前言：
机床作为“制造的母机”在某种程度上代表了一个国家制造业水平的高低，不仅与国家的航空航天、船舶、军工、科研、精密器械、高精医疗设备等行业有极大关系，而且与人们日常生活的方方面面息息相关。从某种意义上说，没有制造业的支撑就很难实现真正意义上的现代化。而五轴联动数控机床则象征着目前机床制造业的最高水准，是数控机床技术制高点之一，也是世界各制造大国不遗余力发展的重点对象。

关键词：五轴联动 数控系统 五轴头
1 五轴联动技术的发展脉络
1983年，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动数控铣床，前苏联将其用于制造核潜艇推进螺旋桨，由于加工精度提高，使得螺旋桨在水中转动时候噪声大为下降，以至于美国的声纳无法侦测到前苏联核潜艇的动向,苏军潜艇能很好的隐藏在海底下。该数控机床的销售，也使得苏联的装备制造业上了一个档次，时至今日，美军的声纳也难以监听到俄军的潜艇了。由此可以看出，先进技术，尤其是装备制造业的先进技术对于一个国家的命运具有举足轻重的作用。当今世界瞬息万变，在更新换代大潮中迎头赶上，不断缩小与国际先进技术的差距，成了摆在我国装备制造业面前的头等大事。
近年来，在政策的支持和各科研机构的努力下，我国的五轴联动机床制造技术已经取得了长足的进步，一些国内优秀企业及科研单位，如齐二、济二、北京机电院等不辱使命，为打破国外的技术垄断做出了不可磨灭的贡献。2005年，北京机电院的五轴联动叶片加工中心获得中国机械工业科技进步一等奖。2009年，济南二机床负责开发研制的第一台XKV2745×200型双龙门移动式机械五轴联动数控镗铣床通过国家验收，打破国外技术垄断，解决了我国电力行业急需大型水轮机叶片加工设备的难题。齐二机床作为中国重型机床骨干企业之一，与清华大学合作研制的国际首创我国第一台新型大型龙门五轴联动混联机床。船舶制造业的核心部件有许多空间曲面类零件，大多是使用大型龙门铣镗床通过多轴联动加工出来的。齐重数控装备股份有限公司经过多年研究，成功研制了五轴车铣中心，对我国船舶制造业核心零件的自主产业化制造作出了贡献。在刚刚过去的中国国际机床展览会（CIMT2011）上，国内龙头企业沈阳机床集团以1600平方米展台的强大阵容，推出了25台具有国际化水准的高速复合精密化机床产品。齐二机床、齐重数控也分别携高精尖产品参展。其中齐二机床展出的TH6920A型落地铣镗加工中心和VM50型立式车铣加工中心均是自主研发、填补空白的高端数控装备代表产品；齐重数控展出的高精数控行星架专用立式镗床、YK31600L数控滚齿机和高精数控双柱定梁立式车磨床等3台产品成为展会一大亮点。国内机床另一龙头企业秦川机床集团携QMK009数控圆锥齿轮磨齿机和QJK002数控圆锥齿轮铣齿机等多款新品参展。这两台新产品颠覆了世界上传统的弧齿锥齿轮加工机床设计、制造理念等技术，解决了我国大型重载圆锥齿轮的热后精密加工难题，使我国在国际上处于大型高精密硬齿面锥齿轮制造的先进行列。在精度方面，北京机床研究所的高精度加工中心、宁江机械集团股份有限公司的NJ-5HMC40 卧式加工中心和交大昆机科技股份有限公司的TH61160 卧式镗铣加工中心都具有较高的精度，可与发达国家的产品相媲美。在产品市场销售上，江苏多棱、济南二机床、北京机电研究院、宁江机床、桂林机床、北京一机床等企业的产品，已获得国内市场的认同。行业在抗击金融危机的过程中，全面贯彻落实转变经济发展方式的精神，根据市场需求，开发了大批满足市场需求，尤其是重点用户需求的产品。可以看出，经过多年发展，中国机床产品已经有了质的飞跃，高端产品比重不断增加，数控化率连年增长，以精密、高性能和可靠性为主要目标的品牌战略，为传统品牌注入了新的内涵，成为新形势下机床行业未来发展的重要内生动力之一。[1][2]
尽管如此，我们应当清醒的认识到，我国与国际先进制造业强国的技术还存在较大差距，坚持走自主创新之路，是我国机床界的旗帜之一。近年来开发完成新产品多种，在五轴联动数控研发方面更是如此。与此同时，国外企业的技术和经验，可以为国内企业提供借鉴，他们的成长经验对于中国机械制造业中小企业很有参考价值以取长补短，促进企业发展。从国外的成功案例来看，核心技术是企业的灵魂， 我国企业应当继续走自主创新与引进吸收国外先进技术，掌握具有自主产权的核心技术，提高企业乃至国家制造业的竞争力。总之，只有大力发展大型、精密、高速数控机床，我国的机床业才能真正进步。
五轴联动技术是一整套技术的集合，其中关系到多学科，在今后的发展中，我们应该集中力量发展五轴联动相关技术中的薄弱环节，以实现各方面的平衡发展，
2 重点发展的关键技术

2.1 高速、精密加工技术：
高速精密加工离不开各种高速、精密的元件和工艺的支持。如高速电主轴单元，高速进给机构，支持高速加工的高性能数控系统及测量系统，缺少任何一项都不能完成高速、精密加工。它不仅科技含量高、精密度高，而且可以很好的加工复杂曲面，它对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械和高精医疗设备等行业，有着举足轻重的影响力。数控机床回转轴运动的精度是工件的位置基准、运动基准的直接影响因素，决定着机床的几何精度和工作精度。随着加工精度要求的不断提高，五轴联动数控机床最关键的回转轴多采用高速电主轴，并成为机床的关键部件之一。
在实际工作过程中，高速电主轴的发热问题成为影响数控机床加工精度的主要因素，在很大程度上制约着加工精度的进一步提高。资料表明，由发热引起的误差占全部误差的70％。因此要提高机床的精度，就必须采取有效的措施来分析并减小热误差。目前，对电主轴关键点的温度进行采集，并对其实行温度补偿为主要解决办法。

2.2 高速进给技术

在高速进给方面，采用滚珠丝杠的机床进给系统所能达到的最高的快速进给速度50 ~ 60 m / min ，工作进给速度为30~40 m/min；由于滚珠丝杠的局限性——高速摩擦造成温度升高而引起的径向伸长造成的加工误差，决定着这种结构的速度及其加速度都不能太高，最高加速度很难突破1g，通常只有0.2~0.3g ,这远远满足不了超高速机床的需要。要获得高的进给速度和进给加速度，从目前来看，只能采用直线电动机直接驱动的形式。采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动方式的最大区别是取消了一切中间传动环节。这种传动方式带来了原旋转电机传动方式无法达到的性能指标和优点，同时也带来了新的矛盾和问题。尤其是各种干扰不经过任何中间环节的衰减而直接传到直线电动机上，使得伺服控制的难度增大，尽管如此，据保守估计，10年后将至少有20%的数控机床将采用直线电动机，尤其是高精度和超高精度的机械设备。如今，直线电机进给技术已经走上快速发展阶段，，解决好控制问题是发展直线电动机的当务之急。为此，人们先后将PID控制、Smith控制、预估控制、自适应控制、滑模变结构控制、H 控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等控制方法引入到直线电动机驱动系统的控制中，也取得了一些成果和成功的应用实例，但要想在高速、精密机床进给系统中广泛采用直线电动机，还必须针对直线电动机进给系统的具体特点，采用和研究更加有效的控制方法。[3][4]