五軸聯(lián)動數(shù)控機床

　　簡介

　　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)達工業(yè)化國家，也無不高度重視。隨著我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設(shè)的

　　需要，對高檔的數(shù)控機床提出了迫切的大量需求。機床是一個國家制造業(yè)水平的象征。而代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，它反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達國家，一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時期，對中國、前蘇聯(lián)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(lián)幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制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(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運政策，要懲處東芝公司。

　　分類

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

　　加工中心

　　五軸聯(lián)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(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復(fù)雜的空間曲面進行高精度加工，更能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機結(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，一種是工作臺回轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在床身上的工作臺可以環(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。工作臺的中間還設(shè)有一個回轉(zhuǎn)臺，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，固定在工作臺上的工件除了底面之

　　外，其余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(xiàn)聯(lián)動，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)點是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設(shè)計太大，承重也較小，特別是當(dāng)A軸回轉(zhuǎn)大于等于90度時，工件切削時會對工作臺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±90度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能。這種設(shè)置方式的優(yōu)點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設(shè)計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發(fā)動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設(shè)計還有一大優(yōu)點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當(dāng)?shù)毒咧行木€垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質(zhì)量會很差，采用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計，令主軸相對工件轉(zhuǎn)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(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉(zhuǎn)式加工中心難以做到的。為了達到回轉(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

　　國外五軸聯(lián)動數(shù)控機床是為適應(yīng)多面體和曲面零件加工而出現(xiàn)的。隨著機床復(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)出了能進行銑削加工的車銑中心。五軸聯(lián)動數(shù)控機床的加工效率相當(dāng)于兩臺三軸機床，有時甚至可以完全省去某些大型自動化生產(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)運輸時間及費用。市場的需求推動了我國五軸聯(lián)動數(shù)控機床的發(fā)展，CIMT99 展覽會上國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床第一次登上機床市場的舞臺。自江蘇多棱數(shù)控機床股份有限公司展出第一臺五軸聯(lián)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(yè)也相繼開發(fā)出五軸聯(lián)動數(shù)控機床。

　　當(dāng)前，國產(chǎn)五軸聯(lián)動數(shù)控機床在品種上已經(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)，基本涵蓋了國內(nèi)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 臥式加工中心和交大昆機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)達國家的產(chǎn)品相媲美。在產(chǎn)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(yè)的產(chǎn)品已獲得國內(nèi)市場的認同。

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

　　優(yōu)勢

　　大家普遍認為，五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機轉(zhuǎn)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、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機床，該機床系統(tǒng)對一個國家的航空、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。

　　五軸聯(lián)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。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(lián)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。采用五軸聯(lián)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(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 表現(xiàn)得越來越明顯?，F(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)動機床加工技術(shù)加工模具，可以克服上述不足。

　　發(fā)展趨勢

　　1、首先是采用直線電機驅(qū)動技術(shù)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，直線電機技術(shù)已經(jīng)非常成熟。直線電機剛開發(fā)出來易受干擾和產(chǎn)熱量大的問題已經(jīng)得到解 決，而直線電機的定位技術(shù)，既在高速移動中快速停止，也有部分機床廠家采用阻尼技術(shù)給予解決。直線電機的優(yōu)點是直線驅(qū)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(tài)性，加速度可超過2g。采用直線電機驅(qū)動還具有可靠性高、免維護等特點。

　　2、其次是采用雙驅(qū)動技術(shù)。對于較寬工作臺或龍門架型式，如果采用中間驅(qū)動，實際無法保證驅(qū)動力在中心，容易造成傾斜，使得動態(tài)性能較差。 使用雙驅(qū)動，雙光柵尺，一個驅(qū)動模塊，就能使動態(tài)性能非常完美。一個驅(qū)動指令，雙驅(qū)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(dāng)然，五軸聯(lián)動機床技術(shù)的發(fā)展還遠遠不止這些，許多技術(shù)在德馬吉的機床產(chǎn)品中都將會體現(xiàn)出來。