五轴联动数控机床技术现状与发展趋势探索

五轴联动数控机床技术现状与发展趋势探索

程永婵

东莞台一盈拓科技股份有限公司 广东东莞 523000

[摘要]五轴联动数控机床，往往有着较高技术难度，应用的相对广泛，是国家工业整体水平的重要衡量标准，其通过实现计算机、伺服驱动、精密加工各项先进技术集为一体，促使自动、高效且精密加工得以实现，属于工业领域当中重要设备，为更好地推进着五轴联动数控机床技术的应用发展。本文主要探讨五轴联动数控机床技术现状及其发展趋势，期望可以为后续更多技术专家和学者对此类课题的实践研究提供有价值的指导或者参考。

[关键词]数控机床；五轴联动；技术现状；发展趋势；

前言：

伴随现代科技持续地进步发展，五轴联动数控机床技术实际应用范围不断拓宽，技术应用的成熟度也得以提升。那么，为更进一步了解及应用此项技术，并积极推进着此项技术持续高效地应用发展，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，有着一定的现实意义和价值。

1、简述五轴联动数控机床

五轴联动数控机床，它相比较普通类型的数控机床而言，在Z、Y、X各轴上面均可实现运转，回转轴为两个。如立式加工操作，其有两种实现方式，即操作台能够围绕着X轴实现转动，可把它当成是A轴；针对单个回转台上面可围绕着Z轴转动，可把它当成是C轴。通过这一设置，主轴简单，呈良好刚性，制作成本得以降低。但是，其也存在一定缺陷，即操作台呈较小承重；而另外一种方式，则是主轴全段位置设回转头，不但可围绕着X轴实现转动，并把它当成是A轴；且还可以围绕着Z轴转动，并把它当成是C轴。通过这一设置所表现出优势即主轴相对灵活，大型工件制造加工当中可应用，且适宜高精度化曲面加工当中应用。经大量实践研究均表明，这种五轴联动数控机床有着极高应用价值，其所具备优越性详细阐述如下：一是，较为广泛的加工范围，对刀具可实施任意角度调整操作，防止加工干涉情况出现，三轴联动的机床所无法完成加工制造均得以完成，如螺旋桨及发电装置转子等等；二是，呈较高加工精度及其效率，仅需实施一次装夹操作，则加工操作任务即可完成[1]；三是，呈较低的加工能耗，大量实践均表明了这种五轴联动数控机床有效应用后，加工制造整个过程当中以往在搬运安装及上下料相关工序所浪费时间均得以缩短，借助这种五轴联动数控机床，能够尽可能地多完成加工操作任务，实现占地空间及时间投入的节约。

2、技术现状及其发展趋势

2.1 技术现状

一是，针对摆动和回转复合操作台型层面。此类机床当中，两个旋转的坐标轴均作用于工作上面，可以沿A或是B轴实现摆动，且围绕着C轴实现回转，旋转轴发挥着分度定位作用，并不参与至切削运动当中。现阶段，德国所生产C50U及瑞士所生产HSM600U，都是这种机型。实际运行过程当中，依照着A、C轴或是B、C轴这种组合形式，主轴能够实现对于工件的五个不同面实施加工制造，倾斜孔及倾斜面加工操作也可实现。A、Z、Y、X各轴，均能够实现与A、B、C各轴联动，实现如大型的叶轮等相对复杂曲面的加工制造[2]；二是，针对摆动和回转复合的主轴头型层面。此数控基床两个转动的坐标轴集中作用至刀具上面，经复合式主轴头得以实现。复合式主轴头，其设置到主轴前端位置，围绕着Z轴实施回转运作，即为C轴；并且，其能够同步围绕着Y轴或是X轴实现回转，即为A或是B轴。现阶段意大利所生产制造master系列、瑞士所生产 HPM1850U均为此机型。该数控机床的主轴结构呈多头式，即有着多个刀具的一类主轴头，可以结合具体的工艺需求，实现有效转换，故其可实现更为灵活地运行。我国的济南地区部分企业所生产XKV2745型号五轴联动大型的数控铣床，呈龙门移动形式，专门应用至大型工件制造加工当中；三是，针对主轴头的摆动和操作台回转的混合类型层面。针对此数控机床当中两个转动的坐标轴，借助刀具一侧位置主轴头实施摆动操作完成，即为A或是B轴；而另个则是经操作台的回转得以完成，即为C轴。该主轴头持续摆动过程当中，则刀具同步摆动，经对夹紧程度的合理调整，摆动范围当中能够对任何位置实施定位作业。德国公司现阶段所生产DMC 105 Vlinear及DMC 75V linear，均为此类机型。因操作台呈较大承重，适宜应用至中型的数控机床当中。

2.2 发展趋势

针对五轴联动数控机床技术今后的发展趋势阐述详细如下：一是，实现高精度化。伴随五轴联动数控机床技术持续进步发展，此类型数控基床实际加工精度将得到持续提升。在一定程度上，基床加工实际精度提高和CAM系统进步发展关系密切。如日本相关加工企业所生产出超精密的加工机床，加工精度基本上达0.001μm，引入往复运动相应单元后，可应用至精密细微的凹槽加工当中；二是，实现高效率化。持续实现效率及质量的有效提升，且降低总体成本投入，其属于现代加工制造业基本发展目标及要求。欧美等发达国家现阶段的研究重点为高速基床，以更多先进技术为依托，如主轴单元、伺服系统及进给机构等各功能部件将实现持续地升级优化。结合现有数据资料调查了解到，高速基床当中主轴转速为1.5万~10 万r/min，且其进给部件实际移动速度达60-120m/min；三是，实现复合化的应用发展。伴随市场竞争日趋激烈化，人们对加工业呈现更具个性化的需求，加工时间持续缩短，五轴加工制造中心呈更小规模。故基床总体设计制作期间，需注重复合化实际程度的有效提升，如建设优化五轴车铣的复合加工制造中心，便于更为充分地满足实际生产需求

[3]；四是，实现更高可靠性。所谓可靠性，即设施设备实现连续的无故障运行，着重考虑五轴联动数控机床技术实际加工要求极具复杂性，故要求可靠性的运行时间需＞2万小时。系统当中通过预警及防护系统的合理设置，可确保故障问题可被及时发现，促使经济损失得以有效降低。国外的驱动装置，其可靠性的运行时间基本上达3万小时，可作为我国今后改进优化的一个方向；五是，实现智能化的应用发展。伴随智能化科学技术日益广泛地应用至基床控制当中，如数字伺服的驱动装置、故障诊断系统装置、自动化的控制技术、网络诊断、远程控制等，则均可有效促使五轴联动数控机床技术向着智能化的方向稳健发展。

3、结语

综上所述，五轴联动数控机床技术现阶段实际应用情况当中可了解到，其包含着摆动和回转复合操作台型、摆动和回转复合的主轴头型、主轴头的摆动和操作台回转的混合类型，且今后其将持续向着更高精度化及效率化、更高可靠性、复合化及智能化等方向实现持续地应用发展。

参考文献：

[1] 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, 2020,18(016):122-123.

[2] 关立文, 王立平, 付萌. 五轴联动数控机床动态精度检测方法,系统及储存介质:, CN112114557A[P]. 2020,35（001）：122-123.

[3] 陈良骥, 睢英照, 王中州,等. 五轴联动数控加工中速度的控制方法[J]. 大型铸锻件, 2020,41(022):648-649.