五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床

　　簡(jiǎn)介

　　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，也無不高度重視。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)床提出了迫切的大量需求。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，它反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長(zhǎng)期以來，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。

　　分類

　　有搖籃式、立式、臥式、NC工作臺(tái)+NC分度頭、NC工作臺(tái)+90°B軸、NC工作臺(tái)+45°B軸、NC工作臺(tái)+A軸、二軸NC 主軸等。

　　加工中心

　　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。若配以五軸聯(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，更能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。立式五軸加工中心的回轉(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。

　　發(fā)展現(xiàn)狀

　　國(guó)外五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是為適應(yīng)多面體和曲面零件加工而出現(xiàn)的。隨著機(jī)床復(fù)合化技術(shù)的新發(fā)展，在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上,又很快生產(chǎn)出了能進(jìn)行銑削加工的車銑中心。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的加工效率相當(dāng)于兩臺(tái)三軸機(jī)床，有時(shí)甚至可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資,大大節(jié)約了占地空間和工作在不同制造單元之間的

　　周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間及費(fèi)用。市場(chǎng)的需求推動(dòng)了我國(guó)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，CIMT99 展覽會(huì)上國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床第一次登上機(jī)床市場(chǎng)的舞臺(tái)。自江蘇多棱數(shù)控機(jī)床股份有限公司展出第一臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心以來，北京機(jī)電研究院、北京第一機(jī)床廠、桂林機(jī)床股份有限公司、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司等企業(yè)也相繼開發(fā)出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。

　　當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在品種上已經(jīng)擁有立式、臥式、龍門式和落地式的加工中心，適應(yīng)不同大小尺寸的雜零件加工，加上五軸聯(lián)動(dòng)銑床和大型鏜銑床以及車銑中心等的開發(fā)，基本涵蓋了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。精度上，北京機(jī)床研究所的高精度加工中心、寧江機(jī)械集團(tuán)股份有限公司的NJ25HMC40 臥式加工中心和交大昆機(jī)科技股份有限公司的TH61160 臥式鏜銑加工中心都具有較高的精度，可與發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品相媲美。在產(chǎn)品市場(chǎng)銷售上，江蘇多棱、濟(jì)南二機(jī)床、北京機(jī)電研究院、寧江機(jī)床、桂林機(jī)床、北京一機(jī)床等企業(yè)的產(chǎn)品已獲得國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的認(rèn)同。

　　2013年7月31日上午由大連科德制造的高精度五軸立式機(jī)床，啟運(yùn)出口德國(guó)。工信部裝備司副司長(zhǎng)王衛(wèi)明表示：“這一高檔數(shù)控機(jī)床銷往西方發(fā)達(dá)國(guó)家，是中國(guó)機(jī)床制造行業(yè)的重要里程碑。”

　　優(yōu)勢(shì)

　　大家普遍認(rèn)為，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。它是 一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，該機(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)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影 響力。

　　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)得越來越明顯。現(xiàn)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(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)

　　1、首先是采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)。經(jīng)過十幾年的發(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)出來易受干擾和產(chǎn)熱量大的問題已經(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)、無傳動(dòng)鏈、無磨損、無反向間隙， 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)。

　　2、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，光柵尺來檢測(cè)兩點(diǎn)是否平衡，如果不平衡則通過不同指令使其達(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。