幾十年來，人們普遍認為五軸數控加工技術是加工連續、平滑、復雜曲面的惟一手段。一旦人們在設計、制造復雜曲面遇到無法解決的難題，就會求助五軸加工技術。早在20世紀60年代，國外航空工業生產中就開始采用五軸數控銑床。目前五軸數控機床的應用仍然局限于航空、航天及其相關工業。

　　五軸聯動數控是數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術，它集計算機控制、高性能伺服驅動和精密加工技術于一體，應用于復雜曲面的高效、精密、自動化加工。國際上把五軸聯動數控技術作為一個國家生產設備自動化水平的標志。由于其特殊的地位，特別是對于航空、航天、軍事工業的重要影響，以及技術上的復雜性，西方工業發達國家一 直把五軸數控系統作為戰略物資實行出口許可證制度，對我國實行禁運。因而，研究五軸數控加工技術對國家科技力量和綜合國力的提高有重要意義。

符合數控機床發展的新方向

　　近幾年國際、國內機床展表明，數控機床正朝著高速度、高精度、復合化的方向發展。復合化的目標是在一臺機床上利用一次裝夾完成大部分或全部切削加工，以保證工件的位置精度，提高加工效率。國外數控鏜銑床、加工中心為適應多面體和曲面零件加工，均采用多軸加工技術，包括五軸聯動功能。在加工中心上擴展五軸聯動功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系統的進一步集成化。最近國際機床業出現了一個新概念，即萬能加工，數控機床既能車削又能進行五軸銑削加工。五軸數控機床在國內外的實際應用表明，其加工效率相當于兩臺三軸機床，甚至可以完全省去某些大型自動化生產流水線的投資，大大節約了占地空間和工件在不同制造單元之間的周轉運輸的時間和花費。

　　發展和推廣的難點及阻力何在

　　顯然，人們早已認識到五軸數控技術的優越性和重要性。但到目前為止，五軸數控技術的應用仍然局限于少數資金雄厚的部門，并且仍然存在尚未解決的難題。五軸數控技術為何久久未能得以廣泛普及？五軸數控加工由于干涉和刀具在加工空間的位姿控制，其數控編程、數控系統和機床結構遠比三軸機床復雜得多。目前，五軸數控技術在全球范圍 內普遍存在以下問題。

　　五軸數控編程抽象、操作困難

　　這是每一個傳統數控編程人員都深感頭疼的問題。三軸機床只有直線坐標軸，而五軸數控機床結構形式多樣；同一段NC代碼可以在不同的三軸數控機床上獲得同樣的加工效果，但某一種五軸機床的NC代碼卻不能適用于所有類型的五軸機床。數控編程除了直線運動之外，還要協調旋轉運動的相關計算，如旋轉角度行程檢驗、非線性誤差校核、刀具旋轉運動計算等，處理的信息量很大，數控編程極其抽象。

　　刀具半徑補償困難

　　在五軸聯動NC程序中，刀具長度補償功能仍然有效，而刀具半徑補償卻失效了。以圓柱銑刀進行接觸成形銑削時，需要對不同直徑的刀具編制不同的程序。目前流行的CNC系統均無法完成刀具半徑補償，因為ISO文件中沒有提供足夠的數據對刀具位置進行重新計算。用戶在進行數控加工時需要頻繁換刀或調整刀具的確切尺寸，按照正常的處理程序，刀具軌跡應送回CAM系統重新進行計算。從而導致整個加工過程效率十分低下。

　　對這個問題的最終解決方案，有賴于引入新一代CNC控制系統，該系統能夠識別通用格式的工件模型文件(如STEP等)或CAD系統文件。

　　購置機床需大量投資

　　以前五軸機床和三軸機床之間的價格懸殊很大。現在，三軸機床附加一個旋轉軸基本上就是普通三軸機床的價格，這種機床可以實現多軸機床的功能。同時，五軸機床的價格也僅僅比三軸機床的價格高出30%～50%。

　　除了機床本身的投資之外，還必須對CAD/CAM系統軟件和后置處理器進行升級，使之適應五軸加工的要求；必須對校驗程序進行升級，使之能夠對整個機床進行仿真處理。

　　國內五軸數控技術發展狀況與市場分析

　　五軸聯動數控機床，是電力、船舶、航空航天、高精密儀器等民用工業和軍事工業等部門迫切需要的關鍵加工設備。西方發達國家長期對我國實行禁運。

　　從1999年開始，在CIMT、CCMT等國際、國內機床展覽會上，首先是國內的五軸數控機床產品紛紛亮相，國內五軸數控機床的市場逐漸打開，隨后國際機床巨頭紛至沓來，五軸數控機床的品種和數量逐年上升：CIM T99、CCMT2000分別推出3臺國產五軸聯動機床；CIMT2001國際機床展覽會上，北京第一機床廠和桂林機床股份有限公司分別展出了主軸轉速10000r/min的五軸高速龍門加工中心，北京市機電院的主軸轉速15 000r/min 的五軸高速立式加工中心；清華大學與昆明機床股份有限公司聯合研制的XNZ63，采用標準Stewart平臺結構，可實現六自由度聯動；大連機床廠自行研制的串并聯機床 DCB—510，其數控系統由清華大學開發，該機床通過并聯機構實現X、Y、Z軸直線運動，由串聯機構實現A、C軸旋轉運動，從而實現五軸聯動，其直線快速進給速度可達80m/min。這些機床均已達到國際先進水平，體現出我國機床工業為國防尖端工業發展提供裝備的實力又有突破性提高。中國機床工業的發展，利用自己研制的高、精、尖產品參與國際競爭，打破了國際技術壟斷，國際機床巨頭們不愿失去中國這個大有潛力可挖的市場，于是蜂擁而來，把他們的產品“送上門來”：國外展團共展出五軸加工中心8臺、五軸車銑加工中心1臺、五軸數控刀具磨床5臺。

　　我國數控技術及其設備在各工業部門中的應用整體水平仍然偏低，與工業發達國家相比差距很大。為了實現“十五”規劃的發展目標，各部門迫切需要進一步大力發展數控加工技術，亟須配置大量的各類工藝設備，尤其是數控機床設備。對于數控機床設備的主要技術要求是多軸、高速、剛性好、功率大；對坐標數的需求，以三至五軸聯動為主。對于關鍵零件形狀復雜的行業，如航空、電力、船舶、模具制造業等，其生產部門對多軸機床要求比例較大，新增五軸數控機床大約占數控機床總數的70%～80%。 

    裝備制造業是一國工業之基石，它為新技術、新產品的開發和現代工業生產提供重要的手段，是不可或缺的戰略性產業。即使是發達工業化國家，也無不高度重視。近年來，隨著我國國民經濟迅速發展和國防建設的需要，對高檔的數控機床提出了急迫的大量需求。機床是一個國家制造業水平的象征。而代表機床制造業最高境界的是五軸聯動數控機床系統，從某種意義上說，反映了一個國家的工業發展水平狀況。長期以來，以美國為首的西方工業發達國家，一直把五軸聯動數控機床系統作為重要的戰略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰時期，對中國、前蘇聯等社會主義陣營實行封鎖禁運。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”：上世紀末，□□□東芝公司賣給前蘇聯幾臺五軸聯動的數控銑床，結果讓前蘇聯用于制造潛艇的推進螺旋槳，上了幾個檔次，使美國間蝶船的聲納監聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰略物資禁運政策，要懲處東芝公司。由此可見，五軸聯動數控機床系統對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業，有著舉足輕重的影響力。 現在，大家普遍認為，五軸聯動數控機床系統是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。所以，每當人們在設計、研制復雜曲面遇到無法解決的難題時，往往轉向求助五軸數控系統。由于五軸聯動數控機床系統價格十分昂貴，加之NC程序制作較難，使五軸系統難以“平民”化應用。但近年來，隨著計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）系統取得了突破性發展，珊星公司等中國多家數控企業，紛紛推出五軸聯動數控機床系統，打破了外國的技術封鎖，占領了這一戰略性產業的至高點，大大降低了其應用成本，從而使中國裝備制造業迎來了一個嶄新的時代！以信息技術為代表的現代科學的發展對裝備制造業注入了強勁的動力，同時也對它提出更強要求，更加突出了機械裝備制造業作為高新技術產業化載體在推動整個社會技術進步和產業升級中無可替代的基礎作用。作為國民經濟增長和技術升級的原動力，以五軸聯動為標志的機械裝備制造業將伴隨著高新技術和新興產業的發展而共同進步。中國不僅要做世界制造的大國，更要做世界制造強國！預計在不久的將來，隨著五軸聯動數控機床系統的普及推廣，必將為中國成為世界最強國奠定堅實的基礎！ 

    加工中心一般分為立式加工中心和臥式加工中心，立式加工中心（三軸）最有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉工作臺，也只能完成工件的四面加工。目前高檔的加工中心正朝著五軸控制的方向發展，五軸聯動加工中心有高效率、高精度的特點，工件一次裝夾就可完成五面體的加工。如配置上五軸聯動的高檔數控系統，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工，更能夠適宜象汽車零部件、飛機結構件等現代模具的加工。立式五軸加工中心這類加工中心的回轉軸有兩種方式，一種是工作臺回轉軸。設置在床身上的工作臺可以環繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，環繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實現聯動，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數控系統、伺服系統以及軟件的支持。這種設置方式的優點是主軸的結構比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當A軸回轉大于等于90度時，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力 矩。 另一種是依靠立式主軸頭的回轉。主軸前端是一個回轉頭，能自行環繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還有帶可環繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上，實現上述同樣的功能。這種設置方式的優點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設計還有一大優點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質量會很差，采用主軸回轉的設計，令主軸相對工件轉過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內，當然這類主軸的回轉結構比較復雜，制造成本也較高。