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　　介紹

　　五軸協(xié)同是數(shù)控名詞，協(xié)同是數(shù)控機(jī)床的軸按一定的速度與此同時(shí)類光兩個(gè)設(shè)定的點(diǎn)，五軸協(xié)同是五個(gè)軸都可以。五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工繁雜球面的機(jī)床，此種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)北歐國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。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(kāi)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)化北歐國(guó)家，也無(wú)不高度重視。

　　產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，對(duì)高檔的數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床是兩個(gè)北歐國(guó)家制造業(yè)水平的象征。而代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，從某種意義上說(shuō)，反映了兩個(gè)北歐國(guó)家的工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平狀況。長(zhǎng)期以來(lái)，以英國(guó)為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)北歐國(guó)家，一直把五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的軍需品，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)行封鎖制裁。愛(ài)好軍事的朋友可能知道著名的“西部數(shù)據(jù)事件”：上世紀(jì)末，日本西部數(shù)據(jù)公司買下前蘇聯(lián)幾臺(tái)五軸協(xié)同的數(shù)控銑床，結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艦的推進(jìn)螺旋槳，上了幾個(gè)檔次，使英國(guó)間諜船的聲納監(jiān)聽(tīng)不到潛艦的聲音了，所以英國(guó)以西部數(shù)據(jù)公司違反了軍需品制裁政策，要懲處西部數(shù)據(jù)公司。

　　種類

五軸協(xié)同機(jī)床有立式、臥式和搖籃式K238NC滾珠軸承，NC滾珠軸承NC分度頭，NC滾珠軸承90軸，NC滾珠軸承45B軸，NC滾珠軸承A軸，K238NC主軸 等類型。上述六大類共7種五軸協(xié)同方式都有各自的特點(diǎn)，無(wú)法說(shuō)哪一種形式更好，只能說(shuō)你的產(chǎn)品適宜哪種類型的五軸加工。

　　(1)五座標(biāo)協(xié)同雙庫(kù)塞縣機(jī)床

　　(A)旋轉(zhuǎn)座標(biāo)有足夠的行程范圍，工藝操控性好．

　　(B)雖然受結(jié)構(gòu)的限制，轉(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)的連續(xù)性較高，成為整個(gè)機(jī)床連續(xù)性的薄弱環(huán)節(jié)．而雙庫(kù)塞縣機(jī)床，庫(kù)塞縣的連續(xù)性大大高于擺頭的連續(xù)性，從而提高了機(jī)床總體連續(xù)性.

　　(C)便于產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為加工中心．只需加裝固定式刀庫(kù)及換刀機(jī)械手即可但雙庫(kù)塞縣機(jī)床庫(kù)塞縣座標(biāo)驅(qū)動(dòng)力高功率大，座標(biāo)切換關(guān)系較繁雜；

　　(2)五座標(biāo)協(xié)同雙擺頭機(jī)床

　　雙擺頭機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)座標(biāo)驅(qū)動(dòng)力高功率小，鉆孔裝卸方便且座標(biāo)切換關(guān)系簡(jiǎn)單

　　(3)五座標(biāo)協(xié)同一擺頭一庫(kù)塞縣機(jī)床

　　一擺頭一庫(kù)塞縣式機(jī)床操控性則介于上述兩者之間

　　特點(diǎn)

1、可有效防止干預(yù)

　　2、對(duì)于直紋面類零件，可選用側(cè)銑方式一刀成形

　　3、對(duì)一般立體型面特別是較為平緩的大型表層，可用大直徑端車床端部貼近表層進(jìn)行加工

　　4、可一次裝卡對(duì)鉆孔上的多個(gè)空間表層進(jìn)行多面、多工序加工

　　5、五軸加工時(shí)，相對(duì)于鉆孔表層可處于最有效的研磨狀態(tài)。零件表層上的誤差分布均勻

　　6、在某些加工場(chǎng)合，可選用較大尺寸的避開(kāi)干預(yù)進(jìn)行加工

　　點(diǎn)智能卡

　　應(yīng)用最廣的五軸加工型式

簡(jiǎn)而言之點(diǎn)智能卡加工是指加工過(guò)程中以點(diǎn)碰觸成形的加工方式，如橢圓形車床加工、橢圓形砂輪切削等．此種加工方式的主要特點(diǎn)是；橢圓形表層法矢指向?qū)嵵?，加工時(shí)對(duì)球面法矢有自適應(yīng)能力，與線、面智能卡加工相比較，其編程較簡(jiǎn)單、計(jì)算量較小，并且只要使半徑小于球面最小曲率半徑就可防止干預(yù)．因此它適宜任一球面的加工．但雖然是點(diǎn)碰觸成形，在研磨點(diǎn)處切創(chuàng)速度趨近于零，因此研磨條件差，加工精度和工作效率低．

　　面智能卡

　　簡(jiǎn)而言之面智能卡加工是指以面碰觸成形的加工方式，如端部銑床(切削)加工．此種加工方式的主要特點(diǎn)是：雖然研磨點(diǎn)有較高的研磨速度，周期進(jìn)給量大，因此它具有較高的加工工作效率和精度．但雖然受成形方式和形狀的影響，它主要適宜于中凸曲率變化較平緩的球面的加工．

　　線智能卡

　　五座標(biāo)協(xié)同數(shù)控加工當(dāng)前和今后研究的重點(diǎn)

簡(jiǎn)而言之線智能卡加工是指加工過(guò)程中以線碰觸成形的加工方式，如圓柱周銑、圓錐周銑、樟形窿削及砂帶切削等．此種加工方式的特點(diǎn)是：雖然研磨點(diǎn)處研磨速度較高，因此可獲得較高的加工精度，與此同時(shí)，雖然是線碰觸成形，因此具有較高的加工工作效率，已產(chǎn)業(yè)發(fā)展到對(duì)任一球面線碰觸加工的研究。

　　五軸協(xié)同機(jī)床的使用，讓鉆孔的裝夾變得容易。加工時(shí)無(wú)需特殊夾具，降低了夾具的生產(chǎn)成本，防止了多次裝夾，提高鑄件加工精度。選用五軸技術(shù)加工鑄件可以減少夾具的使用數(shù)量。另外，雖然五軸協(xié)同機(jī)床可在加工中省去許多特殊，所以降低了生產(chǎn)成本。五軸協(xié)同機(jī)床在加工中能增加的有效研磨刃長(zhǎng)度，減小研磨力，提高使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

選用五軸協(xié)同機(jī)床加工鑄件可以很快的完成鑄件加工，交貨快，更好的保證鑄件的加工質(zhì)量，使鑄件加工變得更加容易，并且使鑄件修改變得容易。在傳統(tǒng)的鑄件加工中，一般用立式加工中心來(lái)完成鉆孔的銑床加工。隨著鑄件制造技術(shù)的不斷產(chǎn)業(yè)發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點(diǎn)表現(xiàn)得越來(lái)越明顯?，F(xiàn)代鑄件加工普遍使用球頭車床來(lái)加工，球頭車床在鑄件加工中帶來(lái)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、五軸協(xié)同機(jī)床加工技術(shù)加工鑄件，可以克服上述不足。

　　產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

　　當(dāng)前國(guó)外五軸協(xié)同機(jī)床一歐美、日本為代表，這些北歐國(guó)家的五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床代表了當(dāng)今五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最高水平。國(guó)外著名的機(jī)床廠五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)可以歸結(jié)為：高速、高精度、環(huán)保、智能、復(fù)合化。力矩電機(jī)在國(guó)外作為回轉(zhuǎn)座標(biāo)驅(qū)動(dòng)力裝置的廣泛使用，使得國(guó)外機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高速、低損耗、高精度、高工作效率的目標(biāo)。

首先是選用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)力技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的產(chǎn)業(yè)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(kāi)發(fā)出來(lái)易受干擾和產(chǎn)熱量大的問(wèn)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)床廠家選用阻尼技術(shù)給予解決。直線電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是直線驅(qū)動(dòng)力、無(wú)傳動(dòng)鏈、無(wú)磨損、無(wú)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(guò)2g。選用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)力還具有可靠性高、免維護(hù)等特點(diǎn)。

其次是選用雙驅(qū)動(dòng)力技術(shù)。對(duì)于較寬滾珠軸承或龍門架型式，如果選用中間驅(qū)動(dòng)力，實(shí)際無(wú)法保證驅(qū)動(dòng)力力在中心，容易造成傾斜，使得動(dòng)態(tài)操控性較差。使用雙驅(qū)動(dòng)力，雙光柵尺，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力模塊，就能使動(dòng)態(tài)操控性非常完美。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)力指令，雙驅(qū)與此同時(shí)工作，光柵尺來(lái)檢測(cè)兩點(diǎn)是否平衡，如果不平衡則通過(guò)不同指令使其達(dá)到平衡。當(dāng)然，五軸協(xié)同機(jī)床技術(shù)的產(chǎn)業(yè)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(lái)。

　　戰(zhàn)略意義

雖然五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)價(jià)格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)難以“平民”化應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)取得了突破性產(chǎn)業(yè)發(fā)展，珊星公司等中國(guó)多家數(shù)控企業(yè)，紛紛推出五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，打破了外國(guó)的技術(shù)封鎖，占領(lǐng)了這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的至高點(diǎn)，大大降低了其應(yīng)用生產(chǎn)成本，從而使中國(guó)裝備制造業(yè)迎來(lái)了兩個(gè)嶄新的時(shí)代！以信息技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)裝備制造業(yè)注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，與此同時(shí)也對(duì)它提出更強(qiáng)要求，更加突出了機(jī)械裝備制造業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化載體在推動(dòng)整個(gè)社會(huì)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)中無(wú)可替代的基礎(chǔ)作用。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和技術(shù)升級(jí)的原動(dòng)力，以五軸協(xié)同為標(biāo)志的機(jī)械裝備制造業(yè)將伴隨著高新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展而共同進(jìn)步。中國(guó)不僅要做世界制造的大國(guó)，更要做世界制造強(qiáng)國(guó)！預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，隨著五軸協(xié)同數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的普及推廣，必將為中國(guó)成為世界最強(qiáng)國(guó)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！

　　價(jià)值

　　加工中心

加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心，立式加工中心（三軸）最有效的加工面僅為鉆孔的頂面，臥式加工中心借助回轉(zhuǎn)滾珠軸承，也只能完成鉆孔的四面加工。目高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向產(chǎn)業(yè)發(fā)展，五軸協(xié)同加工中心有高工作效率、高精度的特點(diǎn)，鉆孔一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸協(xié)同的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對(duì)繁雜的空間球面進(jìn)行高精度加工，更能夠適宜象汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代鑄件的加工。（本期介紹立式五軸加工中心）立式五軸加工中心這類加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式，一種是滾珠軸承回轉(zhuǎn)軸。設(shè)置在床身上的滾珠軸承可以環(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。滾珠軸承的中間還設(shè)有兩個(gè)回庫(kù)塞縣，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(guò)A軸與C軸的組合，固定在滾珠軸承上的鉆孔除了底面之外，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，這樣又可以把鉆孔細(xì)分成任一角度，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)協(xié)同，就可加工出繁雜的空間球面，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。此種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主軸連續(xù)性非常好，制造生產(chǎn)成本比較高。但一般滾珠軸承不能設(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)，鉆孔研磨時(shí)會(huì)對(duì)滾珠軸承帶來(lái)很大的承載力 矩。 另一種是依靠立式主軸頭的回轉(zhuǎn)。主軸前端是兩個(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。此種設(shè)置方式的優(yōu)點(diǎn)是主軸加工非常靈活，滾珠軸承也可以設(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。此種設(shè)計(jì)還有一大優(yōu)點(diǎn)：我們?cè)谑褂们蛎孳嚧布庸で蛎鏁r(shí)，當(dāng)中心線垂直于加工面時(shí)，雖然球面車床的頂點(diǎn)線速度為零，頂點(diǎn)切出的鉆孔表層質(zhì)量會(huì)很差，選用主軸回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)，令主軸相對(duì)鉆孔轉(zhuǎn)過(guò)兩個(gè)角度，使球面車床避開(kāi)頂點(diǎn)研磨，保證有一定的線速度，可提高表層加工質(zhì)量。此種結(jié)構(gòu)非常受鑄件高精度球面加工的歡迎，這是滾珠軸承回轉(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)比較繁雜，制造生產(chǎn)成本也較高。