五軸聯(lián)動數(shù)控機床技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

五軸聯(lián)動數(shù)控機床技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢摘要：介紹五軸聯(lián)動數(shù)控機床在工業(yè)加工中的優(yōu)勢和重要性，從國內、國外兩個方面闡述目前五軸聯(lián)動數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀，最后從目前機床工業(yè)發(fā)展動態(tài)出發(fā)展望五軸聯(lián)動數(shù)控機床的發(fā)展趨勢。關鍵詞：五軸聯(lián)動數(shù)控機床技術現(xiàn)狀發(fā)展趨勢Abstract：Theadvantagesandimpo~anceoffive—axisCNCmachinetoolsinindustrialmachiningarepresented．Thestatusquoofdevelopmentoffive—axisCNCmachinetoolsathomeandabroadisdescribedandtheirdevelopingprospectgiven．[17]KeyWords：Five——axisCNCMachineToolsTechnologyStatusDevelopingTrends一、 簡介五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。目前，五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。二、國內外研究現(xiàn)狀陳則仕，張秋菊 2005年提出一種五軸聯(lián)動機器人運動學建模與仿真研究，探討在 VCDD6．0集成編程環(huán)境下，調用 OpenGL實現(xiàn)機器人的建模與仿真。對一種五軸聯(lián)動機器人首先建立幾何模型，對其正逆運動學問題進行分析求解，然后建立友好人機交互界面，對機器人示教再現(xiàn)過程進行模擬，最終實現(xiàn)讓機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)動機器人研究開辟新的道路，為五軸聯(lián)動機器人的實用化做好理論實踐經驗。趙世田，孫殿柱，孫肖霞 2006年提出基于 UGDPOST五軸聯(lián)動加工中心專用后置處理器的研發(fā)，通過結舍 UGDPostBuilder后置處理器開發(fā)工具和上述后置處理算法，開發(fā)了該機床的專用后置處理器，并通過試驗進一步驗證了該后置處理器的正確性和實用性 [2]。德國茲默曼公司 2007年開發(fā)出FZ25龍門銑床，標志著 Zimmermann（茲默曼）公司再次擴展了其高度專業(yè)化的五軸聯(lián)動 HSC龍門銑床的應用范圍。 FZ25非常適合大工件的干式切削，尤其是輕型的復合材料的加工，例如碳纖維和玻璃纖維強化塑料、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)動數(shù)控機床的結構和應用，介紹了五軸聯(lián)動數(shù)控機床的幾種結構及其特點和發(fā)展趨勢；闡述了幾種五軸聯(lián)動機床加工的加工造型、編程 （CADDCAM系統(tǒng)）及其優(yōu)缺點；詳細描述了五軸聯(lián)動數(shù)控機床對數(shù)控系統(tǒng)的要求及四開公司五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的關鍵參數(shù)；列舉了四開公司歷年來參展的五軸聯(lián)動數(shù)控機床及現(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)動的數(shù)控加工技術的研究及應用，五軸聯(lián)動加工以其高柔性 ,高復合性 ,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雜已經成為提高數(shù)控加工技術的一大瓶頸問題 .本文介紹了多軸聯(lián)動數(shù)控加工中心的結構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例 ，并對某一新型的五軸聯(lián)動機床闡述了其各軸的坐標變換關系 ,開發(fā)了后處理系統(tǒng) ,為多軸聯(lián)動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)動插補算法的研究，設計一種基于四元數(shù)五軸聯(lián)動的插補算法，不僅簡化了插補計算量，同時能夠使刀具從一點平穩(wěn)的運動到另一點，而且插補的軌跡更光滑連續(xù)．文章引入四元數(shù)理論，重點研究了四元數(shù)在構造數(shù)學模型和運動變換中的應用，并在Matlab中成功的進行了仿真叮驗結果表明了該算法的可行性運動變換中的應用，并在Matlab中成功的進行了仿真叮驗結果表明了該算法的可行性[6]。四元數(shù)是最簡單的超復數(shù)，那可不可以引入其他元數(shù)理論，產生的效果將會是怎么樣呢？劉士玉 ,徐樹洛在 2008年提出五軸聯(lián)動龍門加工中心現(xiàn)狀與發(fā)展探討，通過對五軸聯(lián)動龍門加工中心現(xiàn)狀的分析，總結了機床總體結構特點，找出了國內外機床在技術上的差距。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)做大做強的必由之路床進行加工的功能[8]床進行加工的功能[8]。張曉輝，于東，胡毅等2009年提出一種新型五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的研究，詳細描述了該五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的結構，對其中的RTCP模塊和基于四元數(shù)的空間運動學變換模塊進行了重點探討，并對該數(shù)控系統(tǒng)進行了測試．實驗結果表明該數(shù)控系統(tǒng)具備一個工作程序在不同結構的機黃堪豐，張平，簡啟廉在 2009年提出基于 NURBS曲線的五軸聯(lián)動數(shù)控插補算法研究，針對復雜曲面實際加工中五軸線性插補存在的不足，研究一種基于雙 NCRBS曲線的五軸聯(lián)動插補算法，能有效提高零件加工效率與表面精度；同時對插補前進行三次樣條曲線加減速處理，減小加加速度階躍性變化對機床造成的往復振動；通過 UG二次開發(fā)成雙 NCRBS樣條代碼實例，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)動加工技術的探討，過去，五軸聯(lián)動技術都掌握在歐美 H等發(fā)達國家手中，嚴禁向中國出口。但是，隨著中國國內對該項技術的迫切需求，國外的禁運狀況有所緩解，同時，國內一些數(shù)控系統(tǒng)廠商，如華中數(shù)控大森數(shù)控等，也都適時推出了具有自主知識產權的五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)，使得五軸聯(lián)動加工終于揭開神秘面紗，得到了越來越廣泛的應用[10]。魏華亮 2009年提出基于并聯(lián)技術高速加工大型工件的車載式五軸聯(lián)動機床，基于并聯(lián)技術，設計了高速加工大型工件的車載式五軸聯(lián)動車床，采用核心模塊的并聯(lián)機構僅有 6個關節(jié)、 10個自由度，相對前一代并聯(lián)車床的關節(jié)數(shù)及自由度數(shù)大為減少，剛性，動態(tài)性能及高速性能大幅提高[11]。徐正平2009年創(chuàng)新是機床發(fā)展的不懈動力 CIMT2009加工中心評述，通過對我國和歐美及日本等發(fā)達國家所展的五軸聯(lián)動數(shù)控車床進行介紹，對比國內和國外的產品，找出差距，從而得出創(chuàng)新是機床發(fā)展的不懈動力的論點[12]提高[11]。徐正平2009年創(chuàng)新是機床發(fā)展的不懈動力 CIMT2009加工中心評述，通過對我國和歐美及日本等發(fā)達國家所展的五軸聯(lián)動數(shù)控車床進行介紹，對比國內和國外的產品，找出差距，從而得出創(chuàng)新是機床發(fā)展的不懈動力的論點[12]。葛榮雨，馮顯英，郭培全 2009年基于五軸數(shù)控機床弧面凸輪廓面創(chuàng)成方法研究， ：根據(jù)弧面凸輪廓面的成形運動分析。主軸擺動單轉臺和雙轉臺兩大類通用五軸聯(lián)動數(shù)控機床可以用于等價創(chuàng)成弧面凸輪廓面。基于弧面凸輪廓面的數(shù)學模型。求解了兩大類數(shù)控機床創(chuàng)成廓面時的運動坐標，并進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)動機床的軌跡控制研究，在分析了目前的數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)后，提出了一種以仿真實現(xiàn)五軸聯(lián)動機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動函數(shù)。然后在 ADAMS平臺上。從加工起點發(fā)起仿真運動。加工過程仿真產生的各軸運動參數(shù)信息，直接為五軸聯(lián)動機床的數(shù)控編程提供了控制依據(jù)。一個[14]。圓柱凸輪加工仿真的實例證明，用仿真結果替代傳統(tǒng)控制算法，使得五軸聯(lián)動車床的數(shù)控編程[14]。李彩霞，楊潔明在 2010提出基于五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)刀具半徑補償?shù)难芯?，在深入研究平面刀具半徑補償原理的基礎上，推導出了一種適合直線插補的二維刀具半徑補償通用公式，并結合空間變換原理，將三維空間內的刀位點投影到二維平面內，確定半徑補償方向，得出了三維空間刀具半徑補償?shù)乃惴?[15]。有沒有多維空間刀具半徑補償?shù)乃惴?，將來是不是可以向這個方向發(fā)展？莊朱協(xié)，王煒，嚴岳剛在 2010莊朱協(xié)，王煒，嚴岳剛在 2010年提出年基于加速度雙曲線的五軸聯(lián)動NURBS曲線插補算法，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”的結論。論證了節(jié)點矢量預估計算公式中妨把該方法用于更高一階圖像”的結論。論證了節(jié)點矢量預估計算公式中V值的參數(shù)應為 t。通過[17]。[16]。[17]。[16]。德國德馬吉公司的 DMU100．是其DMul00基礎上，取消原有工作臺部件擺動軸 （B軸）進行X、Y軸運動，工件旋轉軸DMUmonoBLOCK系列數(shù)控萬能銑床的新增產品。在原有的新配置帶頭架和尾座的工作臺部件。該機床結構為刀具（A軸）進行z軸運動。此種結構設計，改善了機床的動計算比較直接插補和預處理再插補的計算量，論證了后者能有效減小計算復雜度梁鋮 ，劉建群在 2010年提出五軸聯(lián)動數(shù)控機床技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，介紹五軸聯(lián)動數(shù)控機床在工業(yè)加工中的優(yōu)勢和重要性，從國內、國外兩個方面闡述目前五軸聯(lián)動數(shù)控機床發(fā)展的現(xiàn)狀，最后從目前機床工業(yè)發(fā)展動態(tài)出發(fā)展望五軸聯(lián)動數(shù)控機床的發(fā)展趨勢態(tài)性能，并保證 z軸導軌的受力最合理，穩(wěn)定性增加、表面質量提高、占地面積減小。機床底座結構為漏斗型，可以保證最佳地回收切屑和冷卻液[18]結構為漏斗型，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)動數(shù)控加工關鍵技術研究及在葉輪在五軸聯(lián)動機床中加工的流程及關鍵技術，并結合體式葉輪的數(shù)控加工 [19]司徒渝葉輪五軸聯(lián)動數(shù)控加工關鍵技術研究及在葉輪在五軸聯(lián)動機床中加工的流程及關鍵技術，并結合體式葉輪的數(shù)控加工 [19]。DMU100T機床中的實現(xiàn)，研究了整體式DMU100T機床的特點與性能實現(xiàn)了整德馬吉的“ ECOLINE德馬吉的“ ECOLINE”夢想。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備，并了解德馬吉的服務及技術支持。那么，隨著用戶的不斷發(fā)展， 他能夠接觸德馬吉的設備，并了解德馬吉的服務及技術支持。那么，隨著用戶的不斷發(fā)展， 他[20][20]。們的需求會不斷釋放，從而使德馬吉更多的高端設備幫助其快速成長，繼而推動產業(yè)進步三、展望代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。五軸聯(lián)動數(shù)控車床在工業(yè)生產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)動數(shù)控技術正在向高速、高效率、高可靠性、高精度、復合化、智能化、網絡化、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，生產出來的五軸聯(lián)動數(shù)控車床質量跟歐美和日本產品還存在一定的差距，落后就要挨打，面對歷史因素和現(xiàn)實的緊迫性，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：1、 加大研發(fā)資金投入力度，加大加強基礎理論研究，為設備研究做好理論準備。2、 研究外國先進設備技術，深研其中的核心知識。在仿照的基礎上進行創(chuàng)新。3、 研究國內外五軸聯(lián)動技術的發(fā)展方向，做到先人一步開展研發(fā)。4、了解國內外各個用戶群體的需要，開發(fā)出適合不同用戶需要的設備。5、創(chuàng)新是保持領先的內在要求，沒有創(chuàng)新就沒有進步。國家應該鼓勵企業(yè)進行五軸聯(lián)動技術的研發(fā)。6、在保護好自己核心技術的前提下與其他先進企業(yè)進行技術交流。7、大力發(fā)展高端五軸聯(lián)動車床，實施精品工程。四、小結五軸聯(lián)動數(shù)控機床已經成為當今加工工業(yè)最重要的加工工具，隨著工業(yè)化的深入，五軸聯(lián)動數(shù)控機床必將應用于更加廣泛的領域，但是我國裝備制造業(yè)水平還比較低，五軸聯(lián)動作為關鍵設備，打破國外技術壟斷，實現(xiàn)高端機床自給自足，實現(xiàn)“中國裝備裝備中國”任重而道遠，國內制造企業(yè)必須尋求突破，以高端產品為點，帶動其他低端產品，繼而實現(xiàn)產全線啟動市場。參考文獻陳則仕，張秋菊叮種五軸聯(lián)動機器人運動學建模與仿真研究27(12)： 36-39．趙世田，孫殿柱，孫肖霞．基于[J]叮造業(yè)自動化，2005，UG／POST五軸聯(lián)動加工中心專用后置處理器的研發(fā)[J]．組合機床與自動化加工技術，德國茲默曼公司開發(fā)出杜玉湘，陸啟建，劉明燈．五軸聯(lián)動數(shù)控機床的結構和應用2008,37(3):14-16,20．燕紅波，楊慶東，劉芳．五軸聯(lián)動的數(shù)控加工技術的研究及應用2006(1)：26-28，34．FZ25龍門銑床 [J]叮造技術與機床，2007，(5)：[J]．機械制造與自動化137-137．[J]U機械工程師，2007(5)： 120-121D李培楠，郭銳鋒，黃艷等叮元數(shù)五軸聯(lián)動插補算法的研究2008,29(7)： 1362-1365．劉士玉,徐樹洛．五軸聯(lián)動龍門加工中心現(xiàn)狀與發(fā)展探討(6)：84-87．[J]叮型微型計算機系統(tǒng)，[J]□產品與技術，2008，張曉輝，于東，胡皿一種新型五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的研究2009,30(2)：371-375D黃堪豐，張平，簡啟?；趬海?2009,37(10D：54-57,29．李洪波叮軸聯(lián)動加工技術的探討 [J]叮屬加工，魏華亮．基于并聯(lián)技術高速加工大