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(zhuān)門(mén)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(guó)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。

國(guó)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VC＋＋6．0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(wèn)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(guò)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。該方法為五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人研究開(kāi)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UG／POST五軸聯(lián)動(dòng)加工中心專(zhuān)用后置處理器的研發(fā)，通過(guò)結(jié)舍UG／PostBuilder后置處理器開(kāi)發(fā)工具和上述后置處理算法，開(kāi)發(fā)了該機(jī)床的專(zhuān)用后置處理器，并通過(guò)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。

德國(guó)茲默曼公司2007年開(kāi)發(fā)出FZ25龍門(mén)銑床，標(biāo)志著Zimmermann（茲默曼）公司再次擴(kuò)展了其高度專(zhuān)業(yè)化的五軸聯(lián)動(dòng)HSC龍門(mén)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(shù)脂、亞安酯、聚苯乙稀等。

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(shì)；闡述了幾種五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工的加工造型、編程(CAD／CAM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(kāi)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(kāi)公司歷年來(lái)參展的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床及現(xiàn)場(chǎng)加工工件的情況。

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(lái)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(wèn)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(kāi)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(jiǎn)化了插補(bǔ)計(jì)算量，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．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該算法的可行性。四元數(shù)是最簡(jiǎn)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(shù)洛在2008年提出五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)加工中心現(xiàn)狀與發(fā)展探討，通過(guò)對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)龍門(mén)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(guó)內(nèi)外機(jī)床在技術(shù)上的差距。提出了高端機(jī)床發(fā)展的相關(guān)理念。高端機(jī)床也意味著高技術(shù)，高投入和高產(chǎn)出。向高端技術(shù)發(fā)展，是我國(guó)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。

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(cè)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)床進(jìn)行加工的功能。

黃堪豐，張平，簡(jiǎn)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；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(guò)UG二次開(kāi)發(fā)成雙NCRBS樣條代碼實(shí)例，表明其具有顯著的優(yōu)越性。

李洪波2009年提出五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)的探討，過(guò)去，五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)都掌握在歐美H等發(fā)達(dá)國(guó)家手中，嚴(yán)禁向中國(guó)出口。但是，隨著中國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的迫切需求，國(guó)外的禁運(yùn)狀況有所緩解，，國(guó)內(nèi)一些數(shù)控系統(tǒng)廠商，如華中數(shù)控大森數(shù)控等，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(kāi)神秘面紗，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

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(chē)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(chē)載式五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)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(chē)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。

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(guò)對(duì)我軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車(chē)床進(jìn)行介紹，對(duì)比國(guó)內(nèi)和國(guó)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)。

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(lèi)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。基于弧面凸輪廓面的數(shù)學(xué)模型。求解了兩大類(lèi)數(shù)控機(jī)，并進(jìn)行了弧面凸輪廓面的創(chuàng)成仿真。

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(guò)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)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(chē)床的數(shù)控編程變得更加容易和快捷。該方法同樣適合解決其它多軸聯(lián)動(dòng)設(shè)備的軌跡控制。

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?。有沒(méi)有多維空間刀具半徑補(bǔ)償?shù)乃惴?，將?lái)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(wú)法解決高階連續(xù)問(wèn)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V值的參數(shù)應(yīng)為t。通過(guò)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。

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(shuō)，反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車(chē)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、、柔性化、綠色化等方向發(fā)展，我國(guó)由于工業(yè)底子薄，裝備制造業(yè)水平比較低，生產(chǎn)出來(lái)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控車(chē)床質(zhì)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(guó)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)：

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。

研究外國(guó)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。

研究國(guó)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(kāi)展研發(fā)。

了解國(guó)內(nèi)外各個(gè)用戶群體的需要，開(kāi)發(fā)出適合不同用戶需要的設(shè)備。

創(chuàng)新是保持領(lǐng)先的內(nèi)在要求，沒(méi)有創(chuàng)新就沒(méi)有進(jìn)步。國(guó)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)。

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。

大力發(fā)展高端五軸聯(lián)動(dòng)車(chē)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(guó)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(guó)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(guó)裝備裝備中國(guó)”任重而道遠(yuǎn)，國(guó)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)。

關(guān)注最新技術(shù)第十五屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床工具展覽會(huì)（CIMES2020）將于2020年5月18-22，在北京中國(guó)國(guó)際展覽中心新館（順義）舉辦，歡迎您蒞臨指導(dǎo)。