再上游的进口装备机械生产。即每个生产环节，进口的总比国产的要高一个档次。以手机为例，虽然部分国产手机质量超过进口产品，但机壳大多由进口模具生产。而最高精度的模具又须借助高端进口数控加工中心生产。整个制造业长期依赖进口设备，导致恶性循环。因此，中国要在制造业方面赶上或超过发达国家，在大力发展本国数控、模具产业基础上，要积极推广应用高档数控装备，包括适当进口国外先进的数控加工中心。因为高档数控机床、模具处于制造产业链的最前端。而模具产品质量的高低，很大程度上也是受制于数控加工设备。从目前情况看，进口的技术含量相对要比国产的好一些，但是国内部分企业研发的产品质量也在逐步赶上来。要在适当引进外国先进技术和设备的基础上，注意消化吸收，稳步地发展本国的高端数控产业。人类历史任何一种科学技术的进步，都是站在巨人的肩膀上发展的，可以大力借鉴国外先进的经验，发展属于自己的技术。
当前，国产五轴联动数控机床在品种上已经拥有立式、卧式、龙门式和落地式的加工中心，适应不同大小尺寸的杂零件加工，加上五轴联动铣床和大型镗铣床以及车铣中心等的开发，基本涵盖了国内市场的需求。精度上，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品已获得国内市场的认同。
2 五轴技术在国内的发展
“十五”期间，中国五轴数控机床在发展上取得了一定的成果，主要可归结为几点①取得了一些原创性的成果。有齐齐哈尔二机床集团联合清华大学、哈尔滨电机厂有限公司研制的XNZD2415大型龙门式五柚联动混联机床在我国并联五轴联动数控机床方面取得了一个重要的突破。②对五轴数控机床的技术创新取得了突破。例如齐齐哈尔二机床自主研制的髙速五轴数控铣床，通过技术的引进消化，掌握了铣头内油雾冷却、横梁预应力反变形控制等关键技术，并利用谐波传动原理，开发出4/C摆角铣头，满足了大型水泵叶片曲面加工的精度要求；沈阳机床集团通过与国外联合设计，攻克了动力驱动单元、大直径大通孔的高速强力主轴、刀架、热平衡、精度补偿等多项关键技术，高性能车铣复合机床刀库和机械手换刀装置完全具有自主知识产权。主轴最高转速为70000 r/min，可满足形状复杂的大型回转体零件如飞机发动机主轴、起落架、船用发动机活 塞等的高速高效加工；北京机电院髙技术股份公司为东方汽轮机厂研制出五轴叶片加工中心系列产品，在对大 型叶片加工工艺研究的基础上，给出了最佳刀心距的求解方法，设计出了回转轴的新型消除间隙机构和机构平衡系统，首创提出自由组合弹簧，使得平衡效果提高。③功能部件研究开发步伐加快。北京机床研究所开发的电主轴和分离传动式高速主轴单元，以及洛阳轴承研究所研制的多种内装式电主轴单元，使我国在髙速 主轴单元技术上日趋成熟；清华大学在直线伺服电动机 研究上取得重要的成果，其研发的高响应直线电机和髙推力直线电机伺服系统具有所用专用电源稳定可靠的优点。在控制系统、构建高推力永磁直线交流电机全数字伺服驱动控制的软硬件平台、伺服控制方面也取得了很大的突破；通过自主创新以及与国内外的技术合作， 目前国内已经有多家机床生产企业掌握了4/C轴复合摆角铣头的设计制造技术，开发出不同结构的五轴联动数控机床，北京机电院高技术股份有限公司还开发了 力矩电机直接驱动的4/C轴复合摆角铣头。④由力矩电机直接驱动的数控转台和刀库研制成功。⑤通过对HSK工具系统的研究分析，开发了 UJS—HSK工具系统的专家知识系统，建立了 HSK工具系统综合实验性能数据库，开发出HSK刀柄技术及相关产品，并使开发的 HSK工具系统达到了同类进口技术产品的技术水平。
尽管我国在五轴数控机床技术上已经取得了一定的成果，但是我们必须看到我们和国外同类产品的差距，只有坚持走自主研发，不断创新的道路，我国五轴数控机床技术才能得到真正的提高。
3 五轴技术的应用
数控技术发展，特别是数控系统大容量存贮技术的解决，开放体系结构控制器的应用，快速处理器和运动控制，日益完善的人机接口软件以及工厂自动化设备支持通过网络的互联性，使5轴数控机床潜在生产能力能够被充分发挥；高速加工HSM技术，高速电主轴或复合主轴头技术的发展，有力推动了机床设计/制造技术的发展与创新，使5轴数控机床制造技术难度大大降低，造价也大幅度减少，一般制造企业已能接受；计算机软硬件技术快速发展和费用持续降低，使5轴联动和3轴联动控制系统价格已相差无几了；5轴联动CAM编程软件价格也已大幅度下降，使得许多制造企业可接受使用它；软件技术的进步，特别是仿真技术和虚拟NC加工等可视化技术的应用，用户掌握和应用5轴加工编程软件较以前也容易得多了。在企业，五轴技术主要用于①加工复杂空间曲面的产品零件②大型复杂结构件的高效率加工③复杂多面体带孔系结构件的高生产率加工④取代EMD加工⑤取代快速原型制造（RP）⑥个性化产品零件加工⑦组成柔性生产系统用于中/小批量产品的加工。
4 结束语：
尽管我国在五轴数控机床技术上已经取得了一定的成果，但是我们必须看到我们和国外同类产品的差距，只有走自主研发，不断创新的道路，我国五轴联动数控机床技术才能得到真正的提高，我们有理由相信国家重大专项的启动必然会带动我国髙档机床技术的又一次飞跃。