五軸聯動數控機床

裝備製造業是一國工業之基石，它為新技術、新產品的開發和現代工業生產提供重要的手段，是不可或缺的戰略性產業。即使是發達工業化國家，也無不高度重視。隨著我國國民經濟迅速發展和國防建設的 需要，對高檔的數控機床提出了迫切的大量需求。機床是一個國家製造業水平的象徵。而代表機床製造業最高境界的是五軸聯動數控機床系統，從某種意義上說，它反映了一個國家的工業發展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業發達國家，一直把五軸聯動數控機床系統作為重要的戰略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰時期，對中國、前蘇聯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幾台五軸聯動的數控銑床，結果讓前蘇聯用於製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聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰略物資禁運政策，要懲處東芝公司。

有搖籃式、立式、卧式、NC工作台+NC分度頭、NC工作台+90°B軸、NC工作台+45°B軸、NC工作台+ A軸、二軸NC 主軸等。

(1)雙擺頭形式（+A ,+C）

(2)俯垂型擺頭式（+B ,+C 刀具）

(3)雙轉檯形式(NC工作台)

(4)俯垂型工作台式（+B ,+CNC工作台）

(5)一擺一轉形式（+A ,NC工作台）

五軸聯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。若配以五軸聯動的高檔數控系統，還可以對複雜的空間曲面進行高精度加工，更能夠適應像汽車零部件、飛機結構件等現代模具的加工。立式五軸加工中心的迴轉軸有兩種方式，一種是工作台迴轉軸，設置在床身上的工作台可以環繞X軸迴轉，定義為A軸，A軸一般工作範圍+30度至-120度。工作台的中間還設有一個迴轉台，在圖示的位置上環繞Z軸迴轉，定義為C軸，C軸都是360度迴轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作台上的工件除了底面之 外，其餘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三直線軸實現聯動，就可加工出複雜的空間曲面，當然這需要高檔的數控系統、伺服系統以及軟體的支持。這種設置方式的優點是主軸的結構比較簡單，主軸剛性非常好，製造成本比較低。但一般工作台不能設計太大，承重也較小，特別是當A軸迴轉大於等於90度時，工件切削時會對工作台帶來很大的承載力矩。另一種是依靠立式主軸頭的迴轉。主軸前端是一個迴轉頭，能自行環繞Z軸360度，成為C軸，迴轉頭上還有帶可環繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上，實現上述同樣的功能。這種設置方式的優點是主軸加工非常靈活，工作台也可以設計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設計還有一大優點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直於加工面時，由於球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質量會很差，採用主軸迴轉的設計，令主軸相對工件轉過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作台迴轉式加工中心難以做到的。為了達到迴轉的高精度，高檔的迴轉軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內，當然這類主軸的迴轉結構比較複雜，製造成本也較高。

國外五軸聯動數控機床是為適應多面體和曲面零件加工而出現的。隨著機床複合化技術的新發展，在數控車床的基礎上，又很快生產出了能進行銑削加工的車銑中心。五軸聯動數控機床的加工效率相當於兩台三軸機床，有時甚至可以完全省去某些大型自動化生產線的投資，大大節約了佔地空間和工作在不同製造單元之間的 周轉運輸時間及費用。市場的需求推動了我國五軸聯動數控機床的發展，CIMT99 展覽會上國產五軸聯動數控機床第一次登上機床市場的舞台。自江蘇多棱數控機床股份有限公司展出第一台五軸聯動龍門加工中心以來，北京機電研究院、北京第一機床廠、桂林機床股份有限公司、濟南二機床集團有限公司等企業也相繼開發出五軸聯動數控機床。

當前，國產五軸聯動數控機床在品種上已經擁有立式、卧式、龍門式和落地式的加工中心，適應不同大小尺寸的雜零件加工，加上五軸聯動銑床和大型鏜銑床以及車銑中心等的開發，基本涵蓋了國內市場的需求。精度上，北京機床研究所的高精度加工中心、寧江機械集團股份有限公司的NJ25HMC40 卧式加工中心和交大昆機科技股份有限公司的TH61160 卧式鏜銑加工中心都具有較高的精度，可與發達國家的產品相媲美。在產品市場銷售上，江蘇多棱、濟南二機床、北京機電研究院、寧江機床、桂林機床、北京一機床等企業的產品已獲得國內市場的認同。

2013年7月31日上午由大連科德製造的高精度五軸立式機床，啟運出口德國。工信部裝備司副司長王衛明表示：“這一高檔數控機床銷往西方發達國家，是中國機床製造行業的重要里程碑。”

大家普遍認為，五軸聯動 數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。它是 一種科技含量高、精密度高專門用於加工複雜曲面的機床，該機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業有著舉足輕重的影 響力。

五軸聯動機床的使用，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。採用五軸技術加工 模具可以減少夾具的使用數量。另外，由於五軸聯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。採用五軸聯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量，使模具加工變得更加 容易，並且使模具修改變得容易。在傳統的模具加工中，一般用立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著模具製造技術的不斷發展，立式加工中心本身的一些弱點 表現得越來越明顯。現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、五軸聯動機床加工技術加工模具，可以克服上述不足。

1、首先是採用直線電機驅動技術。經過十幾年的發展，直線電機技術已經非常成熟。直線電機剛開發出來易受干擾和產熱量大的問題已經得到解 決，而直線電機的定位技術，既在高速移動中快速停止，也有部分機床廠家採用阻尼技術給予解決。直線電機的優點是直線驅動、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性，加速度可超過2g。採用直線電機驅動還具有可靠性高、免維護等特點。

2、其次是採用雙驅動技術。對於較寬工作台或龍門架型式，如果採用中間驅動，實際無法保證驅動力在中心，容易造成傾斜，使得動態性能較差。使用雙驅動，雙光柵尺，一個驅動模塊，就能使動態性能非常完美。一個驅動指令，雙驅同時工作，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，五軸聯動機床技術的發展還遠遠不止這些，許多技術在德馬吉的機床產品中都將會體現出來。