我國的工業(yè)經(jīng)濟總體增長較快越匕，國際制造產(chǎn)業(yè)向中國快速轉移跡象明顯赛琢，但尚未擺脫產(chǎn)品檔次低牡呀、國際競爭力弱的局面溜舷。中國制造產(chǎn)品，除人工成本低外轧黑，其他如質量开摄、款式、技術含量等方面均不具備競爭優(yōu)勢且昭。當前邦马，在國內經(jīng)濟發(fā)展中存在如此現(xiàn)象，即高檔的產(chǎn)品非進口即由進口的機械設備生產(chǎn)宴卖。而那些高精度機械設備除進口外滋将，還有可能通過再上游的進口裝備機械生產(chǎn)。即每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)症昏，進口的總比國產(chǎn)的要高一個檔次随闽。以手機為例，雖然部分國產(chǎn)手機質量超過進口產(chǎn)品肝谭，但機殼大多由進口模具生產(chǎn)橱脸。而最高精度的模具又須借助高端進口數(shù)控加工中心生產(chǎn)。整個制造業(yè)長期依賴進口設備分苇，導致惡性循環(huán)添诉，可能帶來三個結果：一是始終不能獲得國際上最新最好的技術設備。導致中國的制造業(yè)永遠停留在二流水平医寿。二是最終產(chǎn)品的大部分價值被發(fā)達國家所獲取栏赴。三是不能掌握整個經(jīng)濟發(fā)展的核心技術，國民經(jīng)濟的命脈始終掌握在他人手里靖秩。

　　因此卢操，筆者認為，中國要在制造業(yè)方面趕上或超過發(fā)達國家件父，在大力發(fā)展本國數(shù)控企奔、模具產(chǎn)業(yè)基礎上祸播，要積極推廣應用高檔數(shù)控裝備，包括適當進口國外先進的數(shù)控加工中心妖奕。因為高檔數(shù)控機床遭唠、模具處于制造產(chǎn)業(yè)鏈的最前端。而模具產(chǎn)品質量的高低窄栓，很大程度上也是受制于數(shù)控加工設備颊姻。五軸聯(lián)動是高檔數(shù)控的代表。長期以來笙亿，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達國家矫恳，一直把將五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度炕烈。發(fā)展中國家不但在生產(chǎn)研發(fā)上有難度刮赵，而且在引進方面也有很大的阻力。

　　五軸聯(lián)動數(shù)控機床之所以重要皱坛，在于它能夠加工具有復雜曲面的機械配件编曼，特別在解決葉輪、葉片麸恍、船用螺旋槳灵巧、大型柴油機曲軸等方面具有獨特的優(yōu)勢搀矫。因此抹沪，高精度的數(shù)控機床對于一個國家的軍事、航空航天瓤球、精密醫(yī)療設備融欧、科學研究、精密儀器等行業(yè)有著舉足輕重的影響力卦羡，堪稱“制造業(yè)之靈魂”噪馏。

　　現(xiàn)代化的數(shù)控機床首先是由美國、日本绿饵、德國等發(fā)達國家開發(fā)研制的欠肾。因此，從目前情況看拟赊，進口的技術含量相對要比國產(chǎn)的好一些椭吠，但是國內部分企業(yè)研發(fā)的產(chǎn)品質量也在逐步趕上來。要在適當引進外國先進技術和設備的基礎上蹲瘩，注意消化吸收炬锦，穩(wěn)步地發(fā)展本國的高端數(shù)控產(chǎn)業(yè)。一味地依賴進口架揉，必將使中國的制造業(yè)乃止整個國民經(jīng)濟受制于人孝炫。但是人類歷史任何一種科學技術的進步凌秩，都是站在巨人的肩膀上發(fā)展的，摒棄別國現(xiàn)有的尖端科學技術不用抽茸，無疑也是一種閉門造車和夜郎自大的思想段许。

　　由于中國產(chǎn)業(yè)的層次比較多，加上以五軸聯(lián)動為代表的高檔數(shù)控機械價格昂貴戒甜，在具體的行業(yè)和企業(yè)引進應用上還應實事求是棺昵。有些加工精度要求較低的產(chǎn)品，用一般加工設備更加經(jīng)濟润申。如寧波的釹鐵硼出口產(chǎn)業(yè)就是以寧波本地的中低檔數(shù)控機床為依托销贝，采用低成本策略帶動的。在模具行業(yè)呻纹，比如產(chǎn)生精密模堆生、鑄造模企業(yè)用不用高檔數(shù)控機床，對于提高模具產(chǎn)品的質量至關重要雷酪。在其它精密儀器淑仆、航空航天、醫(yī)療設備等行業(yè)哥力，應該鼓勵引進尖端的技術裝備蔗怠。一些在發(fā)展中的企業(yè)，可采用技術聯(lián)合的辦法吩跋，購買一些價值高的技術設備寞射。如寧波北侖有一家三創(chuàng)公司，這是一家具有國際一流加工設備的模具技術服務公司锌钮，由吉業(yè)桥温、車燈、輝旺梁丘、鑫達等5家企業(yè)共同出資組建侵浸。成立的總旨就是專門為北侖的中小模具企業(yè)服務，減少進口設備的重復投資到趴，為整個模具行業(yè)解決高科技難題林乍。如一臺具有國際先進技術的五軸聯(lián)動加工中心，價格1000萬元左右阁雷，一般中小企業(yè)不但投資不起戒腔，且設備利用率不高。通過共同投資形式啰痒，不僅解決出資企業(yè)的加工難題臂沽，而且可以為更多的中小企業(yè)服務。這家企業(yè)一期共投資8000余萬元锥拖，用于購置國外高檔加工設備橡戈。同時用年薪100多萬元聘請國外專家進行技術指導阎肌。當?shù)卣步o予了一定的補貼。

　　總之掷雪，在高端制造行業(yè)推廣和應用以五軸聯(lián)動為代表的數(shù)控機械裝備将遮，對于提高中國制造產(chǎn)業(yè)的層次，促進企業(yè)技術進步肌坑、產(chǎn)品升級換代具有十分重要的意義近弟。不僅要鼓勵有經(jīng)濟實力和戰(zhàn)略眼光的企業(yè)積極改造自身的技術裝備，各級政府還應正確引導挺智，并給予企業(yè)一定的政策扶持祷愉。

　　五軸高速加工中心的發(fā)展動向

　　近十多年來，由于刀具赦颇、驅動二鳄、控制和機床等技術的不斷進步，高速加工和高效加工媒怯，特別是高速硬銑已在模具制造業(yè)中得到了廣泛應用和推廣订讼，傳統(tǒng)的電火花加工在很多場合已被高速硬銑所替代。通過高速硬銑對一次裝夾下的模具坯件進行綜合加工扇苞，不僅大大提高了模具的加工精度和表面質量欺殿，大幅度減少了加工時間，而且簡化了生產(chǎn)工藝流程鳖敷，從而顯著縮短了模具的制造周期脖苏，降低了模具生產(chǎn)成本。

　　高速加工中心不斷提高的工作性能是模具制造業(yè)得以高效和高精度加工模具的重要前提哄陶。近年來萤翔，在驅動技術的推動下俺乓，涌現(xiàn)出結構創(chuàng)新勋匙、性能優(yōu)良的眾多不同類型的高速加工中心。90年代中后期出現(xiàn)的三軸高速加工中心(如瑞士Mikron公司在1996年末推出的HSM700型高速加工中心)現(xiàn)已發(fā)展到五軸高速加工中心檀丝。在驅動方式上韭赡，已從直線運動(X/Y/Z軸)的伺服電機和滾珠絲杠驅動發(fā)展到目前的直線電機驅動，回轉運動(A和C軸)采用了直接驅動的轉矩電機残神，有的公司并通過直線電機和轉矩電機使加工中心發(fā)展成全采用直接驅動的五軸加工中心割懊。顯著提高了加工中心的行程速度、動態(tài)性能和定位精度新浦。

　　高速加工中心的結構特點及優(yōu)點

　　用于模具加工的高速加工中心烙赴，一個普遍的結構特點是采用龍門式框架結構，以此增強機床剛性笋条，且便于充分利用加工區(qū)的空間斑柬。機床床身的材料則多數(shù)采用了聚合物混凝土企舌，由于這種材料具有較好的阻尼性能和較低的熱傳導率，故有利于提高模具的加工精度筝野。

　　目前晌姚，根據(jù)坐標軸的配置，五軸加工中心基本上可分為兩種結構型式歇竟。一種是挥唠，三個直線軸(X/Y/Z)用于刀具運動和兩個附加旋轉軸(A和C)用于工件的回轉和擺動的結構型式。這種類型的高速加工中心,如德國R?der公司的RXP500DS/RXP800DS焕议，德國Alzmetall公司的GS1000/5-T宝磨，瑞士Mikro的HSM400U/HSM600U和稱之為超高速加工中心的XSM400U/XSM600U，以及德國Hermle的C30U/C40U/C50U等盅安。另一種是懊烤，五個坐標軸中的一個擺動軸(A)設置在主軸頭上的結構型式，通過叉形主軸頭實現(xiàn)主軸刀具的擺動宽堆，而擺動主軸頭也可通過牢固夾緊腌紧，使其定位在擺動角度范圍內的任意位置上。這種類型的機床如德國德馬吉公司的DMC75V linear/DMC105V linear畜隶，Mikro的HPM1850U和德國Rolf Wisser的高速銑床GAMMA605/1200等壁肋。有個別機床有把擺動軸和回轉軸均設置在主軸頭上，如德國Parat公司的G996V/BSH/5A高速銑削中心和德國Edel公司的五軸或六軸龍門銑床籽慢。

　　五軸高速加工中心在價格上要比三軸加工中心高很多逊汤，據(jù)德馬吉DMC75V系列的五軸加工中心與三軸加工中心進行價格比較，五軸要比三軸的價格約高50%湘胚。五軸高速加工中心價格雖高啥榜，但這種高檔機床特別適合用來加工幾何形狀復雜的模具。五軸加工中心在加工較深虑佳、較陡的型腔時掏博，可以通過工件或主軸頭的附加回轉及擺動為立銑刀的加工創(chuàng)造最佳的工藝條件，并避免刀具及刀桿與型腔壁發(fā)生碰撞檬鞠，減小刀具加工時的抖動和刀具破損的危險伊肿，從而有利于提高模具的表面質量、加工效率和刀具的耐用度煞仑。用戶在采購加工中心時炒耀，是選用三軸加工中心還是五軸加工中心，應根據(jù)模具型腔幾何形狀的復雜程度和精度等要求來決定然瞳。

　　從高速加工中心不斷創(chuàng)新的過程中可以看出名密，充分利用當今技術領域里的最新成就，特別是利用驅動技術和控制技術的最新成果，是不斷提高加工中心高速性能失驶、動態(tài)特性和加工精度的關鍵砚婆。

　　電主軸

　　高速電主軸是高速加工中心的核心部件。在模具自由曲面和復雜輪廓的加工中突勇，常常采用2～12mm較小直徑的立銑刀装盯，而在加工銅或石墨材料的電火花加工用的電極時，要求很高的切削速度甲馋，因此埂奈，電主軸必須具有很高的轉速。目前定躏，加工中心的主軸轉速大多在18000～42000r/min账磺，瑞士Mikro的高速加工中心XSM400U/XSM600U其主軸轉速已達54000 r/min。而對于模具的微細銑削(銑刀直徑一般采用0.1～2mm)痊远，則需要更高的轉速垮抗。如德國Kugler公司的五軸高精度銑床，其最高主軸轉速達160000 r/min(采用空氣軸承)碧聪，這樣的高轉速冒版，當采用0.3mm直徑的銑刀加工鋼模時，就可達到150m/min的切削速度伐页。目前侈敏，德國Fraunhofer生產(chǎn)技術研究所正在開發(fā)轉速為300000 r/min的空氣軸承支撐的主軸。

　　加工模具時养砾，總是采用很高的轉速嫩视，而高轉速產(chǎn)生的發(fā)熱，以及切削時可能產(chǎn)生的振動是影響模具加工精度的重要因素质教。為保證高速電主軸工作的穩(wěn)定性豪荧，在主軸上裝有用來測量溫度、位移和振動的傳感器瓦陡，以便對電機筑陡、軸承和主軸的溫升、軸向位移和振動進行監(jiān)控盐传。由此為高速加工中心的數(shù)控系統(tǒng)提供修正數(shù)據(jù)趾双，以修改主軸轉速和進給速度俗退，對加工參數(shù)進行優(yōu)化漆粉。當主軸產(chǎn)生軸向位移，則可通過零點修正或軌跡修正來進行補償满葛。

　　直線電機

　　目前径簿，模具加工用的高速加工中心或銑床上多數(shù)還是采用伺服電機和滾珠絲杠來驅動直線坐標軸，但部分加工中心已采用直線電機，例如德國R?ders公司的RXP500DS/RXP800DS型高速銑床和德吉馬公司的DMC75V linear型高速加工中心(其軸加速度達2g和快速行程速度達90m/min)篇亭。由于這種直線驅動免去了將回轉運動轉換為直線運動的傳動元件缠捌，從而可顯著提高軸的動態(tài)性能、移動速度和加工精度译蒂。

　　采用直線電機驅動的機床可顯著提高生產(chǎn)率曼月。例如在加工電火花加工用的電極時，加工時間要比采用傳統(tǒng)高速銑床減少50%柔昼。

　　直線電機可以顯著提高高速機床的動態(tài)性能哑芹。由于模具大多數(shù)是三維曲面，刀具在加工曲面時捕透，刀具軸要不斷進行制動和加速聪姿。只有通過較高的軸加速度才能在很高的軌跡速度情況下，在較短的軌跡路徑上確保以恒定的每齒進給量跟蹤給定的輪廓乙嘀。如果曲面輪廓的曲率半徑愈小末购，進給速度愈高，那么要求的軸加速度愈高美丝。因此壕俱，機床的軸加速度在很大程度上影響到模具的加工精度和刀具的耐用度。

　　轉矩電機

　　在高速加工中心上替塑，回轉工作臺的擺動以及叉形主軸頭的擺動和回轉等運動虫棕，已廣泛采用轉矩電機來實現(xiàn)。轉矩電機是一種同步電機梦啊，其轉子直接固定在所要驅動的部件上车榆，所以沒有機械傳動元件，它像直線電機一樣是直接驅動裝置炼岖。轉矩電機所能達到的角加速度要比傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿傳動高6倍耙钉，在擺動叉形主軸頭時加速度可達到3g。由于轉矩電機可達到極高的靜態(tài)和動態(tài)負載剛性楔侣，從而提高了回轉軸和擺動軸的定位精度和重復精度卡竣。

　　目前，已有部分廠家的高速加工中心株惶，已采用直線電機和轉矩電機來分別驅動直線軸(X/Y/Z)和回轉擺動軸(C和A)蝴韭。如R歞er的RXP500DS/RXP800DS,德馬吉的DMC75V linear和Edel的CyPort五軸龍門銑床。

　　應該提及的是熙侍，直接驅動的直線軸與直接驅動的回轉軸相組合榄鉴，使機床所有的運動軸具有較高的動態(tài)性能和調節(jié)特性，從而為高速度蛉抓、高精度和高表面質量加工模具自由曲面提供了最佳條件庆尘。

　　控制系統(tǒng)

　　CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分剃诅，它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質量驶忌。因此矛辕，對于加工模具自由曲面的高速機床，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義付魔。

　　加工高精度自由曲面時聊品，由微段直線和圓弧構成的刀具軌跡造成龐大的零件程序，這些數(shù)據(jù)流需要由機床控制系統(tǒng)來儲存和處理几苍，因此杨刨，程序段處理時間的長短是決定CNC控制系統(tǒng)工作效率的重要指標。目前擦剑，高檔CNC控制系統(tǒng)的程序段處理時間一般可達0.5ms(如海德漢的iTNC530數(shù)控系統(tǒng))吊冬，而個別數(shù)控系統(tǒng)的程序段處理時間已縮短到0.2～0.4ms。

　　應用于模具高速加工的現(xiàn)代CNC數(shù)控系統(tǒng)婉涌，除了具有為確保高速進給速度所必要的很短程序處理時間外量伏，還應具有Nurbs和樣條插補功能，并能以納米的分辨率進行工作夏坝，以便在高速加工的情況下獲得高的加工精度和表面質量畴贵。

　　目前，高檔的數(shù)控系統(tǒng)也都能與不同廠家的CAD/CAM系統(tǒng)進行連接花脐，數(shù)據(jù)從CAD/CAM系統(tǒng)經(jīng)以太網(wǎng)以很高的速度傳送到控制系統(tǒng)上幅秉。CAD/CAM集成到控制系統(tǒng)上，在很大程度上能使模具復雜輪廓的加工獲得良好的效果戚吕，并對縮短調整時間和編程時間做出十分重要的貢獻渠跷。

　　在上述所引述的五軸高速機床上，除R歞er公司是采用自己開發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)外员漩，其它主要是采用了西門子的840D和海德漢公司的iTNC530數(shù)控系統(tǒng)收罢。

　　結束語

　　近十年來，驅動技術和控制系統(tǒng)的長足進步逝淹，推動了加工中心結構的不斷創(chuàng)新和性能的不斷提高耕姊。電主軸、直線電機栅葡、轉矩電機和快速數(shù)控系統(tǒng)的應用對提高加工中心的高速茉兰、高動態(tài)和高加工精度起了決定性的作用。而在模具加工機床的多種結構創(chuàng)新中欣簇，轉矩電機起到了特別重要的作用规脸。它不僅應用于回轉工作臺的回轉和擺動驅動，而且還應用于叉形主軸頭的擺動或主軸頭的擺動和回轉驅動醉蚁，由此構成各種不同類型的五軸加工中心燃辖。而回轉和擺動主軸頭的應用鬼店，又為發(fā)展加工大型模具的五軸龍門式高速精密銑床提供了技術支持网棍。

　　今后黔龟，進一步提高主軸轉速、動態(tài)性能和行程速度仍是高速加工中心的發(fā)展重點滥玷，這不僅仍要依賴于驅動技術和數(shù)控技術的進一步發(fā)展氏身，還要有賴于機床構件輕量化的發(fā)展和并聯(lián)機床的開發(fā)⌒抛玻可以預料爱亡，在今后5年中，高速加工中心或高速銑床的軸加速度有望達到3～4g,坐標軸的快速行程速度達到100～140m/min癣垛。

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