5轴数控机床发展与应用探究

5轴数控机床发展与应用探究

彭湘杨芳伍

江南工业集团有限公司湖南省湘潭市411207

摘要：文章介绍五轴联动数控机床的发展，并且重点分析五轴联动数控机床在目前的工业生产中应用时所表现出的优点以及在不同行业中进行零件加工的应用情况，以供参考。

关键词：5轴数控机床；发展；应用

1引言

五轴联动数控机床的制造和加工技术是目前数控技术中难度最大的工业技术，也是一个国家工业化水平的标志之一，其应用了目前比较先进的计算机控制技术、高性能伺服驱动技术和精密加工技术等，可以进行比较精密且复杂的曲面等工件的高效和自动化加工，在目前的船舶、航空航天、军工等行业中主要进行高精度的模具以及仪器等关键设备的加工。在五轴联动数控加工技术的应用中，其不仅可以通过一次装夹就可以完成除了安装基面之外所有面的铣、钻和镗等工序之外，还能进行比较复杂的内凹面以及复杂多面体零件的加工，而且加工之后的工件具有更为连续和光滑的表面，不仅具有较高的加工质量和精度，而且具有较高的加工效率。

25轴机床的发展

机械加工一直都是一个国家经济的发展的支柱产业，且在我国的装备制造业中占据重要的地位，而目前的机械加工中数控机床加工是目前的主要形式，数控机床也成为装备制造业中的工作母机，是代表一个国家先进生产力和军工现代化技术的战略装备。在目前全世界的数控机床类型中，五轴联动数控机床是最先进的机床设备，也正是由于其具有较高制造技术和加工技术难度，所以通常将五轴联动数控机床技术作为一个国家的工业水平的象征和标志。其不仅可以代替传统的数控机床，而且还能进行传统数控机床所不具备的铣和镗等工序，并且能够进行自动化生产线的建设和应用，从而可以大大提高一个企业的生产效率，对于促进工业领域甚至是一个国家制造行业的快速发展起到推动作用。尤其是在目前各个行业新产品和新设备的需求量不断增加，而且陆续在研发和生产制造的过程中，五轴联动数控机床的需求也不断增加，为推动我国机床制造业由高端产品制造商向高端设备制造商砖型发挥着重要作用，也为推动我国新型工业化的发展具有深渊的影响。

35轴数控机床的优势

3.1速度快、效率高

根据目前对五轴联动数控机床和传统的三轴数控机床的应用进行比较可知，其生产能力要提高几倍甚至是几十倍，而且主要是由于五轴联动数控机床在各个机构、单元和部件上都有大幅度的提升，所以突破了传统数控机床的加工速度，使得其加工和制造速度有了大幅度地提高。其主要表现为转速的提高，并且与其他的加工制造技术进行综合利用，大大提高了加工制造的整体效率。

3.2具有较高的零件加工精度和质量

五轴联动数控机床采用球头铣刀的圆弧部分或者非顶部分等最佳的集合形状切削刀具，在提高零件加工效率的同时，对零件表面的粗糙度进行了极大的改善，不仅提高了零件的加工质量和精度，也减少了零件的返工率与废品率。而且可以实现对加工策略和编程技术的优化来实现对空间曲面零件的直接加工，表面粗糙度也已经能够达到N5级的较高水平。

3.3对零件加工费用进行有效降低

由于五轴联动数控机床可以同时进行传统数控机床无法同时完成的铣和镗等工序，所以是将多种不同的机床进行综合，一次加工就可以完成多道加工工序，不仅减少了其他机床的需求量和投资费用，而且由于减少零件的转序加工和不同工序的装夹以及搬运次数，也节省了不同工序以及搬运所需要的运输装置和时间以及空间占用，同时由于工序的节省也缩短了生产周期，所以对于生产费用的降低起到显著的作用，并大大提高了制造车间产品的生产能力。同时由于五轴数控机床可以采用较少的专用道具和夹具就可以完成复杂工件的加工，在提高加工效率的同时，也减少了专用刀具和夹具的费用。

3.4实现全数字化生产

随着目前人工智能技术的发展，以及各种智能化的设备和仪表不断应用于装备制造企业中，推动了制造企业数字化生产水平的提高。对于产品的机械加工来说，其产品的全数字化不仅仅是表现在能够实现实体模型的加工，而且可以进行总装配系统的数字化，并确保产品零件精度的重复一致性。而采用五轴联动数控机床则可以实现产品全数字化的要求，并且由于提高了自动化加工的水平，减少了由于人为因素而导致的误差等因素，所以也大大提高了加工精度，为实现可视化集成数字化设计、制造与管理的一体化系统的构建，发挥着重要作用。

3.5高可靠性

根据目前对于五轴联动数控机床的使用情况进行统计可知，目前进行复杂曲面采用五轴联动数控机床进行加工时的平均无故障时间能够超过20000h，这不仅仅是在五轴联动数控机床中对于高科技的新产品和材料以及先进技术的应用，而且在机床的内部系统中也进行了多种报警措施的设置，能够确保在机床运行中发生参数异常或者出现故障隐患时能够进行自动诊断并发出警报提醒工作人员，并通过相应的安全防护措施及时进行临时调整和调节来确保机床的运行安全。这不仅减轻了操作人员的工作强度，也节省了机床检修和维护所消耗的人力和物力以及费用。此外，其运行中不会产生对环境造成污染的气体、液体等，所以不会对社会造成二次伤害，具有绿色化的特点。

4轴数控机床的应用

4.1在具有复杂空间曲面产品零件中的应用

五轴联动数控机床最大的优点就是可以对复杂空间曲面的产品零件进行加工，不仅如此，还针对传统的三轴数控机床在进行产品零件加工时需要多台机床、多次装夹，而且需要在加工完成之后进行大量的人工修整导致生产加工周期较长以及成本较高的缺点进行改善，所以在目前宇航、船舶、电力以及核工业等制造业中，进行压气机、涡轮燃机以及发电机组等其中具有较为复杂结构且为空间曲面的叶片、整体叶轮或者螺旋桨叶等零件的加工。

4.2在具有复杂多面体带孔系结构件中的应用

在宇航、汽车制造业等工业制造行业中，需要数量较多的具有较为复杂的多面体且带孔系的结构件，比如汽车缸盖、汽缸箱体、泵体以及变速箱体等，在没有采用五轴联动数控机床进行加工之前，不仅需要进行多次装夹和多工序加工，而且具有较高的测量和装夹定位的难度，不仅具有较长时间的加工并消耗较多的成本，而且许多加工精度无法保证。而采用五轴联动数控机床则可以明显缩短生产周期约30%~70%。而且可以实现对一些具有个性化的专利产品进行加工、

4.3取代原有的EMD加工

在传统的方法中进行电极加工和模具加工等模具制造业加工中，需要采用电火花加工来进行补充加工，而且此工作量占到模具生产周期的30%~65%左右。而采用五轴联动数控机床之后取代了制造电极和大量的补充加工，从而对补充加工生产周期和生产成本进行有效降低。

5结语

在目前我国提出中国制造2025且我国装备制造业快速发展，为我国的经济发展发挥重要作用的阶段，为了满足工业生产制造中对于复杂和精密零件的加工需求，以及对于提高机械制造生产效率和降低成本的要求，五轴联动数控机床具有显著的优势并满足以上要求，在目前我国的军工企业以及民用企业中正在逐步推广使用，并推动了机械制造业的自动化和智能化水平的提高。

参考文献：

[1]陈涛,周莉.五轴联动数控机床及其应用[J].模具制造,2012(8):74-76.

[2]宋文学,张军前,刘兴良.基于UGNX的五轴联动数控机床后处理的开发[J].制造技术与机床,2013(12):147-150.

作者简介：彭湘，男，1983，本科，高级工程师/高级技师，数控加工技术