五轴数控机床技术简介

五轴数控机床是一种技术含量高、精度高的机床，专门用于加工复杂曲面。这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密仪器、高精度医疗设备等行业有着决定性的影响。下面是我关于五轴数控机床的技术介绍。欢迎分享。

五轴联动机床包括立式、卧式和摇篮式两轴数控工作台、数控工作台数控分度头、数控工作台90 B轴、数控工作台45 B轴、数控工作台A轴和两轴数控主轴。

最近一则“中国拥有五轴数控机床技术”的新闻着实让军迷们兴奋不已。说起之前的采购历史，专家们都是苦涩的眼泪:五轴联动等高端数控机床，因为在飞机、核潜艇等装备中的关键作用，一直被外国禁止出售给中国军工企业；即使采购的是民用，也需要承诺终身接受国外厂商的监督和跟踪。

随着我国五轴数控机床技术的发展，数控机床将不再由人控制。

“近年来，随着数控机床和基础制造装备产业技术的不断提升，我国高端数控技术突飞猛进，不仅五轴联动，其他多项关键技术也实现了突破。”国家重大专项“高端数控机床及基础制造装备”成员王勇说。

目前正处于产业化和市场应用阶段。

数控机床是装备制造业的“机床”。一个国家机床工业的技术水平和产品质量是衡量其装备制造业发展水平的重要标志。中国发布的《中国制造2025》已将高档数控机床列为中国制造业发展的十大重点战略领域之一。

王勇认为，“04专项”于2009年启动，针对航空航天、发电、汽车、造船四个重点领域。现在，已经在几个领域取得了相关的成就。在汽车制造领域，大型快速高效数控自动冲压生产线在与世界级企业的国际招标中，获得了美国汽车本土工厂生产线的批量订单。目前，汽车覆盖件冲压线国内市场占有率超过70%，全球市场占有率超过30%，有力促进了国产汽车装备的自主化。

业内专家认为，近年来，机床产品可靠性设计和性能测试技术、多轴联动加工技术等多项关键技术的成熟度有了很大提高，国产高档五轴联动机床开始进入市场。

中国机床工具工业协会副秘书长郭长城表示，“04专项”实施以来，全行业取得长足进步，一批关键核心技术取得突破，自主创新能力得到提升，数控机床整体设计、制造能力和水平得到有效提升。目前正处于产业化和市场应用的关键阶段。

受阻，数控领域的“委屈”往事

对于数控机床领域的专家来说，没有几件事比发生在1983的东芝机床事件更令人难忘。

今年，日本东芝公司向苏联出售了几台五轴数控铣床，苏联用它们制造了核潜艇的螺旋桨，大大降低了螺旋桨在水中旋转时的噪音，使美国声纳无法探测到苏联潜艇的运动。数控机床的出售也使苏联的装备制造业上了一个台阶。如今，美军声纳很难监测到俄罗斯潜艇。为此，美国国防部展开调查，并最终将东芝相关高管送进监狱，并禁止东芝向任何社会主义国家出口任何商品一年。那一年，中国买不到东芝电器，甚至买不到一块东芝电池。

当时中国机床制造业的情况如何？中国能制造的主要是普通机床，数控机床的研究和生产才刚刚起步。数控系统基本依赖国外技术，无法自主开发，与国际前沿相差太远。

王勇说，直到今天，美国、日本等国仍然禁止向中国出售高技术制造设备，包括五轴数控机床等高端数控设备。

还有很多缺点需要克服。

值得一提的是，尽管成绩斐然，但国产数控产品仍有许多“短板”有待克服。

一方面，我国数控机床以低端产品为主，高端数控机床主要依赖进口。目前国内整个机床消费的进口量仍占三分之一左右，高端数控机床在精度和速度上与国际前沿技术差距较大，更依赖进口。据相关行业报告，高端数控产品进口率达到80%。

另一方面，数控系统和功能部件的发展严重滞后，也困扰着整个行业。王勇强调，近年来重大项目的实施推动了行业的技术进步，但必须看到，与主机技术的快速发展相比，高端数控系统及配件的研发和生产仍处于相对落后的局面。

与发达国家相比，我国机床工业起步晚，发展时间短，技术相对落后。产业规模虽居世界第一，但面临产业结构不合理、自主创新能力不强等诸多挑战。中国机床工业在发展过程中，既要弥补现实中的短板，又要在明确的产业发展目标和发展重点的指导下，系统提升产业的技术水平，大力推进高端数控机床的发展，实现从制造大国向制造强国的转变。

加工中心

五轴联动加工中心具有高效率、高精度的特点，工件可一次装夹完成五面体加工。如果配备五轴联动的高档数控系统，还可以高精度加工复杂的空间曲面，更适合汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。立式五轴加工中心的轴旋转有两种方式。一个是工作台轴，设置在床身上的工作台可以绕X轴旋转，定义为A轴。A轴的一般工作范围是+30度到-120度。工作台中间还有一个转盘，在图中所示位置绕Z轴旋转，定义为C轴，C轴旋转360度。这样通过A轴和C轴的组合，固定在工作台上的工件除底面外的五个面都可以用立轴加工。A轴和C轴的最小分度值一般为0.001度，可以将工件细分成任意角度，加工斜面、斜孔等。如果用XYZ三直线轴联动A轴和C轴，就可以加工复杂的空间曲面，这当然需要高档的数控系统、伺服系统和软件的支持。这种布置的优点在于，主轴的结构相对简单，主轴的刚性非常好，并且制造成本相对较低。但一般情况下，工作台不能设计得太大，承载能力也小，特别是A轴旋转大于等于90度时，工件在切削时会给工作台带来很大的承载扭矩。另一个取决于垂直主轴头的旋转。主轴前端为旋转头，可自行绕Z轴旋转360度成为C轴，旋转头上还设有可绕X轴旋转的A轴，一般可达90度以上，以达到与上述相同的功能。这种布置的优点是主轴加工非常灵活，工作台也可以设计得非常大。客机庞大的机身和巨大的发动机壳体都可以在这种加工中心加工。这种设计还有一个很大的优点:当我们使用球面铣刀加工曲面时，当刀具中心线与加工面垂直时，由于球面铣刀顶点的线速度为零，顶点切削的工件表面质量会很差。采用主轴旋转的设计，使主轴相对于工件旋转一个角度，使球面铣刀避开顶点切削，保证一定的线速度，可以提高表面加工质量。这种结构非常适用于模具的高精度表面加工，这对于带工作台的回转加工中心来说是很困难的。为了达到旋转的高精度，高档转轴还配有圆光栅尺反馈，分度精度在几秒钟之内。当然，这种主轴的旋转结构更复杂，制造成本更高。

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