五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要：介紹五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在工業(yè)加工中的優(yōu)勢和重要性，從國內(nèi)、國外兩個(gè)方面闡述目前五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的現(xiàn)狀，最后從目前機(jī)床工業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)出發(fā)展望五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢Abstract：Theadvantagesandimpo~anceoffive—axisCNCmachinetoolsinindustrialmachiningarepresented．Thestatusquoofdevelopmentoffive—axisCNCmachinetoolsathomeandabroadisdescribedandtheirdevelopingprospectgiven．[17]KeyWords：Five——axisCNCMachineToolsTechnologyStatusDevelopingTrends一、 簡介五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機(jī)床，這種機(jī)床系統(tǒng)對(duì)一個(gè)國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。目前，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀陳則仕，張秋菊 2005年提出一種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與仿真研究，探討在 VCDD6．0集成編程環(huán)境下，調(diào)用 OpenGL實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的建模與仿真。對(duì)一種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人首先建立幾何模型，對(duì)其正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行分析求解，然后建立友好人機(jī)交互界面，對(duì)機(jī)器人示教再現(xiàn)過程進(jìn)行模擬，最終實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人走空間直線路徑的軌跡規(guī)劃仿真 [1]。該方法為五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人研究開辟新的道路，為五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用化做好理論實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。趙世田，孫殿柱，孫肖霞 2006年提出基于 UGDPOST五軸聯(lián)動(dòng)加工中心專用后置處理器的研發(fā)，通過結(jié)舍 UGDPostBuilder后置處理器開發(fā)工具和上述后置處理算法，開發(fā)了該機(jī)床的專用后置處理器，并通過試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了該后置處理器的正確性和實(shí)用性 [2]。德國茲默曼公司 2007年開發(fā)出FZ25龍門銑床，標(biāo)志著 Zimmermann（茲默曼）公司再次擴(kuò)展了其高度專業(yè)化的五軸聯(lián)動(dòng) HSC龍門銑床的應(yīng)用范圍。 FZ25非常適合大工件的干式切削，尤其是輕型的復(fù)合材料的加工，例如碳纖維和玻璃纖維強(qiáng)化塑料、環(huán)氧樹脂、亞安酯、聚苯乙稀等[3]苯乙稀等[3]。杜玉湘，陸啟建，劉明燈 2007年提出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，介紹了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的幾種結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)和發(fā)展趨勢；闡述了幾種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工的加工造型、編程 （CADDCAM系統(tǒng)）及其優(yōu)缺點(diǎn)；詳細(xì)描述了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求及四開公司五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)；列舉了四開公司歷年來參展的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床及現(xiàn)場加工工件的情況[4]。燕紅波，楊慶東，劉芳在 2007年提出五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工技術(shù)的研究及應(yīng)用，五軸聯(lián)動(dòng)加工以其高柔性 ,高復(fù)合性 ,優(yōu)良的切削位置姿態(tài)贏得越來越多用戶的青睞 ,但編程的抽象和操作的復(fù)雜已經(jīng)成為提高數(shù)控加工技術(shù)的一大瓶頸問題 .本文介紹了多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心的結(jié)構(gòu)模型提出了基于典型的 CAD/CAM軟件UG的多軸后處理方法和加工實(shí)例 ，并對(duì)某一新型的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床闡述了其各軸的坐標(biāo)變換關(guān)系 ,開發(fā)了后處理系統(tǒng) ,為多軸聯(lián)動(dòng)加工方案的制定提供了參考

李培楠，郭銳鋒，黃艷等在 2008年提出四元數(shù)五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)算法的研究，設(shè)計(jì)一種基于四元數(shù)五軸聯(lián)動(dòng)的插補(bǔ)算法，不僅簡化了插補(bǔ)計(jì)算量，同時(shí)能夠使刀具從一點(diǎn)平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)，而且插補(bǔ)的軌跡更光滑連續(xù)．文章引入四元數(shù)理論，重點(diǎn)研究了四元數(shù)在構(gòu)造數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)變換中的應(yīng)用，并在Matlab中成功的進(jìn)行了仿真叮驗(yàn)結(jié)果表明了該算法的可行性運(yùn)動(dòng)變換中的應(yīng)用，并在Matlab中成功的進(jìn)行了仿真叮驗(yàn)結(jié)果表明了該算法的可行性[6]。四元數(shù)是最簡單的超復(fù)數(shù)，那可不可以引入其他元數(shù)理論，產(chǎn)生的效果將會(huì)是怎么樣呢？劉士玉 ,徐樹洛在 2008年提出五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心現(xiàn)狀與發(fā)展探討，通過對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心現(xiàn)狀的分析，總結(jié)了機(jī)床總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，找出了國內(nèi)外機(jī)床在技術(shù)上的差距。提出了[7]。[7]。我國民族企業(yè)必須要有的念頭，更是民族企業(yè)做大做強(qiáng)的必由之路床進(jìn)行加工的功能[8]床進(jìn)行加工的功能[8]。張曉輝，于東，胡毅等2009年提出一種新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的研究，詳細(xì)描述了該五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)其中的RTCP模塊和基于四元數(shù)的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)變換模塊進(jìn)行了重點(diǎn)探討，并對(duì)該數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了測試．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該數(shù)控系統(tǒng)具備一個(gè)工作程序在不同結(jié)構(gòu)的機(jī)黃堪豐，張平，簡啟廉在 2009年提出基于 NURBS曲線的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控插補(bǔ)算法研究，針對(duì)復(fù)雜曲面實(shí)際加工中五軸線性插補(bǔ)存在的不足，研究一種基于雙 NCRBS曲線的五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)算法，能有效提高零件加工效率與表面精度；同時(shí)對(duì)插補(bǔ)前進(jìn)行三次樣條曲線加減速處理，減小加加速度階躍性變化對(duì)機(jī)床造成的往復(fù)振動(dòng)；通過 UG二次開發(fā)成雙 NCRBS樣條代碼實(shí)例，表明其具有顯著的優(yōu)越性[9]表明其具有顯著的優(yōu)越性[9]。李洪波2009年提出五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)的探討，過去，五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)都掌握在歐美 H等發(fā)達(dá)國家手中，嚴(yán)禁向中國出口。但是，隨著中國國內(nèi)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的迫切需求，國外的禁運(yùn)狀況有所緩解，同時(shí)，國內(nèi)一些數(shù)控系統(tǒng)廠商，如華中數(shù)控大森數(shù)控等，也都適時(shí)推出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，使得五軸聯(lián)動(dòng)加工終于揭開神秘面紗，得到了越來越廣泛的應(yīng)用[10]。魏華亮 2009年提出基于并聯(lián)技術(shù)高速加工大型工件的車載式五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床，基于并聯(lián)技術(shù)，設(shè)計(jì)了高速加工大型工件的車載式五軸聯(lián)動(dòng)車床，采用核心模塊的并聯(lián)機(jī)構(gòu)僅有 6個(gè)關(guān)節(jié)、 10個(gè)自由度，相對(duì)前一代并聯(lián)車床的關(guān)節(jié)數(shù)及自由度數(shù)大為減少，剛性，動(dòng)態(tài)性能及高速性能大幅提高[11]。徐正平2009年創(chuàng)新是機(jī)床發(fā)展的不懈動(dòng)力 CIMT2009加工中心評(píng)述，通過對(duì)我國和歐美及日本等發(fā)達(dá)國家所展的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床進(jìn)行介紹，對(duì)比國內(nèi)和國外的產(chǎn)品，找出差距，從而得出創(chuàng)新是機(jī)床發(fā)展的不懈動(dòng)力的論點(diǎn)[12]提高[11]。徐正平2009年創(chuàng)新是機(jī)床發(fā)展的不懈動(dòng)力 CIMT2009加工中心評(píng)述，通過對(duì)我國和歐美及日本等發(fā)達(dá)國家所展的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床進(jìn)行介紹，對(duì)比國內(nèi)和國外的產(chǎn)品，找出差距，從而得出創(chuàng)新是機(jī)床發(fā)展的不懈動(dòng)力的論點(diǎn)[12]。葛榮雨，馮顯英，郭培全 2009年基于五軸數(shù)控機(jī)床弧面凸輪廓面創(chuàng)成方法研究， ：根據(jù)弧面凸輪廓面的成形運(yùn)動(dòng)分析。主軸擺動(dòng)單轉(zhuǎn)臺(tái)和雙轉(zhuǎn)臺(tái)兩大類通用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床可以用于等價(jià)創(chuàng)成弧面凸輪廓面?；诨∶嫱馆喞娴臄?shù)學(xué)模型。求解了兩大類數(shù)控機(jī)床創(chuàng)成廓面時(shí)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，并進(jìn)行了弧面凸輪廓面的創(chuàng)成仿真[13]。焦恩璋，陳美宏 2009年五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的軌跡控制研究，在分析了目前的數(shù)控加工自動(dòng)編程系統(tǒng)后，提出了一種以仿真實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床軌跡控制的新方法。該方法首先從提取加工路徑信息入手，建立了仿真所需要的驅(qū)動(dòng)函數(shù)。然后在 ADAMS平臺(tái)上。從加工起點(diǎn)發(fā)起仿真運(yùn)動(dòng)。加工過程仿真產(chǎn)生的各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，直接為五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的數(shù)控編程提供了控制依據(jù)。一個(gè)[14]。圓柱凸輪加工仿真的實(shí)例證明，用仿真結(jié)果替代傳統(tǒng)控制算法，使得五軸聯(lián)動(dòng)車床的數(shù)控編程[14]。李彩霞，楊潔明在 2010提出基于五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)刀具半徑補(bǔ)償?shù)难芯?，在深入研究平面刀具半徑補(bǔ)償原理的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了一種適合直線插補(bǔ)的二維刀具半徑補(bǔ)償通用公式，并結(jié)合空間變換原理，將三維空間內(nèi)的刀位點(diǎn)投影到二維平面內(nèi)，確定半徑補(bǔ)償方向，得出了三維空間刀具半徑補(bǔ)償?shù)乃惴?[15]。有沒有多維空間刀具半徑補(bǔ)償?shù)乃惴?，將來是不是可以向這個(gè)方向發(fā)展？莊朱協(xié)，王煒，嚴(yán)岳剛在 2010莊朱協(xié)，王煒，嚴(yán)岳剛在 2010年提出年基于加速度雙曲線的五軸聯(lián)動(dòng)NURBS曲線插補(bǔ)算法，指出該算法是三次樣條曲線的特例。提出如果某種加減速方法無法解決高階連續(xù)問題，不法，指出該算法是三次樣條曲線的特例。提出如果某種加減速方法無法解決高階連續(xù)問題，不妨把該方法用于更高一階圖像”的結(jié)論。論證了節(jié)點(diǎn)矢量預(yù)估計(jì)算公式中妨把該方法用于更高一階圖像”的結(jié)論。論證了節(jié)點(diǎn)矢量預(yù)估計(jì)算公式中V值的參數(shù)應(yīng)為 t。通過[17]。[16]。[17]。[16]。德國德馬吉公司的 DMU100．是其DMul00基礎(chǔ)上，取消原有工作臺(tái)部件擺動(dòng)軸 （B軸）進(jìn)行X、Y軸運(yùn)動(dòng)，工件旋轉(zhuǎn)軸DMUmonoBLOCK系列數(shù)控萬能銑床的新增產(chǎn)品。在原有的新配置帶頭架和尾座的工作臺(tái)部件。該機(jī)床結(jié)構(gòu)為刀具（A軸）進(jìn)行z軸運(yùn)動(dòng)。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善了機(jī)床的動(dòng)計(jì)算比較直接插補(bǔ)和預(yù)處理再插補(bǔ)的計(jì)算量，論證了后者能有效減小計(jì)算復(fù)雜度梁鋮 ，劉建群在 2010年提出五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，介紹五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在工業(yè)加工中的優(yōu)勢和重要性，從國內(nèi)、國外兩個(gè)方面闡述目前五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的現(xiàn)狀，最后從目前機(jī)床工業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)出發(fā)展望五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢態(tài)性能，并保證 z軸導(dǎo)軌的受力最合理，穩(wěn)定性增加、表面質(zhì)量提高、占地面積減小。機(jī)床底座結(jié)構(gòu)為漏斗型，可以保證最佳地回收切屑和冷卻液[18]結(jié)構(gòu)為漏斗型，可以保證最佳地回收切屑和冷卻液[18]。司徒渝葉輪五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究及在葉輪在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床中加工的流程及關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合體式葉輪的數(shù)控加工 [19]司徒渝葉輪五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究及在葉輪在五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床中加工的流程及關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合體式葉輪的數(shù)控加工 [19]。DMU100T機(jī)床中的實(shí)現(xiàn)，研究了整體式DMU100T機(jī)床的特點(diǎn)與性能實(shí)現(xiàn)了整德馬吉的“ ECOLINE德馬吉的“ ECOLINE”夢(mèng)想。德馬吉推出Ec0LINE,是為了使更多的用戶在早期階段能夠接觸德馬吉的設(shè)備，并了解德馬吉的服務(wù)及技術(shù)支持。那么，隨著用戶的不斷發(fā)展， 他能夠接觸德馬吉的設(shè)備，并了解德馬吉的服務(wù)及技術(shù)支持。那么，隨著用戶的不斷發(fā)展， 他[20][20]。們的需求會(huì)不斷釋放，從而使德馬吉更多的高端設(shè)備幫助其快速成長，繼而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步三、展望代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，從某種意義上說，反映了一個(gè)國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床在工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的作用，而且現(xiàn)在出現(xiàn)了新的特征，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)正在向高速、高效率、高可靠性、高精度、復(fù)合化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色化等方向發(fā)展，我國由于工業(yè)底子薄，裝備制造業(yè)水平比較低，生產(chǎn)出來的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車床質(zhì)量跟歐美和日本產(chǎn)品還存在一定的差距，落后就要挨打，面對(duì)歷史因素和現(xiàn)實(shí)的緊迫性，我國要想在接下了發(fā)展空間中占有一席之地，就需要做到以下幾點(diǎn)：1、 加大研發(fā)資金投入力度，加大加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，為設(shè)備研究做好理論準(zhǔn)備。2、 研究外國先進(jìn)設(shè)備技術(shù)，深研其中的核心知識(shí)。在仿照的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。3、 研究國內(nèi)外五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向，做到先人一步開展研發(fā)。4、了解國內(nèi)外各個(gè)用戶群體的需要，開發(fā)出適合不同用戶需要的設(shè)備。5、創(chuàng)新是保持領(lǐng)先的內(nèi)在要求，沒有創(chuàng)新就沒有進(jìn)步。國家應(yīng)該鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)行五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)。6、在保護(hù)好自己核心技術(shù)的前提下與其他先進(jìn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流。7、大力發(fā)展高端五軸聯(lián)動(dòng)車床，實(shí)施精品工程。四、小結(jié)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為當(dāng)今加工工業(yè)最重要的加工工具，隨著工業(yè)化的深入，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床必將應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，但是我國裝備制造業(yè)水平還比較低，五軸聯(lián)動(dòng)作為關(guān)鍵設(shè)備，打破國外技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)高端機(jī)床自給自足，實(shí)現(xiàn)“中國裝備裝備中國”任重而道遠(yuǎn)，國內(nèi)制造企業(yè)必須尋求突破，以高端產(chǎn)品為點(diǎn)，帶動(dòng)其他低端產(chǎn)品，繼而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)全線啟動(dòng)市場。參考文獻(xiàn)陳則仕，張秋菊叮種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與仿真研究27(12)： 36-39．趙世田，孫殿柱，孫肖霞．基于[J]叮造業(yè)自動(dòng)化，2005，UG／POST五軸聯(lián)動(dòng)加工中心專用后置處理器的研發(fā)[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，德國茲默曼公司開發(fā)出杜玉湘，陸啟建，劉明燈．五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用2008,37(3):14-16,20．燕紅波，楊慶東，劉芳．五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工技術(shù)的研究及應(yīng)用2006(1)：26-28，34．FZ25龍門銑床 [J]叮造技術(shù)與機(jī)床，2007，(5)：[J]．機(jī)械制造與自動(dòng)化137-137．[J]U機(jī)械工程師，2007(5)： 120-121D李培楠，郭銳鋒，黃艷等叮元數(shù)五軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)算法的研究2008,29(7)： 1362-1365．劉士玉,徐樹洛．五軸聯(lián)動(dòng)龍門加工中心現(xiàn)狀與發(fā)展探討(6)：84-87．[J]叮型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，[J]□產(chǎn)品與技術(shù)，2008，張曉輝，于東，胡皿一種新型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的研究2009,30(2)：371-375D黃堪豐，張平，簡啟叮基于壓， 2009,37(10D：54-57,29．李洪波叮軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)的探討 [J]叮屬加工，魏華亮．基于并聯(lián)技術(shù)高速加工大