五轴联动数控机床技术现状与发展趋势分析

五轴联动数控机床技术现状与发展趋势分析

聂浩锋

汇专科技集团股份有限公司 广东广州 510000

[摘要]数控机床，属于制造装备当中重要的一个工作母机，属于制造技术及其装备实现现代化发展的重要基础。伴随我国工业领域持续发展，对数控技术科学技术提出更高要求，五轴联动数控机床技术近几年得以广泛应用及发展开来，对工业领域更好地发展有着积极作用。故本文主要探讨五轴联动数控机床技术现状及其发展趋势，便于今后能够更好地运用五轴联动数控机床技术开展机床加工作业活动。

[关键词]数控机床；五轴联动；技术现状；发展趋势；

前言：

五轴联动数控机床技术，能够完成三轴类型数控机床所无法完成的一些加工制造任务，可实现更高精度化及速度化地加工作业，为更为充分地了解及把握五轴联动数控机床技术，对五轴联动数控机床技术现状及其发展趋势开展综合分析较为必要。

1、关于五轴联动式数控机床的概述

五轴联动式数控机床，即高科技含量、高精密度、专门实施复杂性曲面加工的一类机床，该机床系统现阶段被广泛运用至高精医疗仪器设备、精密器械、科研、军事、航空航天等行业领域当中。五轴联动式数控机床，该系统属于解决叶片、叶轮、大型的柴油机内部曲轴、重型的发电机及汽轮机内部转子、船用的螺旋桨等加工制造的重要手段[1]。

2、技术现状与其发展趋势

2.1 在技术现状层面

2.1.1 国外

国外目前的五轴联动数控机床技术最具代表性的为欧美及日本等国，这些国家的五轴联动数控机床技术具备着绿色环保、高精度化及高速化优势。国外以力矩电机为回转坐标式驱动系统装置，得以广泛化应用，致使机床内部进给机构达到高精度、高速、高效率及低损耗等运行目标。德国的Zimmermann公司还设计了 M3ABC性的一种主轴头，该主轴头处增加弧形的一个导轨，B坐标多出一个，即内含 A、B、C三个不同回转的坐标头，该五轴联动式数控机床具备着优良刚性特点，且结构相对紧凑，因内设A、B、C这三个不同坐标，增加偏转范围，致使C轴转动过程不受限制，提高了五轴联动数控机床技术实践加工作业期间的精度。

2.1.2 国内

因我国的工业基础力量相对薄弱，国外一些同类产品各项技术严重受限，且与国外相比，国内现有的五轴联动数控机床技术综合水平相对较低，如自主研发、关键功能各个层面，均逊色于其余发达国家，同类产品的精度及其稳定性层面呈较大差距。但近几年伴随我国科技不断地进步发展，受各项政策扶持及各部门、企业单位共同努力，致使我国的五轴联动数控机床技术得以进一步发展，相对成熟产品也逐渐形成。下面是对国内的五轴联动数控机床技术现状所作出总结分析：国内在五轴联动数控机床技术层面上有原创性研发成果，如齐齐哈尔的二机床集团，其与清华大学及哈尔滨的电机厂公司联合研制出XNZD2415龙门式大型五轴联动的混联机床，促使我国在五轴并联联动的数控机床科学技术层面获取重大性的研究突破，该五轴联动式数控机床经两年试运行后获取较高评价；北京也研制并应用了五轴叶片式加工中心等系列产品，以大型叶片的加工工艺深入研究为基础，提出刀心距合理求解方法，实施回转轴消除间隙新型机构及其机构的平衡系统等设计应用，且首创自由组合弹，其平衡效果可达80%；清华大学获取直线伺服式电动机开发研究重大成果，所研发高响应式直线电机及高推力式直线电机的伺服系统，其内设专用电源均具备稳定可靠等优势特点[2]。同时，在综合控制系统、高推力式永磁直线的交流电机及其全数字化伺服驱动系统控制硬软件平台等各个层面均有较大的技术研发及应用突破。力矩电机的直接驱动化数控转台及刀库得以研制成功，且已逐步推广应用开来。通过研发HSK的工具系统，开发出US—HSK的工具系统所配套专家知识综合系统，将HSK的工具系统实验性能综合数据库有效构建起来，实现对HSK刀柄科学技术及产品的开发，所开发应用HSK的工具系统，其能够达到国外同类型进口技术及其产品水平。

2.2 在发展趋势层面

对于五轴联动数控机床技术今后发展趋势详细阐述如下：一是，实现高速及高效率化发展。现代化加工工业低成本、高效率及高品质层面要求，致使欧美日各国增加对高速、超高速类型机床层面研究。伴随机床技术持续进步发展，高速类型机床内部功能部件当中，如伺服系统、高性能的数控、高速化进给机构、高速化电主轴各单元等均有所突破，促使高速类型机床实际应用范围将不断拓宽。直线型电机驱动主轴实际转速现阶段为15000~100000r/min，而进给运作部件的快速移动实际速度达60~120m/min，系统切削作业进给速度为60m/min，加速度最高达10g；二是，可靠性将得到不断提升。五轴联动数控机床技术之下，机床加工面复杂性突出，通常要求无故障平均时间＞20000h，内设多种不同的报警及其防护措施，确保因故障所致损失得以减少。今后所设计应用的驱动系统装置，其无故障平均时间今后将超过30000h；三是，可实现更高精度化。伴随CAM系统持续优化发展，五轴联动式数控机床实际加工精度将得到不断提升。超精密度加工机床实际加工精度将达到0.001µm，内设往复运动特有单元，可实现凹槽的超精密度微细加工；四是，更具复合化。伴随市场竞争日益激烈化，不断缩短交货日期，五轴联动数控机床技术今后将更为注重小规模化加工制造或是单件生产。那么，为充分满足实际需求，机床厂商们便需开发设计更具复合化程度的复合机床，实现对五轴联动数控机床技术不断更新优化，促使五轴联动数控机床技术更具复合化

[3]；五是，实现更具绿色化、柔性化、网络化及智能化的发展。半干切削或干切削科学技术将得到不断优化改进，便于实现五轴联动数控机床技术更具绿色化地加工作业及发展；同时，五轴联动数控机床技术将不断引入故障问题网络化监督及智能化诊断、自适应化控制技术、数字化及智能化伺服驱动系统装置、网络设计及远程控制等各项科学技术，促使五轴联动数控机床技术今后能够向着绿色化、柔性化、网络化及智能化等方向快速发展应用开来。

3、结语

综上所述，通过此次对于五轴联动数控机床技术现状及其发展趋势所开展分析可了解到，虽然相比较于国外一些国家，国内的五轴联动数控机床技术力量相对薄弱，但近几年伴随我国科技水平不断提升，也不断增加对于五轴联动数控机床技术层面研发，实现对五轴联动式数控机床不断地优化。那么，今后国内的五轴联动数控机床技术今后重要的发展趋势将是向着绿色化、柔性化、网络化及智能化等方向发展，便于更为充分地满足于工业领域实际的生产加工需求。

参考文献：

[1] 郭华标. 数控技术的现状及发展趋势[J]. 电子元器件与信息技术, 2020，16（012）：339-340.

[2] 王哲元. 机床数控技术的发展现状与发展趋势探析[J]. 湖北农机化, 2020,38(016):111-112.

[3] 张尉, 吴崇睿. 探讨数控技术的现状及发展趋势[J]. 农业工程与装备, 2021,48(004):325-326.