五軸聯(lián)動 - 數(shù)控術語
五軸加工是指在一臺機床上至少有五個坐標軸 - 三個直線坐標和兩個旋轉坐標，而且可在計算機數(shù)控 - CNC系統(tǒng)的控制下同時協(xié)調運動進行加工。五軸聯(lián)動機床有立式、臥式和搖籃式二軸NC工作臺，NC工作臺NC分度頭，NC工作臺90軸，NC工作臺45B軸，NC工作臺A軸，二軸NC主軸等類型。
五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)，有著舉足輕重的影響力。
介紹
五軸聯(lián)動是數(shù)控術語，聯(lián)動是數(shù)控機床的軸按一定的速度同時到達某一個設定的點，五軸聯(lián)動是五個軸都可以。五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統(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、新產品的開發(fā)和現(xiàn)代工業(yè)生產提供重要的手段，是不可或缺的戰(zhàn)略性產業(yè)。即使是發(fā)達工業(yè)化國家，也無不高度重視。
發(fā)展背景
隨著我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設的需要，對高檔的數(shù)控機床提出了急迫的大量需求。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，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。
種類
五軸聯(lián)動機床有立式、臥式和搖籃式二軸NC工作臺，NC工作臺NC分度頭，NC工作臺90軸，NC工作臺45B軸，NC工作臺A軸，二軸NC主軸 等類型。上述六大類共7種五軸聯(lián)動方式都有各自的特點，無法說哪一種形式更好，只能說你的產品適合哪種類型的五軸加工。
1.五坐標聯(lián)動雙轉臺機床
- A旋轉坐標有足夠的行程范圍，工藝性能好．
- B由于受結構的限制，擺動坐標的剛性較低，成為整個機床剛性的薄弱環(huán)節(jié)．而雙轉臺機床，轉臺的剛性大大高于擺頭的剛性，從而提高了機床總體剛性.
- C便于發(fā)展成為加工中心．只需加裝獨立式刀庫及換刀機械手即可但雙轉臺機床轉臺坐標驅動功率較大，坐標轉換關系較復雜；
2.五坐標聯(lián)動雙擺頭機床
雙擺頭機床擺動坐標驅動功率較小，工件裝卸方便且坐標轉換關系簡單
3.五坐標聯(lián)動一擺頭一轉臺機床
一擺頭一轉臺式機床性能則介于上述兩者之間
特點
1、可有效避免刀具干涉
2、對于直紋面類零件，可采用側銑方式一刀成型
3、對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面，可用大直徑端銑刀端面貼近表面進行加工
4、可一次裝卡對工件上的多個空間表面進行多面、多工序加工
5、五軸加工時，刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)。零件表面上的誤差分布均勻
6、在某些加工場合，可采用較大尺寸的刀具避開干涉進行加工
加工方式
1、點接觸式—-應用最廣的五軸加工型式
所謂點接觸式加工是指加工過程中以點接觸成型的加工方式，如球形銑刀加工、球形砂輪磨削等．這種加工方式的主要特點是；球形表面法矢指向全空間，加工時對曲面法矢有自適應能力，與線、面接觸式加工相比較，其編程較簡單、計算量較小，并且只要使刀具半徑小于曲面最小曲率半徑就可避免干涉．因而它適合任意曲面的加工．但由于是點接觸成型，在切削點處切創(chuàng)速度趨近于零，因而切削條件差，加工精度和效率低．
2、面接觸式
所謂面接觸式加工是指以面接觸成型的加工方式，如端面銑削 - 磨削加工．這種加工方式的主要特點是：由于切削點有較高的切削速度，周期進給量大，因而它具有較高的加工效率和精度．但由于受成型方式和刀具形狀的影響，它主要適合于中凸曲率變化較平坦的曲面的加工．
3、線接觸式
五坐標聯(lián)動數(shù)控加工當前和今后研究的重點
所謂線接觸式加工是指加工過程中以線接觸成型的加工方式，如圓柱周銑、圓錐周銑、樟形窿削及砂帶磨削等．這種加工方式的特點是：由于切削點處切削速度較高，因而可獲得較高的加工精度，同時，由于是線接觸成型，因而具有較崗的加工效率．目前已發(fā)展到對任意曲面線接觸加工的研究．
優(yōu)勢
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。
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)動機床加工技術加工模具，可以克服上述不足。
發(fā)展趨勢
當前國外五軸聯(lián)動機床一歐美、日本為代表，這些國家的五軸聯(lián)動數(shù)控機床代表了當今五軸聯(lián)動數(shù)控機床發(fā)展的最高水平。國外著名的機床廠五軸聯(lián)動數(shù)控機床技術發(fā)展重點可以歸結為：高速、高精度、環(huán)保、智能、復合化。力矩電機在國外作為回轉坐標驅動裝置的廣泛使用，使得國外機床進給機構實現(xiàn)了高速、低損耗、高精度、高效率的目標。
首先是采用直線電機驅動技術。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，直線電機技術已經(jīng)非常成熟。直線電機剛開發(fā)出來易受干擾和產熱量大的問題已經(jīng)得到解決，而直線電機的定位技術，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給予解決。直線電機的優(yōu)點是直線驅動、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。采用直線電機驅動還具有可靠性高、免維護等特點。
其次是采用雙驅動技術。對于較寬工作臺或龍門架型式，如果采用中間驅動，實際無法保證驅動力在中心，容易造成傾斜，使得動態(tài)性能較差。使用雙驅動，雙光柵尺，一個驅動模塊，就能使動態(tài)性能非常完美。一個驅動指令，雙驅同時工作，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。當然，五軸聯(lián)動機床技術的發(fā)展還遠遠不止這些，許多技術在德馬吉的機床產品中都將會體現(xiàn)出來。
應用與價值
1、五軸聯(lián)動數(shù)控機床的戰(zhàn)略價值
由于五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)價格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統(tǒng)難以“平民”化應用。但近年來，隨著計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)取得了突破性發(fā)展，珊星公司等中國多家數(shù)控企業(yè)，紛紛推出五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，打破了外國的技術封鎖，占領了這一戰(zhàn)略性產業(yè)的至高點，大大降低了其應用成本，從而使中國裝備制造業(yè)迎來了一個嶄新的時代！
以信息技術為代表的現(xiàn)代科學的發(fā)展對裝備制造業(yè)注入了強勁的動力，同時也對它提出更強要求，更加突出了機械裝備制造業(yè)作為高新技術產業(yè)化載體在推動整個社會技術進步和產業(yè)升級中無可替代的基礎作用。作為國民經(jīng)濟增長和技術升級的原動力，以五軸聯(lián)動為標志的機械裝備制造業(yè)將伴隨著高新技術和新興產業(yè)的發(fā)展而共同進步。中國不僅要做世界制造的大國，更要做世界制造強國！預計在不久的將來，隨著五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)的普及推廣，必將為中國成為世界最強國奠定堅實的基礎！
2、五軸聯(lián)動加工中心
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工件的頂面，臥式加工中心借助回轉工作臺，也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發(fā)展，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。如配置上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工，更能夠適宜象汽車零部件、飛機結構件等現(xiàn)代模具的加工。
立式五軸加工中心這類加工中心的回轉軸有兩種方式，一種是工作臺回轉軸。設置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，在圖示的位置上環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。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，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)以及軟件的支持。
這種設置方式的優(yōu)點是主軸的結構比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當A軸回轉大于等于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。主軸前端是一個回轉頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還有帶可環(huán)繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能。這種設置方式的優(yōu)點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設計的非常大，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。
這種設計還有一大優(yōu)點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當?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量會很差，采用主軸回轉的設計，令主軸相對工件轉過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內，當然這類主軸的回轉結構比較復雜，制造成本也較高。