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1. 緒論

數控機床作為裝備制造業的“工業母機”，是實現國民經濟快速、穩定發展以及加快國防現代化建設的重要戰略性裝備，且中、高端數控機床的數量是衡量一個國家工業現代化水平和綜合國力的重要標志。隨著數控技術的不斷發展，五軸聯動數控加工中心能夠一次性加工三軸數控加工中心所不能加工的大型、復雜自由曲面，提供更高的加工精度和生產效率，應用在船舶、航天、精密儀器和軍工等國家高、精、尖端行業。因此，五軸聯動數控技術一直是世界各國裝備制造業研究的重點。

1.1課題背景及意義

1.1.1我國五軸數控技術發展現狀

五軸聯動數控技術是數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術，體現在它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體^[1]。五軸聯動數控機床是五軸聯動數控技術的集中體現，它是在三軸數控機床X、Y、Z三個直線坐標軸的基礎上增加兩個旋轉軸，加工時實現五個軸的同時動作，使刀具可以在任何一點以任意角度對零件進行切削加工，所以五軸聯動數控機床被認為是加工連續、平滑和多復雜曲面零部件最有效的手段之一^[2]。根據兩個旋轉軸的組合形式，五軸聯動數控機床大體上分為：雙轉臺式、雙擺頭式以及轉臺加擺動三類，其中雙轉臺結構的五軸聯動數控機床具有結構簡單、制造成本低等特點，市場上數量最多動，其結構如圖1.1所示。

然而五軸聯動數控機床并未在國內外市場上得到廣泛的應用，主要有以下原因：

(1) 五軸數控編程需要同時給出空間的五個坐標位置，因此編程非常困難。

(2) 刀具半徑補償困難五軸聯動數控加工的NC程序中，刀具的長度補償功能和刀具半徑補償功能二者很難兼得，而現有CNC系統還不具備完成刀具半徑補償功能^[3]。

(3) 后置處理技術亟需提高國產的五軸后置處理器沒有針對五軸機床的位置特點進行重新開發，大多是在三軸后置處理器基礎上改造而成的，因此一定程度上限制了五軸機整體性能的發揮。

(4) 成本很高除購買五軸數控機床外，還要支付昂貴的數控系統、配套軟件和人員培訓等費用，需要投入大量的資金，一般企業難以承受。

近幾年，隨著我國高端制造業和國民濟經濟的快速發展，機械設備中大型、復雜、高精度的零件越來越多。三軸數控加工中心存在加工效率低、需要多次裝夾、無法保證精度等問題，難以滿足高端數控制造的要求，而五軸聯動數控加工中心可解決這些問題，減少配套加工設備的投入，因此在加工飛機發動機葉片、大型柴油機曲軸、精密醫療器械等精密零件中得到廣泛地應用。目前，五軸聯動數控技術正朝著高精度、復合化、智能化和網絡化等方向發展^[4]。

雖然我國也能制造五軸聯動數控機床，如：沈陽機床廠生產的HTM63150iy 五軸車銑復合機床,VMC650m高速五軸加工中心，南京四開公司的SKY5-70100 雙轉臺型五軸聯動高速數控加工中心等，但這些五軸機大部分采用的是國外的數控系統，我國自主研發的高端數控系統在性能和加工精度上與國外的相比存在很大差距，因此，進一步提升高端數控系統的性能是我國發展五軸數控技術需要不斷研究的一個重大課題。