五轴数控机床十篇

五轴数控机床篇1

关键词 五轴；数控机床；加工后处理

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0109-02

1 五轴数控机床的构造及特点

1.1 五轴数控机床的两种加工中心特点

五轴数控机床在生产业中广泛应用与航空航天业、军事领域、科研领域、精密器械领域以及高精医疗设备等。常见的五轴数控机床包括立式五轴加工中心和卧式五轴加工中心。

1.1.1 立式五轴加工中心

立式五轴加工中心的回转轴包括两种形式：1）工作台回转轴，工作台可以环绕X轴回转，这种工作台一般设置在床身上，可定义为直线轴，直线轴工作范围一般为正三十度至负一百二十度；2）工作台的中间另设有另外一个回转台，环绕另一个轴回转，可将其定义为旋转轴，旋转轴都是三百六十度回转。这样通过直线轴与旋转轴的组合，除了工作台底面部分的工件以外，其余的五个面均可以利用这这种机床进行加工。直线轴和旋转轴最小分度值一般为0.001度，因此，又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。

这类加工中心的优点在于，主轴的结构简单加工非常灵活、刚性好、保证有一定的线速度、加工质量高，制造成本较低，但是也有其局限性，工作台不能够设计较大的空间，承重程度较小且机身国语庞大。主轴前端是一个回转头，能自行环绕直线轴三百六十度，成为旋转轴，回转头上还带可环绕另一直线轴旋转的旋转轴，一般可达正负九十度以上，实现上述类型机床同样的功能。

1.1.2 卧式五轴加工中心

卧式五轴加工中心，此类加工中心的回转轴也有两种形式，一是将卧式的主轴摆动固定成为一个回转轴，与工作台上的一个回转轴相互配合，由主轴立、卧转换配合工作台分度，可以进行五面的立体加工。二是传统的工作台回转轴，设置在床身上的工作台直线轴一般工作范围正二十度至负一百度。工作台的中间也设有一个回转台旋转轴，这个旋转轴可双向三百六十度回转。

1.2 五轴数控机床特点

1.2.1 编程程序复杂

编程复杂、难度大。在三种不同的结构型式和三种不同的运动配置方式的自由组合下，可以得到九种可能的不同结构类型的五轴机床。五轴数控不同于三轴数控，其编程的难度也程函数趋势上涨，除了需要对三个直线轴进行运动的编程外，还要加入两个旋转轴的编程程序，这种两个旋转轴同时加入的运转模式，使得其合成的运动轨迹相当复杂，为达到所需的自由曲线，不仅需要进行严密而复杂的集合运算，并且还需要考虑各个轴承的协调性，以免造成不和谐的冲撞。

1.2.2 能进行自由曲线及多面体复杂构建的加工

五轴数控机床机构复杂，编程难度大给其赋予了独一无二的应用上的优点。三轴数控机床一般来说是三个直线轴构成的，因此不能够一次性加工完成连续并且平滑的自由曲面。例如：航空发动机和汽轮机的叶片，以及孔位的壳体和模具等，这种精细部件就不能够通过三轴数控机床进行加工。由于普通的三轴数控机床其刀具相对于工件的位姿角不能够在加工过程中进行转变，加工一些自由曲面等复杂的工件时，就有可能产生干涉或者加工不到位的情况。而利用五轴数控机床进行这类工件的加工，则可以有效避免这种情况，在加工时可以随时调整位姿角的角度，使其与工件进行调整，一次性装夹完成完美的自由曲面的加工。

2 五轴数控机床在机床后置处理系统中的应用

由于某些历史事件的限制，中国在五轴联动数控机床上的技术进口受到了一定的阻碍，数控系统技术还停留在一般水平上。随着近我国在数控方面的深入发展，各地涌现出大批生产制造五轴联动机床厂家，通过相关学者研究人员的深入研究和攻关，我国五轴数控机床技术不断提高。本文主要从建立数学模型角度对五轴数控机床在机床后置处理系统中的应用进行简要分析探讨。

2.1 建立五轴数控机床坐标系的数学模型

五轴机床运动示意图如图1所示。将其旋转运动A、B、C相应的表示为轴X、Y、Z的旋转运动，其运动方向以向右旋转标注。其中Z+表示向上，X+表示向右，Y+表示向里。C角为XY机床坐标绕Z轴旋转所得，A角为其绕X轴旋转所得，其计算较为复杂。下图2，根据双专台五轴机床运动而转换的平面矢量运转图。

2.1.1 角C的计算

C=90°-arctan（ay/zx） （当ax>0时）

C=270°-arctan（ay/zx） （当ax>0时）

C=0° （当ax=0，或ay≥0时）

C=180° （当ax=0，或ay>0时）

2.1.2 角A的计算

A=arctan（） （当az>0时）

A=0° （当az=0时）

A=arctan（） （当aZ

2.1.3 X、Y、Z的数学模型

X=xccosC+ycsinC

Y=-xcsinCcosA+yccosCcosA+zcsinA

Z=xcsinCsinA-yccosCsinA+zccosA

图1 双转台五轴机床运动示意图

图2 双转台五坐标加工刀轴矢量运转图

五轴数控机床篇2

通过对Mikron_Ucp800五轴数控机床坐标系和运动特征的分析， 使用Creo 软件的CAD 模块建立机床中的部件和被加工工件的虚拟几何模型并输出STL 模型，接着让VERICUT 系统可以直接读入机床组件和被加工工件模型资料进入系统，完成机床在VERICUT 中的虚拟建模。然后对机床组件模型、工件模型、NC 程序、刀具资料及工作坐标系等资料进行整合，对后处理程序产生五轴加工程序进行仿真验证，证明了后处理程序的正确性。

一、引言

近年来，许多医疗设备，航空零部件，汽车零部件和模具都需要具有较高的精度和复杂的空间几何形状，使得五轴加工越来越重要，但是因为五轴机床具有自由度大，精度高且承受不了碰撞的特点，因此五轴机床在执行切削加工前，必须进行切削模拟测试。鉴于此，我们设计了一个五轴机床机构的运动仿真模型，并使用这个机构模型进行数控刀具路径的仿真模拟。首先，由Creo 设计该五轴机床的机构模型和工件模型，通过CAM 软件设计五轴加工NC 代码，然后再通过VERICUT 仿真模拟软件整合两者资料并构建刀具资料后，即可开始五轴加工仿真模拟，通过这样的方式将Creo、CAM 软件和VERICUT 软件三种软件中的五轴机床资料整合在一起，使用户可以看到五轴机床的运动仿真场景的结果，并切削模拟，还能让使用者在NC 加工程序之后，可以更容易且更快地获得切削加工仿真的结果。

二、建模仿真用的机床各部件

1. 机床结构

该机床型号UCP800，是双摆台五轴联动立式加工中心，本机床配备X、Y、Z、A 和C 轴，是一款A 轴绕X 轴旋转，C 轴绕Z 轴旋转的五轴加工中心。各轴行程如下：X 轴行程800mm,Y 轴650mm，Z 轴500mm，A 轴-100°～ 120°，C 轴0 ～ 360°，各轴相对初始位置关系，由于机床模型的复杂性，我们首先利用Creo 三维软件构建三维机床，并且以组件形式逐个输出STL 格式模型文件，需要注意输出组件模型时的参考基准坐标系，此参考坐标系相当于导入VERICUT 中的坐标系原点，如图1 所示。

2．机床结构的逻辑关系

在Creo2.0 中将7 个机构模型画出，如基座模型、Y轴机构模型、X 轴机构模型、Z 轴机构模型、C 轴机构模型、A 轴机构模型和刀轴机构模型，导入机构模型必须转换成STL 格式。由于五轴机床的结构为整合的基础，因此，有必要先建立五轴机床的结构，以Mikron_Ucp800 五轴机床为例，其结构要分成X 和Z 两部分，如图2 所示。

3. 虚拟机床部件树的建立

当所有的机构模型与五轴机床结构整合完成后，即可得到如图3 所示，每一个子结构中都包含了各自所代表的机构模型。

双摆动机型五轴立式加工中心的结构描述如图3 所示，其中X 和Z 在机床本体上移动，所以在机床本体下面建立两个子结构X 和Z，并且把该结构分为X 和Z 两部分来看。

（1）X 部分：当X 运动会带动Y 一起运动并且X 是一个移动滑块，其中夹具和工件都固定在回转工作平台C上，所以在X 下面建立Y，并且使夹具和工件都依附于C回转工作平台下。

（2）Z 部分：当X 轴运动时将会带动A 轴一起运动，而A 轴运动会带着C 轴一起运动，所以X 轴下面建立A 轴，在A 轴下面建立C 轴，我们把此模型称为双摆台机型，刀轴是建立在Z 轴上，所以在Z 轴下建立主轴并在主轴下建立刀具。

当有了五轴机床的结构后，即可开始进行五轴机床结构与其他资料的整合。

4. 导入机构模型的STL 资料

将机构模型的资料与导入五轴机床的结构中，并在视窗中显示五轴机床的各个机构模型。

本文将机构模型的资料导入五轴机床的结构方式说明如下，并以将基座模型导入为例。

（1）因为本研究是将外部资料与五轴机床的结构做整合，所以使用的方式为将外部资料导入至五轴机床的结构中，如图4 所示，运用加入模型档案（Model File）的方式来将机构模型资料导入至结构中。

（2）将基座模型导入至结构后，模型会以模型设计时的坐标系原点为基准导入，如图5 所示，坐标系原点与五轴机床结构的机械原点会重合，且当资料导入后，即可在视窗中看见五轴机床的基座模型。

当所有的机构模型与五轴机床结构整合完毕后，即可得到如图6 所示，每一个子结构中皆包含了各自所代表的机构模型，并如图7 所示，整合完成的机构模型皆会显示在视窗中。

5. 机床初始化设置

在机床设定中设定行程（图8）及其他参数，检查机床运动结构是否符合真实运动情况，以此完成机床的构建。

三、调入控制系统、工件、夹具及NC 程序

此机床采用TNC530 控制系统，调入VERICUT 控制系统文件hei530.ctl。

工件模型主要是提供使用者观察整个NC 加工模拟完的结果，所以整合资料中包含了工件模型资料，而在VERICUT 系统中要取得工件模型的资料有两种方式，第一种方式为由VERICUT 系统本身建立工件模型，而另一种方式为由外部系统产生工件模型，然后将工件模型资料与五轴机床的结构整合。

夹具模型由外部系统产生，然后将夹具模型资料与五轴机床的结构整合。

NC 程序的功能为驱动五轴机床的切削运动，所以在执行五轴机床的NC 加工模拟前也需将此资料整合，当NC程序导入完成后，五轴机床才能按照NC 程序中的内容来执行NC 加工模拟。

四、刀具库建立

刀具资料是由使用者在VERICUT 系统中建立的，使用者也可以先行在VERICUT 系统中建立一个刀具资料库档案，当需要使用时，可以直接呼叫刀具资料库档案进来，并且需定义刀具被夹持的位置点。

参考Creo 系统中所设定的刀具资料来建立NC 加工模拟所需使用的刀具，如图9 及图10 所示，在刀具资料库中建立刀具、其中刀具参数包括了刀具的型式、刀具的长度、刀刃的直径和刀刃的长度等。

五、设定工作坐标系及相关参数

因为NC 程序都参照工作坐标系为基准，所以由图11中的G 代码偏置来定义VERICUT 系统的工作坐标系，并如图12 所示，定义工作坐标系的参照位置为TooL 至MCS，系统会根据参照位置自动为机器做刀具补偿的动作。

六、仿真结果

图13 为某零件在五轴机床加工模拟完成后的结果，其仿真过程反映了真实的加工过程，通过自带比较功能，及时发现碰撞及干涉情况，有针对性的对刀具的走刀路径进行优化，减少空走刀。

当NC 加工模拟测试完成后，Creo 及PowerMILL 及VERICUT 三者的资料整合已完成，接下来可以让使用者直接使用此整合资料执行其他不同类型工件的NC 加工模拟。

五轴数控机床篇3

关键词 刀轴界限；方位角；仰角；五轴机床

powermill是英国delcam plc公司出品的功能强大，加工策略丰富的数控加工编程软件系统。采用全新的中文windows用户界面，提供完善的加工策略。帮助用户产生最佳的加工方案，从而提高加工效率，减少手工修整，快速产生粗、精加工路径，并且任何方案的修改和重新计算几乎在瞬间完成，缩短85%的刀具路径计算时间，对2-5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除。具有集成的加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间。在强大的powermill软件中，对于五轴机床的加工策略非常丰富，由10种刀轴控制以及粗精加工，钻孔30多种策略配合应用。

1 五轴刀轴和刀轴控制介绍

五轴刀轴：五轴机床中的五根轴是由3根线形轴（linear axis）和2根旋转轴（rotary axis）组成的。线形轴分别由x、y、z组成，而旋转轴对应的是a、b、c表示轴名。五轴刀轴控制：五轴刀轴控制是cam系统五轴技术的核心。五轴cam系统给出每个切削点刀具的刀位点（x,y,z）和刀轴矢量（i,j,k），五轴后处理器将刀轴矢量（i,j,k）转化为不同机床的旋转轴需要转动的角度（a,b,c）中的两个，然后计算出考虑了刀轴旋转之后线性轴需要移动的各轴位移（x,y,z）。

2 刀轴界限功能

刀轴限界功能是允许用户在产生多轴刀具路径过程中控制刀具的角度限界，是刀具路径能配合当前用户实际所用的五轴机床角度界限和加工中的一些刀具夹持避让要求。而指定的限界具有不同的格式，具体格式和回转轴配置类型相关。由于不同的机床具有不同的配置，powermill软件将角度限界以方位角和仰角两个概念来描述。

方位角是在xy平面上逆时针方向旋转的角度，对于一般五轴机床可认定为z轴的旋转角度（角度范围可达±360°）。仰角是自xy平面向上提起（+90°） 或向下落下（-90°）的角度，对于一般五轴机床可认定为x轴的旋转角度（角度范围因机床而定），当设置刀具界限参数时，在刀轴方向表格中选取刀轴限界选项，激活限界页面（勾取显示刀轴，查看限界），接着选取限界页面，方位角中开始角和结束角分别输入0°和360°；仰角中开始角和结束角输入90°和0°。这样就会在主界面中产生一个圆球，而此时的圆球会分成两种颜色，上半球面是绿色，给定的方位角是整圆，仰角只设置了0°~90°而形成上半球面，下半球面是红色，表示刀轴无法加工此区域。

3 五轴机床与刀具界限功能关系

五轴机床的回转轴配置区别很大，不过大体可分为三种基本加工配置，分别是工作台—工作台（table-table），主轴—主轴（head-head），工作台—主轴（table-head），这三类机床在powermill软件中进行刀具界限参数设置又不尽相同，现分别对3种情况的刀具界限进行详细的参数分析。

3.1 工作台—工作台方式下的刀具界限参数分析

此类机床主轴方向不动，两个旋转轴都在工作台上，工件加工时随工作台转动，该机床一般角度界限定为：x方向上转动范围为±30°，z方向上转动范围为±360°。机床的y轴限界相当于方位角或是垂直于xy平面的角度限界。y轴限界±360°转换成方位角即方位角限界为0°~360°。机床的x轴限界相当与xy平面上的仰角，但它们并非相同的角度，机床是相对于z轴测量测量角度范围的，而powermill则是相对于xy平面测量。因此，powermill的角度限界是机床角度限界的余角（仰角=90-机床角度）。也就是说机床的x限界±30°转换成仰角限界则为60°~90°。

3.2 主轴—主轴方式下的刀具界限参数分析

此类机床工作台不动，两个旋转轴均在主轴上，加工过程中主要通过主轴的运动实现多轴联动加工。假设主轴－主轴回转的机床的角度限界指定为：x轴旋转界限为±60°，z轴旋转界限为±360°，则机床的z轴限界相当与方位角或垂直与xy平面的角度限界。在powermill中z轴限界±360°转换成方位角限界为0°~360°。机床的x轴限界相当与xy平面上的仰角。机床的角度范围是相对于z轴的，然而powermill 的仰角是相对与xy平面测量，因此，powermill 的角度限界即是机床角度限界的余角。为此，机床的x轴限界±60°转换成仰角限界即为30°~90°。

不过对于有些特殊主轴—主轴控制的五轴机床，机床的回转角度限界x为-30°~+60°，z为±360°，在进行仰角设置的时候尤其两边摆动的角度不一致，得到的结果有两种，一侧是60°~90°，另一侧是30°~90°，那么对于我们设计人员就希望得到60°的大摆角，这里powermill软件将机床界限跨过xz平面，使用最大旋转值（+60°），加工另外一侧时，主轴可绕z轴旋转180°，以达到最大范围。

3.3 工作台-主轴方式下的刀具界限参数分析

两个旋转轴分别装在主轴和工作台上，工作台旋转，可装夹较重的工件；主轴摆动，可灵活地改变刀轴方向。假设主轴－工作台回转机床的角度限界为：x轴旋转界限为±40°z轴旋转界限±360°。机床的x轴限界相当于xy平面之上的仰角，对powermill而言即是机床仰角的余角。因此，x轴限界±40°转换成仰角限界为50°~90°。

因此，对于不同类型的五轴机床在进行刀轴控制时，powermill软件会产生多种控制参数的设置。尤其对于我们经常需要设置的刀具界限功能，能否合理的分析并准确的设置，直接的影响机床安全性和高效性，所以我们cam设计人员必须掌握该功能的参数设置。

参考文献

五轴数控机床篇4

关键词：五轴联动系统；电动机与驱动控制；主轴控制系统

1 五轴联动系统

五轴数控加工中心的特点就是具有自动交换刀具的功能，同时机床本身加工范围变广，实现对异性零件的加工，主轴可以实现多角度，多形式的加工，如图1。

而对于五轴数控加工中心实现五轴联动，是通过电气控制系统，通过数控机床CNC控制系统，控制五轴之间的加工，在同主轴上的检测元件，通过控制线路图反馈回来，最终实现零件加工。

2 电动机与驱动控制

对于机床电动机的选择有两种，一种是直流电动机，另一种是交流电动机，这两种电动机的结构示意图如图2。

对于这种五轴数控加工中心来说，机床要实现无极调速，同时主轴还要实现正、反转，同时机床的切削效率还要得到保证，主轴的正、反转需要迅速实现，所以实现这种控制一般采用可逆调速系统，如图3。

在主电路中，有12只晶闸管组成，在简化电路图中，它们分出V1、V2，每组按照三相桥式连接的方法连接成交流桥，这两组交流桥在通过反极性并联，通过交流电供电，最终实现电动机正、反转控制。

3 主轴控制系统

主轴电动机采用交流主轴电动机，这种电动机是一种具有笼式转子的三相感应电动机，这种电动机价格便宜，过载能力强，同时后期的维护保养方便，而采用交流驱动主轴，在某一时间内扭矩恒定状态下，转速的提升，功率变大，见图4。

交流主轴驱动的工作原理为CNC发出转速指令和测速信号后，比较器将两个信号进行对比，产生机床转速信号，这个信号通过比例积分调节器进行放大，产生转矩指令，转矩指令再经过绝对值回路转化成为单极性信号，通过发生器和转化器，转换成为转矩脉冲信号，再经过微处理器和四倍频回路输出的反馈脉冲进行运算，预先存储在微处理器内的信号给出副值和相位信号，再产生电动机定子信号，实现电动机运转。

4 结束语

我国现在已经自主研发五轴数控加工中心，通过现在的研发技术，在通过国外的技术经验，通过采用有限元分析计算，将五轴数控加工中心的硬件设施完善，底座、工作台等基础件的动力学分析，机床电气控制系统的原理与控制系统需要不断的去更新和注入新元素，通过设计者们不断的努力，已经将我国国内机床行业推向高精密、高性能的领域。

参考文献

[1]杨林建.机床电气控制技术[M].北京理工大学出版社，2008.

[2]王孙安，杜海峰.机械电工工程[M].北京：科学出版社，2003.

五轴数控机床篇5

关键词： 数控机床 整机调试 机床精度 故障分析

1.引言

数控五坐标加工中心机床是数控机床中较为复杂的一类机床，机床的精度要求很高，当机床出现大修、搬迁、初调等情况时，都要对机床进行整机调试，以保证机床的加工精度。但有些机床并无通用性的机械、电气调试流程。在此以意大利蓝堡蒂公司生产的五坐标立式加工中心-RAMMATIC1201机床为例，通过总结多人的维修实践经验，简述蓝宝蒂机床整机调试方法。

此机床采用西门子840D控制系统，机械主轴最高转速6000RPM，，工作台为4500*1250，A、B坐标轴最大行程± 30°，可实现五轴联动，由于机床结构复杂，定义了大量的系统参数、伺服参数和用户参数，PLC程序繁琐，给机床的维护维修和调试带来很大难度。

2.蓝堡蒂机床电气调试技术

2.1通电前机床电气检查

CNC控制箱检查：检查各类模块的插头、插座、总线、母线是否松动、脱落。

接线质量检查：检查各类接线端子，每个端子都要用工具紧固一次。

电磁阀检查：各类电磁阀都要用手推动数次，以防止长时间不通电造成的动作不良，如发现异常应做好记录，以备通电后确认修理或更换。

限位开关检查：检查开关位置和接线方式，电缆外皮是否正常。

接地线检查：要求有良好的地线，测量机床地线，接地电阻不能大于1Ω

电源相序检查：用相序表检查输入电源的相序，确认输入电源的相序与机床上各处标定的电源相序应绝对一致。

2.2 机床总电压的接通

在通电前将电器柜内所有的安全保护空气开关处于断开状态，然后接通机床总电源，检查进线380V电源是否正常，接下来一步一步推上各级空开，直至机床全部上电，如果出现异常，按照机床电气图纸查找被控制元件，分析故障原因，查找故障源头。

2.3 CNC电箱通电

接通CNC电源，观察屏幕显示，直至出现840D正常画面根据有关资料上给出的测试端子的位置测量各级电压，有偏差的应调整到给定值，并做好记录将状态开关置于适当的位置，选择到参数页面，核对参数将状态选择开关放置在JOG位置，将点动速度放在最低档，分别进行各坐标正、反方向的点动操作，同时用手按与点动方向相对应的超程保护开关，验证其保护作用的可靠性，然后再进行慢速的超程试验，验证超程开关安装的正确性将状态开关置于回零位置，完成回零操作进行手动变档试验，验证后将主轴调速开关放在最低位置，进行各档的主轴正、反转试验，观察主轴运转的情况和速度显示的正确性，然后再逐渐升速到最高转速，观察主轴运转的稳定性进行手动导轨试验，使导轨有良好的逐渐变化快移超调开关和进给倍率开关，随意点动进给轴，观察速度变化的正确性。

3.蓝堡蒂机床机械部分调试技术

3.1观察有无漏油，特别是液压站单元的电磁阀和相关油路，如有漏油应立即停电修理或更换。

3.2油压的调整：液压变速、液压拉刀等机构都需要合适的压力，油泵工作后调整油压，一般压力在12Mpa。

3.3自动的调整：数控铣床大多采用自动定时定量站供油，开动机床前检查一下油泵是否按规定的时间启停。

4.蓝堡蒂机床调试过程中精度分类及检测方法

4.1几何精度

项目：几何精度包括直线度、垂直度、平面度、平行度等。

工具：ML10激光干涉仪、直线度光学镜、垂直度光学镜、平面度光学镜、和角度镜组件。

特点：可采用自动数据采集及分析，精度高，测量范围大。特别是蕾尼绍直线度光学镜改善了调光的复杂程度。

4.2定位精度的检测及其自动补偿

项目：重复定位精度和位移精度。

工具：ML10激光干涉仪、线性光学镜。

特点：用此ML10激光干涉仪能自动测量机器的误差，而且可以通过RS232接口自动对线性误差进行补偿，还可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度。

4.3工作精度检验

项目：两轴联动误差检测。

工具：QC10球杆仪。

特点：QC10球杆仪是一种快速（10-15min）、方便和经济的检测数控机床2轴联动性能的仪器，可用于取代工作精度的NAS试件切削。加工工件补偿前形状如图1所示，补偿后形状如图2所示。

5.蓝堡蒂机床调试中出现的问题及解决方案

5.1机床运动时振荡的消除方法

此机床在接入全闭环后Z轴曾出现振荡现象，在机床停止或加/减速过程中出现抖动。全闭环控制时消除振荡的方法可按下面步骤进行：降低位置环增益参数MD1409，设定时在标准设定值的基础上适当降低并观察。其原理方框图见图1所示：

减小振荡方法：

5.1.1降低位置环增益

5.1.2.设定前馈控制功能有效，减少伺服电机运行中的速度偏差。

③增加伺服环增益。

5.2加工零件表面光洁度异常

5.2.1先检查主轴，把芯棒（Φ50）放入主轴锥孔内，用百分表进行检测，先把百分表顶到芯棒的底部，旋转主轴观察轴向窜动是否太大，把百分表顶到芯棒侧部，旋转主轴观察径向跳动是否太大，如果径向或轴向间隙大，把主轴拆下后，检查预紧主轴轴承的锁紧螺帽是否松动，如果松动重新预紧螺母，还要检查主轴轴承是否损坏。

5.2.2检查工作台是否因反向间隙产生抖动，打开工作台的防护罩，使用百分表顶到丝母上设置0位，前进后退0.1mm观察表的读数是否回到0位，如果没有回到0位，就说明了丝杠丝母有反向间隙，调整丝母中间垫片的厚度，观察轴向位是否松动。电气补偿反向间隙在参数MD32450 backlash 中。

5.2.3松刀预紧不够，检查紧固拉刀叠簧的螺母是否松动，如果松动就会产生抓刀不紧，直接影响加工工件的光度，如果螺母太紧，就会产生抓不上刀或松不下刀，必须调整到合适位置。然后检查叠簧片是否损坏，如果发现有损坏的必须更换叠簧片。

5.3 进给轴的屏蔽方法

在轴参数里，设MD31030和MD30240为0。在驱动配置菜单里，在相应轴模块一项里设为“no active”即可，该轴就为设为虚拟轴，其相应的模块和电机就可以去掉了，如果要恢复，把上面的参数该回原来的值即可。

6.结论

通过对这台五坐标立式加工中心机床整机调试过程进行总结，我们得到了一套数控机床调试的简易流程，可以在一定程度上解决一部分机床隐患，帮助维修人员判断故障、解决故障，减少停机时间，达到机床正常、安全加工生产的目的。

参考文献：

[1] 王爱玲 白恩远编著 《现代数控机床》北京 国防工业出版社 2003年

五轴数控机床篇6

【论文关键词】自动编程；PowerMILL；数控机床

1 自动编程技术的产生

自动编程（Automatic Programming）也称为计算机编程。将输入计算机的零件设计和加工信息转换称为数控装置能够读取和执行的指令（或信息）的过程就是自动编程。随着数控技术的发展，数控加工在机械制造业的应用日趋广泛，数控编程能力与生产不匹配的矛盾日益明显。随着计算机技术的逐步完善和发展，给数控技术带来了新的发展奇迹，其强大的计算功能，完善的图形处理能力都为数控编程的高效化、智能化提供了良好的开发平台。目前，CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。

2 多轴数控机床加工的造型和编程

所谓多轴加工就是在原有三轴加工的基础上增加了旋转轴的加工.如4轴、5轴等。多轴加工一般不可能再用手工编程，多轴数控机床加工零件的复杂性，决定了编程必须采用CAM软件自动编程。经过几十年的发展，CAD/CAM技术在五轴联动、五面体加工等高端的应用也已经相当广泛，在中国，引进的有关CAD/CAM系统就有Cimatron，Delcam，Mastercam，UG，Solidege， Solid-works， Pro/Engineer等，国内自主品牌的CAD/CAM系统几乎只有北航海尔的CAXA系统。对于五轴加工，根据不同的加工对象，这些系统各有所长，比如说，在磨具制造的五轴加工方面，Delcam的Powermill功能在特征技术、后处理、干涉检查、加工循环和仿真切削等方面都比较强大，建筑工程论文操作使用方便。

3 数控加工编程软件PowerMILL

Delcam 是世界领先的专业 CAD/CAM 软件公司。PowerMILL是英国Delcam Plc公司出品的数控加工编程软件系统。PowerMILL功能强大，加工策略丰富，采用全新的中文WINDOWS用户界面，并且提供完善的加工策略。能够帮助用户产生最佳的加工方案，来提高加工效率，软件可以减少手工修整，快速产生粗、精加工路径，并且几乎能够在瞬间完成任何方案的修改和重新计算，因此缩短了85%的刀具路径计算时间，对2-5轴的数控加工包括刀柄、刀夹进行完整的干涉检查与排除。PowerMILL具有集成的加工实体仿真，方便用户在加工前了解整个加工过程及加工结果，节省加工时间。PowerMILL 中包含有多个全新的高效初加工策略，这些策略充分利用了最新的刀具设计技术，从而实现了侧刃切削或深度切削。PowerMILL 提供了多种高速精加工策略，如三维偏置、等高精加工和最佳等高精加工、螺旋等高精加工等策略。

4 典型零件多轴数控机床的加工

3）数控编程

根据预设的加工工艺路线完成各阶段数控编程，贴出加工表格截图。

4）数控程序后处理

输出零件的数控加工程序，并完成表1的工艺单编制。

5）将程序导入五轴加工中心，进行加工，加工结果如图7所示。

5 结语

从叶轮的数控编程和加工可以看出，采用自动编程技术，能够提高CAM 系统的使用效率 ；支持多轴加工，提升企业技术的应用水平；先进加工模拟，降低加工中心的试切成本；无过切与碰撞，排除加工事故的费用损失。多轴数控机床结构的复杂性，工艺设计的周密性，编程技术的复合性，机床操作的灵活性，决定了多轴数控机床应用的广泛性。

【参考文献】

[1]杜玉湘，陆启建，刘明.五轴联动数控机床的结构和应用[J].机械制造与自动化，2008，37（3）.

五轴数控机床篇7

关键词：数控机床，热变形，测量，补偿

目前，随着数控机床技术的不断发展，机床主轴转速有了较大程度的提升。目前24000r/min转速以上的机械式主轴已经大量应用在钻削中心等新型数控机床上。随着机床主轴转速的提升，以及新型行业加工零件的需求，主轴热变形引起的刀具与工件之间的定位误差，对于加工精度及表面质量的影响已经不容小视。

本文通过基于API主轴热变形分析仪，以及热变形建模软件，对于某型号钻削中心主轴热变形进行了测量、建模、补偿试验，取得了良好效果。

1仪器介绍

本次测试仪器采用API主轴热变形分析仪，以及相关热变形建模软件。仪器核心是五个高性能非接触传感器。这些传感器有很宽的动态测量范围，以及极高的热稳定性。热变形分析仪在五个自由度（例如倾斜、偏转、X 轴、Y 轴、Z 轴）上测量和分析主轴误差的短期和长期变化 [3] ，同时，此测试系统还有20个温度传感器，可以实时测试相关零部件的温度变化。

2 主轴热变形测量分析

2.1线性位移变化

它是由于热量扩散后所造成的主轴轴线在x、y、z三个方向上的移动，从而破坏了机床安装调试的精度，而且在工作台上的不同位置也有不同的位置变化，因而造成了工件尺寸的误差。

2.2角度变化

热变形引起了主轴轴线相对于工作台的平行度或垂直度的变化，因而造成加工表面对基线或基面的不平行或不垂直。角度的变化可能是主轴角度位置的变化，也可能是工作台相对于主轴轴线的位移。

本次热变形试验采用API主轴热变形分析仪进行试验。利用五个高性能非接触传感器，分别测量X 轴（2个）、Y 轴（2个）、Z 轴三个方向上主轴锥孔轴线最大线位移、角位移、Z方向线位移。

对某型号钻削中心（主轴最高转速24000r/min）进行中速温升测试和中速热变形测试。测试结果为：主轴前轴承最高温度为26 ?C，最大温升为14 ?C，后轴承最高温度为30?C，最大温升为18?C。

中速热变形测试结果为：Y方向热变形量为0.04mm左右，方向为正。Z向热变形量约为0.045mm左右，方向为负（向下伸长）。

3热变形建模

建模采用API（Automated Precision Inc.）主轴热变形分析建模软件。它以波形图的方式显示出20个温度传感器和5个位移传感器采集的数据，也可以根据5个位移传感器的数据计算出机床主轴上所选择模型点的X、Y、Z三轴实际位移数据，并在波形图上显现出来。五个位移传感器测出的数据我们分别依次命名为X2、Y2、Z、X1和Y1，其中位移传感器G3测得的数据Z就是主轴在Z方向的实际位移DZ，主轴X方向和Y方向的实际位移需要通过以下公式计算得到：

DX= X1 - Lp ×（ X2 C X1 ） / Ls

DY= Y1 - Lp ×（ Y2 C Y1 ） / Ls

中速温升与热变形建模结果：

此次将采集到的时间-温升-位移值，用API温升建模软件生成位移――温度数学模型。

根据机床实际工作状态需要，此次所选择的模型点相对于位移传感器G4的高度为30.0mm，位移与温度相关系数值设置为0.800，进行过滤筛选以后，建模需要使用的温度传感器一共有3个，分别是T1、T2、T4，其中T1为环境温度传感器，T2为前轴承温度传感器，T4为后轴承温度传感器。

数学公式模型：

X向热位移：Dx=-0.004184

Y向热位移：Dy=+0.003245-0.001003*（T4-T1）

Z向热位移：Dz=+0.005905-0.002964*（T2-T1）

4热变形补偿

根据之前热位移补偿模型，利用专业数控系统的热变形补偿功能，对机床进行热变形相关补偿。补偿后测得主轴热变形结果为：X、Y、Z轴热变形位移值均在0.0015mm以内，此次补偿取得了较满意的效果。

5结束语

此次通过API主轴热变形分析仪，对于机床主轴运行过程中主轴各位置的温升及热变形进行了测量，并通过热变形建模软件建立了基于温度的补偿数学模型，通过数控系统进行了热变形补偿，取得了较满意的补偿效果，提高了机床的加工精度。

参考文献：

[1] 杨庆东，c。范甘伯格，p。范赫里克，等.数控机床热变形补偿建模技术.制造技术与机床，2000（2）；10-13

五轴数控机床篇8

[关键词]直接驱动技术；电主轴；转台；双摆头；数控机床

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）14-0371-01

0 引言

目前，随着汽车模具、消费电子、医疗器械等行业的不断发展，对数控机床提出了更高的要求，高速化、高精度化、高效率已经成为了数控机床发展的必然趋势。直接驱动技术以其响应快、无传动间隙、速度高等特点在数控机床中得到了广泛的应用，大大提高了零件加工效率、表面质量，延长了刀具使用寿命，最重要的是提高了数控机床的平均无故障时间。

1 直接驱动技术

直接驱动技术是电动机直接与运动部件结合，取消了机械传动的滚珠丝杠副、齿轮传动、皮带传动等传动方式，响应快，大大减少了机械传动中的传动链误差、零件磨损、反向间隙。直接驱动技术的典型应用包括直线电动机和力矩电动机。

1.1 直线电动机

直线电动机可认为是将旋转电动机轴向剖开，然后将转子与定子展开，形成如图1所示的由定子与转子组成的直线电动机。

1.2 力矩电动机

力矩电动机由定子与转子组成，主要驱动回转运动元件，外部连接有冷却套，如图2所示。力矩电动机具有低转速、大转矩；控制精度高；结构紧凑、体积小、质量轻；高效率、低能耗的优点。

2 直接驱动技术在机床中的应用

2.1 直线轴的应用

在数控机床中，直线电动机主要用来驱动直线运动部件，如数控机床的直线轴X、Y、Z轴。

1）高速度。目前，由直线电动机驱动的直线轴快进速度可达200m/min

以上，而伺服电动机加滚珠丝杠的传动方式快进速度小于60m/min，大多为20～30m/min。

2）高加速度。直线电动机最大加速度可达30g，加工中心的加速度已达3.24g，而传统机床进给加速度在1g以下，一般为0.3g。

3）定位精度高。减少机械传动链，采用光栅闭环控制，精度可以是丝杆的10倍甚至100倍，定位精度可达0.1～0.01μm。由于运动部件的动态特性好，响应灵敏，加上插补控制的精细化，可实现纳米级控制。

4）长行程。采用丝杠传动的数控机床，当长度大于6m时，丝杠由于自重的问题就会出现大挠度，再加上传动热会使丝杠变形更加严重。而采用直线电动机驱动，由于电动机与基础件紧密结合，无悬垂现象，定子可无限加长，目前已有应用长达40m以上。目前，国外的直线电动机厂家主要由德国西门子、美国的BALDOR、荷兰TECNOTION公司等，国内的主要厂家有深圳大族精密机电有限公司、郑州微纳科技有限公司等。

2.2 回转轴的应用

1）电主轴。电主轴主要由定子、转子、主轴支撑单元、主轴等组成。具有结构紧凑、重量轻、惯性小、噪声低、响应快，且转速高、功率大等优点。数控机床采用电主轴可实现对工件的高效、高精加工，尤其在医疗、模具、消费电子等领域的应用。目前，电主轴的转速达到40000r/min以上，典型的如沈阳机床的i5M1.1智能高速钻攻中心，电主轴转速为40000r/min，可实现对手机中框、按键、外壳等的高光加工。

目前，国外的电主轴厂家主要有瑞士ibag、意大利PS、德国GMN等，国内厂家主要有广州昊志、北京精雕、北京超同步等，其中昊志与精雕的电主轴主要应用于消费电子行业的加工，产量较大。

2）转台。力矩转台主要由定子及转子、支撑轴承、转台、转台夹紧装置、角度检测系统组成，如图3所示。

具有结构紧凑、无磨损、精度高、动态特性好、承载能力大等优势，被广泛应用于车铣复合加工中心上。目前，国外的力矩电动机转台厂家主要有德国的CyTec、意大利LCM、德国的peiseler等。国内厂家主要有大连光洋、凯奇电气、华中数控，其中大连光洋与高校联合开发出了一系列产品，完成了系列化直驱功能部件的样机制造，部分已经量产。典型的机床厂家有国外哈默的C62A/C轴直驱摇篮转台加工中心、德国德玛吉NMV3000DCGB/C轴直驱立式五轴加工中心。国内典型的厂家有沈阳机床i5M8的A/CS双摆智能立式五轴加工中心，用来加工叶轮、医疗关节等曲面零件。

3）双摆头。双摆头采用力矩电动机直接驱动，具有高速、高精和更好的动态性能。结构简单、传动链短、传动精度高，传动平稳、噪声低，因此具有良好的精度保持性。双摆头为五轴联动龙门加工中心的关键功能部件。特别适合复杂空间曲面的加工。如加工客机庞大的机身、大直径叶轮、叶片等要求效率和精度的零件。典型的机床应用有意大利Breton的五轴联动龙门加工中心TITAN系列（车铣复合），德国handtmann海德曼五轴龙门加工中心HSCPBZ、UBZ、GANTRY系列产品覆盖钛、钢、铝等复合材料，确保精度、生产率和成本效益方面的峰值性能。德国兹默曼Zimmermann公司的FZ100和3轴铣头M3ABC成功地实现了6轴加工。适合于铝合金、复合材料、模型材料钢件和铸铁的高速加工。除上述外，力矩电动机还应用在旋转刀架、动态刀库、动力头上等。

3 结论

综上所述，直接驱动技术在数控机床上的应用，大大提高了零件的加工精度和加工效率，符合当前数控机床向高精度、高效率、复合化、智能化、绿色化发展的趋势，在数控机床领域的应用范围将不断拓展。所以，直接驱动技术将是高速、高精、高效数控机床未来发展的方向。

参考文献

[1] 王红旭，魏巍.直接驱动技术的发展及其应用前景[J].制造技术与机床，2008（6）：150-154.

五轴数控机床篇9

我国从上世纪80年代对数控机床的初步认识，到现在各机械加工行业对数控机床大量需求，可以说是世界上制造和使用数控机床最多的国家，特别是中、小型数控机床用量很大。生产这种数控机床的企业巨增。但是我国生产的大部分数控机床加工精度比较差，维修率高，达不到加工高精度机械零件的要求。只好依赖进口机床。

从目前看数控机床控制系统除国外的一些知名品牌外，我国的广州数控和北京凯恩帝数控等公司开发的数控系统性能基本稳定可靠，控制精度也比较高。致使部分数控机床加工精度低、稳定性差、维修率高的主要原因是机床结构设计不合理，机床本身零件加工精度低，再加上装配工艺等因素造成的。与国外同类机床相比有较大差距。

数控车床占数控机床中的主要比例。φ360以下回转直径中小型数控车床使用数量最多。这类数控车床大多都采用变频电机无级调速直接驱动车床主轴进行切削加工的。要提高车床加工精度，除提高床身、床鞍、滚珠丝杠等部件的精度外，车床主轴部分是提高车床加工精度和使用寿命的关键部件。经过十多年对中、小型数控车床主轴结构的分析研究，设计出了一套比较理想的主轴结构，该主轴结构转速高，精度高，使用寿命长，装配简单，维修方便，防水性能好。

下面对该主轴结构及特点进行分析，主轴结构图如图1

（注：1.主轴 2.轴承垫 3.前法兰 4.车头箱体 5.角接触串联轴承对 6.轴承内垫 7. 轴承外垫8.角接触轴承 9.轴承调整垫 10 轴承压紧环 11. 锁紧螺母 12.轴承内垫 13 角接触背对背轴承对 14.后法兰 15.轴承垫 16.锁紧螺 17.编码器同步轮 18.主轴皮带轮）

一.主轴结构解析

在主轴前端采用一对角接触串联轴承（5）加一个单独角接触轴承（8），组成角接触轴承对。单独角触轴承通过锁紧螺母（11）锁住轴承。在主轴后端采用一对角接触背对背组合轴承。轴承由锁紧螺母（16）通过轴承垫（15）锁紧。这种五轴承支撑结构，因前端采用了一对串联角接触轴承，另加配一单独角接触轴承，具有高转速、高精度、高刚性特点。

二.主轴结构主要特点

1.在主轴（1）上设计有两道摔水槽。在前法兰（3）上加工有挡水槽，在法兰下部开有流水孔。一旦冷却液液从主轴与前法兰缝隙进入，由于主轴高速旋转，冷却液在离心力的作用下摔到前法兰挡水槽中，从下部流水孔排出。在轴承垫（2）上又设计了一道摔水槽，达到了二次防水之目的。在后轴承部分也设计有与前端相同防水结构。其防水结构效果甚佳，确保冷却液不能进入轴承而致轴承损坏。

2.主轴可作为一个部件除皮带轮（18）外，先装好整个轴承、轴承垫。并调整好轴承间隙，再整体装入车头箱体孔内，锁紧前法兰螺钉即可。在前端串联轴承之间有轴承内外环调整垫（6）（7），可事先在工装上通过研磨调整垫调整轴承（5）与（8）轴承间隙。轴承装在主轴上可将前后锁紧螺母紧到最紧，而不至于将轴承因为压的太紧而被损坏。排除了普通主轴结构中，通过调整主轴尾部锁紧螺母来直接调整主轴轴承间隙时因装配工人经验不足而造成主轴轴承过紧或过松的不良后果。当轴承用到一定时间，出现轴承磨损。还可以通过研磨轴承内垫（6），重新调整轴承间隙，以恢复主轴回转精度。

3.车头箱后端轴承孔是无台阶孔，当主轴运转产生热胀冷缩长度发生变化时，后轴承外环随之在轴承孔内微量移动，以保证主轴回转精度，增加轴承的使用寿命。

五轴数控机床篇10

20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。

  采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（parsonscorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到±0.0381mm（±0.0015in），达到了当时的最高水平。

1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。

  这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（bendix-cooperation）正式生产出来。

  在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。

  数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。

   然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。

  到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。

  数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐·;特雷克公司（keaney&treckercorp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。

  1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem——fms）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。 1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为cnc机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。

  80年代，国际上出现了1～4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（flexiblemanufacturingcell——fmc）。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到fms或更高级的集成制造系统中使用。

   目前，fms也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。

  所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。

那什么是车床呢？据资料所载，所谓车床，是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。

古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。

    为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床；1848年，美国又出现回轮车床；1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床；20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。

第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。

车床依用途和功能区分为多种类型。

    普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。

    转塔车床和回转车床具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。

自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。

多刀半自动车床有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高3～5倍。

仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型

立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横粱或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。

铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。

     专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站

看机床的水平主要看金属切削机床，其他机床技术和复杂性不高，就是近几年很流行的电加工机床，也只是方法的改变，没什么复杂性和科技含量。

我国的数控磨床水平不错，每年都有大量出口，因为它简单，基本属于劳动密集型。

金属加工主要是去除材料，得到想得到的金属形状。去除材料，主要靠车和铣，车床发展为数控车床，铣床发展为加工中心。高精度多轴机床，可以让复杂零件在精度和形状上一次到位，例如，飞机上的一个复杂零件，以前由很多种工人：车工、铣工、磨床工、画线工、热处理工用好几个月干，其中还有报废的，最新的复合数控机床几天甚至几个小时就全干好了，而且精度比你设计的还高。零件精度高就意味着寿命长，可靠性好。

由普通发展到数控，一个人顶原来的十个，在精度上，更是没法说，适应性上，零件变了，换个程序就行。把人的因素也降为最低，以前在工厂，谁要时会车涡轮、蜗杆，没个10年8年的不行，要是谁掌握了，那牛得很。现在用数控设备，只要你会编程，把参数输进去就可以了，很简单，刚毕业的技校学生都会，而且批量的产品质量也有保证。

自美国在50年代末搞出世界一台数控车床后，机床制造业就进入了数控时代，中国在六十年代也搞出了第一代数控机床，但后来中国进入了什么年代，大家都知道。等80年代我们再去看世界的数控机床水平，差距就是20年了，其实奋起直追还有希望，但国营工厂不思进取，到了90年代，我们再去看世界水平，已有30年的差距了。中国改革开放前走的是苏联的路子，什么叫苏联的路子，举个例子来讲：比如，生产一根轴，苏联的方式是建一个专用生产线，用多台专用机床，好处是批量很容易上去，但一旦这根轴的参数发生了变化，这条线就报废了，生产人员也就没事做了。在1960－1980年代，国营工厂一个产品生产几十年不变样。到了1980年代后，当时搞商品经济，这些厂不能迅速适应市场，经营就困难了，到了90年代就大量破产，大量职工下岗。现代的生产也有大批量生产，但主要是单件小批量，不管是那种，只要你的设备是数控的，适应起来就快。专业机床的路子已经到头了， ;西方走的路和前苏联不一样，当年的“东芝”事件，就是日本东芝卖给苏联了几台五轴联动的数控铣床，让苏联在潜艇的推进螺旋桨上的制造，上了一个档次，让美国的声纳听不到潜艇声音了，所以美国要惩处东芝公司。由此也可见，前苏联的机床制造业也落后了，他们落后，我们就更不用说了。虽然，美国搞出了世界第一台数控机床，但数控机床的发展，还是要数德国。德国本来在机械方面就是世界第一，数控机床无非就是搞机电一体化，机械方面德国已没问题，剩下的就是电子系统方面，德国的电子系统工业本来就强大，所以在上世纪六、七十年代，德国就执机床界的牛耳了。

但日本人的强项就是仿造，从上世纪70年代起，日本大量从德国引进技术，消化后大量仿造，经过努力，日本在90年代起，就超越了德国，成为世界第一大数控机床生产国，直到现在还是。他们在机床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在机床复合（一机多种功能）化方面，是世界第一。数控机床的核心就在数控系统方面，日本目前在系统方面也排世界第一，主要是它的发拿科公司。第一代的系统用步进电机，我们现在也能造，第二代用交流伺服电机。现在的数控系统的核心就是交流伺服电机和系统内的逻辑控制软件，交流伺服电机我们国家目前还没有谁能制造，这是一个光学、机械、电子的综合体。逻辑控制软件就是控制机床的各轴运动，而这些轴是用伺服电机驱动的，一般的系统能同时控制3轴，高级系统能控制五轴，能控5轴的，五轴以上也没问题。我们国家也由有5轴系统，但“做秀”的成份多，还没实用化。我们的工厂用的五轴和五轴以上机床，100％进口。

机床是一个国家制造业水平高低的象征，其核心就是数控系统。我们目前不要说系统，就是国内造的质量稍微好一点的数控机床，所用的高精度滚珠丝杠，轴承都是进口的，主要是买日本的，我们自产的滚珠丝杠、轴承在精度、寿命方面都有问题。目前国内的各大机床厂，数控系统100％外购，各厂家一般都买日本发那科、三菱的系统，占80％以上，也有德国西门子的系统，但比较少。德国西门子系统为什么用的少呢？早期，德国系统不太能适合我们的电网，我们的电网稳定性不够，西门子系统的电子伺服模块容易烧坏。日本就不同了，他们的系统就烧不坏。近来西门子系统改进了不少，价格方面还是略高。德国人很不重视中国，所以他们的系统汉语化最近才有，不像日本，老早就有汉语化版的。

就国产高级数控机床而言，其利润的主体是被外国人拿走了，中国只是挣了一个辛苦钱。

美国为什么没有能成为数控机床制造大国呢？这个和他们当时制定产业政策的人有关，再加上当时美国的劳动力贵，买比制造划算。机床属于投资大，见效慢，回报率底的产业，而且需要技术积累。不太附和美国情况。但后来美国发现，机床属于战略物资，没有它，飞机、大炮、坦克、军舰的制造都有问题，所以他们重新制定政策，扶植了一些机床厂，规定了一些单位只能买国产设备，就是贵也得买，这就为美国保留了一些数控机床行业。美国机床在世界上没有什么竞争力。

欧洲的机床，除德国外，瑞士的也很好，要说超高精密机床，瑞士的相当好，但价格也是天价。一般用户用不起。意大利、英国、法国属于二流，中国很少买他们的机床。西班牙为了让中国进口他们的机床，不惜贷款给中国，但买的人也很少??借钱总是要还的。

韩国、台湾的数控机床制造能力比大陆地区略强，不过水平差不多。他们也是在上世纪90年代引进日本技术发展的。韩国应该好一点，它有自己制造的、已经商业化了的数控系统，但进口到中国的机床，应我们的要求，也换成了日本系统。我们对他们的系统信不过。韩国数控机床主要有两家：大宇和现代。大宇目前在我国设有合资企业。台湾机床和我们大体一样，自己造机械部分，系统采购日本的。但他们的机床质量差，寿命短，目前在大陆影响很坏。其实他们比我们国产的要好一点。但我们自己的差，我们还能容忍，台湾的机床是用美金买来的，用的不好，那火就大了。台湾最主要的几家机床厂已打算把工厂迁往大陆，大部分都在上海。这些厂目前在国内的竞争中，也打着“国产”的旗号。

近来随着中国的经济发展，也引起了世界一些主要机床厂商的注意，2000年，日本最大的机床制造商“马扎克”在中国银川设立了一家数控机床合资厂，据说制造水平相当高，号称“智能化、网络化”工厂，和世界同步。今年日本另外一家大机床厂大隈公司在北京设立了一家能年产1000台数控机床的控股公司，德国的一家很有名的企业也在上海设立了工厂。

目前，国家制定了一些政策，鼓励国民使用国产数控机床，各厂家也在努力追赶。国内买机床最多的是军工企业，一个购买计划里，80％是进口，国产机床满足不了需要。今后五年内，这个趋势不会改变。不过就目前国内的需要来讲，我国的数控机床目前能满足中低档产品的订货。

美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。

1.美国的数控发展史

美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成fms、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

2.德国的数控发展史

德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，於1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。

3.日本的数控发展史

日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本fanuc公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。

4.我国的现状

我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代， 中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在1958~1979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用于生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。  

   在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。

我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，1998～2004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%和34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。

2003年开始，中国就成了全球最大的机床消费国，也是世界上最大的数控机床进口国。目前正在提高机械加工设备的数控化率，1999年，我们国家机械加工设备数控华率是5－8％，目前预计是15－20％之间。 一、 什么是数控机床 车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等等都是机械加工方法，所谓机械加工，就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状，包含尺寸精度和几何精度两个方面。能完成以上功能的设备都称为机床，数控机床就是在普通机床上发展过来的，数控的意思就是数字控制。给机床装上数控系统后，机床就成了数控机床。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如：从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化，最主要的是加了刀库，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。 我们一般所说的数控设备，主要是指数控车床和加工中心。 我国目前各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外落后10－15年，但如果国家支持，追赶起来也不是什么问题，例如：去年，沈阳机床集团收购了德国西思机床公司，意义很大，如果大力消化技术，可以缩短不少差距。大连机床公司也从德国引进了不少先进技术。上海一家企业购买日本著名的机床制造商池贝。， 近几年随着中国制造的崛起，欧洲不少企业倒闭或者被兼并，如马毫、斯滨纳等。日本经济不景气，有不少在80年代很出名的机床制造商倒闭，例如：新泻铁工所。 二、 数控设备的发展方向 六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前4名。 三、 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。

四、 机床精度 1、机械加工机床精度分静精度、加工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等5种。 2、 机床精度体系：目前我们国家内承认的大致是四种体系：德国vdi标准、日本jis标准、国际标准iso标准、国标gb，国标和国际标准差不多。 3、 看一台机床水平的高低，要看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到0.005mm(iso标准.、统计法),就是一台高精度机床，在0.005mm(iso标准.、统计法)以下，就是超高精度机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 ;4、 加工出高精度零件，不只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 五、 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1、2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（mazak）在宁夏银川投资建了名为“宁夏小巨人机床公司”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产600台，目前正在建2期工程，建成后可以年产1200台。 2、2003年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车床和立式加工中心120台左右。 3、2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 4、韩国大宇在山东青岛投资建厂，目前生产能力不知。 5、台湾省的著名机床制造商友嘉在浙江萧山投资建厂，年生产能力800台。 5、民营企业进入机床行业情况 1、浙江日发公司，2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力300台。 2．2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 3．2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 六、军工企业技改情况 军工企业得到国家拨款开始于当年“大使馆被炸”，后来台湾阿扁上台后，大规模技改开始了，军工企业进入新一轮的技改高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技改，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能“顶”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过10年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。

参考文献：

1.《机床与液压》20041no17 1995-2005 tsinghua tongfang optical disc co¸, ltd¸ all rights reserved

4.《机床数控系统的发展趋势 》 黄勇 陈子辰 浙江大学

5.《中国机械工程》

6.《数控机床及应用》作者：李佳

7.《机械设计与制造工程》2001年第30卷第1期

8《机电新产品导报》   2005年第12期

9.《瞭望》  2007年第37期