幾十年來，人們普遍認為五軸數控加工技術是加工連續(xù)、平滑、復雜曲面的惟一手段。一旦人們在設計、制造復雜曲面遇到無法解決的難題，就會求助五軸加工技術。早在20世紀60年代，國外航空工業(yè)生產中就開始采用五軸數控銑床。目前五軸數控機床的應用仍然局限于航空、航天及其相關工業(yè)。

五軸聯(lián)動數控是數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術，它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。國際上把五軸聯(lián)動數控技術作為一個國家生產設備自動化水平的標志。由于其特殊的地位，特別是對于航空、航天、軍事工業(yè)的重要影響，以及技術上的復雜性，西方工業(yè)發(fā)達國家一 直把五軸數控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度，對我國實行禁運。因而，研究五軸數控加工技術對國家科技力量和綜合國力的提高有重要意義。

符合數控機床發(fā)展的新方向

近幾年國際、國內機床展表明，數控機床正朝著高速度、高精度、復合化的方向發(fā)展。復合化的目標是在一臺機床上利用一次裝夾完成大部分或全部切削加工，以保證工件的位置精度，提高加工效率。國外數控鏜銑床、加工中心為適應多面體和曲面零件加工，均采用多軸加工技術，包括五軸聯(lián)動功能。在加工中心上擴展五軸聯(lián)動功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系統(tǒng)的進一步集成化。最近國際機床業(yè)出現(xiàn)了一個新概念，即萬能加工，數控機床既能車削又能進行五軸銑削加工。五軸數控機床在國內外的實際應用表明，其加工效率相當于兩臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產流水線的投資，大大節(jié)約了占地空間和工件在不同制造單元之間的周轉運輸的時間和花費。

發(fā)展和推廣的難點及阻力何在

顯然，人們早已認識到五軸數控技術的優(yōu)越性和重要性。但到目前為止，五軸數控技術的應用仍然局限于少數資金雄厚的部門，并且仍然存在尚未解決的難題。五軸數控技術為何久久未能得以廣泛普及？五軸數控加工由于干涉和刀具在加工空間的位姿控制，其數控編程、數控系統(tǒng)和機床結構遠比三軸機床復雜得多。目前，五軸數控技術在全球范圍 內普遍存在以下問題。

五軸數控編程抽象、操作困難

這是每一個傳統(tǒng)數控編程人員都深感頭疼的問題。三軸機床只有直線坐標軸，而五軸數控機床結構形式多樣；同一段NC代碼可以在不同的三軸數控機床上獲得同樣的加工效果，但某一種五軸機床的NC代碼卻不能適用于所有類型的五軸機床。數控編程除了直線運動之外，還要協(xié)調旋轉運動的相關計算，如旋轉角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉運動計算等，處理的信息量很大，數控編程極其抽象。

五軸數控加工的操作和編程技能密切相關，如果用戶為機床增添了特殊功能，則編程和操作會更復雜。只有反復實踐，編程及操作人員才能掌握必備的知識和技能。經驗豐富的編程、操作人員的缺乏，是五軸數控技術普及的一大阻力。

刀具半徑補償困難

在五軸聯(lián)動NC程序中，刀具長度補償功能仍然有效，而刀具半徑補償卻失效了。以圓柱銑刀進行接觸成形銑削時，需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC系統(tǒng)均無法完成刀具半徑補償，因為ISO文件中沒有提供足夠的數據對刀具位置進行重新計算。用戶在進行數控加工時需要頻繁換刀或調整刀具的確切尺寸，按照正常的處理程序，刀具軌跡應送回CAM系統(tǒng)重新進行計算。從而導致整個加工過程效率十分低下。

對這個問題的最終解決方案，有賴于引入新一代CNC控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠識別通用格式的工件模型文件(如STEP等)或CAD系統(tǒng)文件。

購置機床需大量投資

以前五軸機床和三軸機床之間的價格懸殊很大。現(xiàn)在，三軸機床附加一個旋轉軸基本上就是普通三軸機床的價格，這種機床可以實現(xiàn)多軸機床的功能。同時，五軸機床的價格也僅僅比三軸機床的價格高出30%～50%。

除了機床本身的投資之外，還必須對CAD/CAM系統(tǒng)軟件和后置處理器進行升級，使之適應五軸加工的要求；必須對校驗程序進行升級，使之能夠對整個機床進行仿真處理。

國內五軸數控技術發(fā)展狀況與市場分析

五軸聯(lián)動數控機床，是電力、船舶、航空航天、高精密儀器等民用工業(yè)和軍事工業(yè)等部門迫切需要的關鍵加工設備。西方發(fā)達國家長期對我國實行禁運。

從1999年開始，在CIMT、CCMT等國際、國內機床展覽會上，首先是國內的五軸數控機床產品紛紛亮相，國內五軸數控機床的市場逐漸打開，隨后國際機床巨頭紛至沓來，五軸數控機床的品種和數量逐年上升：CIM T99、CCMT2000分別推出3臺國產五軸聯(lián)動機床；CIMT2001國際機床展覽會上，北京第一機床廠和桂林機床股份有限公司分別展出了主軸轉速10000r/min的五軸高速龍門加工中心，北京市機電院的主軸轉速15 000r/min 的五軸高速立式加工中心；清華大學與昆明機床股份有限公司聯(lián)合研制的XNZ63，采用標準Stewart平臺結構，可實現(xiàn)六自由度聯(lián)動；大連機床廠自行研制的串并聯(lián)機床 DCB—510，其數控系統(tǒng)由清華大學開發(fā)，該機床通過并聯(lián)機構實現(xiàn)X、Y、Z軸直線運動，由串聯(lián)機構實現(xiàn)A、C軸旋轉運動，從而實現(xiàn)五軸聯(lián)動，其直線快速進給速度可達80m/min。這些機床均已達到國際先進水平，體現(xiàn)出我國機床工業(yè)為國防尖端工業(yè)發(fā)展提供裝備的實力又有突破性提高。中國機床工業(yè)的發(fā)展，利用自己研制的高、精、尖產品參與國際競爭，打破了國際技術壟斷，國際機床巨頭們不愿失去中國這個大有潛力可挖的市場，于是蜂擁而來，把他們的產品“送上門來”：國外展團共展出五軸加工中心8臺、五軸車銑加工中心1臺、五軸數控刀具磨床5臺。

我國數控技術及其設備在各工業(yè)部門中的應用整體水平仍然偏低，與工業(yè)發(fā)達國家相比差距很大。為了實現(xiàn)“十五”規(guī)劃的發(fā)展目標，各部門迫切需要進一步大力發(fā)展數控加工技術，亟須配置大量的各類工藝設備，尤其是數控機床設備。對于數控機床設備的主要技術要求是多軸、高速、剛性好、功率大；對坐標數的需求，以三至五軸聯(lián)動為主。對于關鍵零件形狀復雜的行業(yè)，如航空、電力、船舶、模具制造業(yè)等，其生產部門對多軸機床要求比例較大，新增五軸數控機床大約占數控機床總數的70%～80%。