試論五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床作用及發(fā)展

盛建鐘 邵玲

摘要：長期以來，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)一直被國外壟斷，我國只能依賴有限的進(jìn)口，滿足不了國內(nèi)該行業(yè)de發(fā)展需求。近十年以來，在國內(nèi)各界的共同支持下，我國的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)有了很大的提高，本文主要闡述了我國五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的現(xiàn)狀，介紹了其在加工業(yè)中的優(yōu)勢和重要性，分析了數(shù)控車床在先進(jìn)制造技術(shù)中的作用及數(shù)控車床主要功能，最后展望了一下我國五聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床;數(shù)控機(jī)床;創(chuàng)新發(fā)展

1.五軸聯(lián)動(dòng)概述

五軸加工是指在一臺機(jī)床上至少有五個(gè)坐標(biāo)軸（三個(gè)直線坐標(biāo)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)），而且可在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的控制下同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工。

五軸聯(lián)動(dòng)是數(shù)控術(shù)語，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)雜曲的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對一個(gè)國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(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(dá)工業(yè)化國家，也無不高度重視。

2.我國五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀

和國外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的研究水平相比，我國的整體水平偏低，主要是因?yàn)閲鴥?nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱，同時(shí)國外又封鎖了同類產(chǎn)品的技術(shù)。這種差距主要是體現(xiàn)在無法自主研發(fā)核心功能，即使研發(fā)出來了也遠(yuǎn)不及國外的同類產(chǎn)品，除此之外就是機(jī)床整體的穩(wěn)定性、精度等與國外同類產(chǎn)品差距較大。近些年以來，越來越多的政府部門、相關(guān)企業(yè)以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)校認(rèn)識到了國內(nèi)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀，于是我國的五軸數(shù)控機(jī)床技術(shù)在國內(nèi)各界的大力支持下有了發(fā)展的契機(jī)，從當(dāng)初的技術(shù)青澀慢慢地形成了較為成熟的產(chǎn)品，獲得了喜人的成績。

早在2007年的第十屆中國國際機(jī)床展覽會(huì)上就展出了許多高科技的數(shù)控機(jī)床，從展會(huì)上我們明顯可以看得出我國五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床不僅有各種品牌力量的支撐，在技術(shù)方面也有所突破，如今的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床已經(jīng)是一個(gè)有著自主知識產(chǎn)權(quán)的、比較成熟的一項(xiàng)技術(shù)。另外一個(gè)案例便是沈陽的機(jī)床展，這次展覽的重點(diǎn)在于展示VMC25100u五軸立式加工中心和GMC1230u五軸龍門高速加工中心，這是一種適合于航空工業(yè)鐵合金和鋁合金機(jī)框加工的主軸A、B軸擺動(dòng)的機(jī)床，這種技術(shù)的研發(fā)可以說是我國五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重大突破，因?yàn)殚L期以來這種產(chǎn)品的核心技術(shù)一直都在國外。而我國只能靠進(jìn)口來滿足國內(nèi)的需求，并且進(jìn)口的數(shù)量還受到國外的限制，這兩種加工中心技術(shù)的研發(fā)結(jié)束了我國長期依賴進(jìn)口，并受到壓制的局面。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的今天，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床同樣也研制發(fā)了新的技術(shù)成果，比較突出的就是濟(jì)南二機(jī)床研發(fā)制造的“雙龍門大扭矩機(jī)械主軸五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備”，該技術(shù)設(shè)備榮獲了2010年11月16～17日召開的首屆全國機(jī)械工業(yè)科技大會(huì)中的“中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。這項(xiàng)技術(shù)的偉大在于他敢于突破創(chuàng)新，并把國外壟斷五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的這一現(xiàn)狀徹底打破了，同時(shí)解決了國家發(fā)電行業(yè)急需大型水輪機(jī)葉片加工設(shè)備的難題。

雖然我國近些年加緊了對五軸數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研究腳步，并且取得了一定的成果，但不能因此沾沾自喜、放松了研發(fā)的進(jìn)程，只有時(shí)刻提醒自身與國外同類產(chǎn)品存在很大差距、不斷創(chuàng)新、堅(jiān)持走自主研發(fā)的道路，才能更加快速有效的提高國內(nèi)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)。并且，我們也相信擁有豐富的人力資源與物質(zhì)資源的我國一定會(huì)帶動(dòng)我國高檔機(jī)床技術(shù)的又一次飛躍。

3.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床的大腦就是數(shù)控系統(tǒng)，?數(shù)控系統(tǒng)的性能和功能與機(jī)床本身的設(shè)計(jì)和制造品質(zhì)一起影響著數(shù)控機(jī)床的性能和功能，在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床中也是這樣的。就目前階段而言，數(shù)控系統(tǒng)起碼應(yīng)有以下基本要素：a多通道、多軸聯(lián)動(dòng)（至少五軸以上）;b具有刀具的空間補(bǔ)償及優(yōu)化功能;c具有全閉環(huán)或者是雙閉環(huán)進(jìn)行控制的能力;d其插補(bǔ)周期應(yīng)該小于0.5ms;e其前瞻功能的控制能力大于1000程序段;f其在數(shù)據(jù)運(yùn)算與交換上滿足單位小于1nm。

4.五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢

本文在上述介紹了國內(nèi)外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的研究現(xiàn)狀，所有的發(fā)展必須立足于現(xiàn)實(shí)，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床也是如此，通過分析當(dāng)前的研究狀況我們可以清楚的認(rèn)識到它的發(fā)展趨勢，主要是高效率、高可靠性、高精度、復(fù)合化、智能化以及綠色化六個(gè)方面。下面本文就著重對高效率、高可靠性和高精度進(jìn)行分析。

4.1高速、高效率

高速甚至超高速機(jī)床是歐美日等國越來越熱衷的研究對象，只為適應(yīng)有著高效率、低成本、高質(zhì)量要求的現(xiàn)代化加工工業(yè)。并且隨著加工制造業(yè)的發(fā)展，高速機(jī)床的應(yīng)用范圍越來越廣，所以為了適應(yīng)市場以及現(xiàn)代化工業(yè)的要求，具有高速、高效率的數(shù)控機(jī)床一定是未來首要的發(fā)展方向。

4.2高可靠性

加工表面比較復(fù)雜是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的一個(gè)特點(diǎn)，這種情況下機(jī)床就容易出現(xiàn)故障，而行業(yè)內(nèi)對于機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)要求則是平均無故障時(shí)間在20000h以上，同時(shí)還要設(shè)立多種報(bào)警和防護(hù)措施，防止故障造成不必要的損失。調(diào)查顯示國外目前平均無故障時(shí)間可以達(dá)到30000h。

4.3高精度

機(jī)床加工精度在CAM系統(tǒng)的幫助下，和之前相比已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。目前市場上有一款超精密加工機(jī)床，它的加工精度精確到0.001μm，是由日本FANUC公司設(shè)計(jì)的，這款機(jī)床的特別之處在于裝置了往復(fù)運(yùn)動(dòng)單元，能夠超精密微細(xì)加工凹槽。

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p;從而需要盡快的停止生產(chǎn)，以免工業(yè)故障的進(jìn)一步擴(kuò)大。

5.結(jié)束語

隨著社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)的生產(chǎn)效率及收益的要求也變得越來越高，PLC?自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛。所以PLC?控制系統(tǒng)也需要不斷向標(biāo)準(zhǔn)化、智能化以及高速化的方向發(fā)展，這樣才能使得PLC?系統(tǒng)的功能越來越完善，同時(shí)系統(tǒng)的操作方式也變得方便簡單，控制系統(tǒng)的可靠性也會(huì)變高。

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