張現(xiàn)磊

隨著中國(guó)工業(yè)、軍事工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)于數(shù)控技術(shù)提出了新的要求。當(dāng)前，多軸多刀數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)的前沿科技領(lǐng)域。通常而言，多軸多刀數(shù)控技術(shù)指的是具有四軸以上、兩把以上刀具的數(shù)控加工技術(shù)。在當(dāng)前，這種數(shù)控技術(shù)的研究方興未艾。在本文中，筆者結(jié)合自身的理論知識(shí)，首先分析了多軸多刀數(shù)控技術(shù)的基本原理，然后分析了該數(shù)控技術(shù)的設(shè)備、程序編制等。

一、多軸多刀數(shù)控技術(shù)的基本技術(shù)原理

多軸多刀數(shù)控技術(shù)的最直接，同時(shí)也是最有效的載體是多軸數(shù)控加工中心，這個(gè)數(shù)控加工中心主要包括數(shù)控裝置、輸入裝置和伺服裝置等。多軸多刀數(shù)控技術(shù)的基本技術(shù)原理是：把數(shù)控機(jī)床中的數(shù)控裝置、伺服裝置和工藝參數(shù)等，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，然后以編成相應(yīng)的程序代碼輸入到機(jī)床控制系統(tǒng)之中，由控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理這些程序代碼，最后安裝伺服系統(tǒng)的指令完成控制機(jī)床各個(gè)部件協(xié)調(diào)的動(dòng)作，完成各種零部件的加工生產(chǎn)。

二、多軸多刀數(shù)控技術(shù)的設(shè)備

在數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)界來說，在世界范圍內(nèi)，美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家在復(fù)合加工機(jī)床、數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床和數(shù)控加工刀具的結(jié)合方面的研究成果比較大。其中，德國(guó)的DS公司、意大利的COMAU等公司研發(fā)的平動(dòng)機(jī)床，等都是當(dāng)前世界上比較先進(jìn)的并聯(lián)機(jī)床。

而對(duì)于中國(guó)的數(shù)控機(jī)床的發(fā)展來說，隨著改革開放經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也有了30多年的跌宕起伏的發(fā)展史，當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入到了成熟時(shí)期。在世紀(jì)之處的幾年例，中國(guó)金屬切削機(jī)床的產(chǎn)量的粘平均增長(zhǎng)率達(dá)到了19%左右，而同時(shí)期的數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量更是比同期提高了33個(gè)百分點(diǎn)，由此可以看出，數(shù)控機(jī)床的增長(zhǎng)速度要比金屬切削機(jī)床的增長(zhǎng)速度快。

當(dāng)前，中國(guó)還是新興的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)國(guó)家，其它的國(guó)家比如韓國(guó)等，以及中國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)也是新興的數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)，在這些國(guó)家和地區(qū)，多軸多刀數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)方面具備很強(qiáng)的實(shí)例，而且市場(chǎng)相當(dāng)廣闊。比如中國(guó)的廣州數(shù)控、北京機(jī)床廠、大連機(jī)床廠等，以及韓國(guó)的斗山數(shù)控，在數(shù)控系統(tǒng)、多軸多刀數(shù)控機(jī)床方面均有了技術(shù)比較先進(jìn)的產(chǎn)品，有效滿足了所在地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)的需要。但是這些新興市場(chǎng)國(guó)家在高端多軸多刀數(shù)控機(jī)床研究方面卻無法與傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)研究強(qiáng)國(guó)相比，比如沒有的辛辛那提公司、德國(guó)的西門子公司和日本的FANUC公司等。

在1990年，中國(guó)的燕山大學(xué)研制出了中國(guó)的第一臺(tái)并聯(lián)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，而七年之后，東北大學(xué)研制出中國(guó)的第一臺(tái)平移自由度并聯(lián)機(jī)床樣機(jī)。一年之后，也就是在1998年，清華大學(xué)和天津大學(xué)共同研發(fā)出并聯(lián)機(jī)床VAMTIY。這些數(shù)控機(jī)床設(shè)備主要以提高加工的精度為主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)也能夠應(yīng)用于其他的葉片類、大型模具等復(fù)雜曲面零件的加工生產(chǎn)，其中，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的當(dāng)屬大型龍門式五軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)機(jī)床。

三、多軸多刀數(shù)控機(jī)床的程序編制

從形式上來分類，多軸多刀數(shù)控技術(shù)主要分為三種：第一種是手動(dòng)編程，第二種是自動(dòng)編程，第三種是仿真技術(shù)。

手動(dòng)編程。多軸多刀數(shù)據(jù)編程的缺點(diǎn)是顯而易見的，比如編程的速度比較慢、不能用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的編程、編程的耗時(shí)比較長(zhǎng)等。不過，應(yīng)當(dāng)注意的是，手動(dòng)編程也具有程序短小、可修改性非常強(qiáng)和可用標(biāo)準(zhǔn)參考方程曲線等優(yōu)勢(shì)，比如拋物線、擺線等。該文原載于中國(guó)社會(huì)科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的《環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)》雜志http：//www.ems86.com總第539期2014年第07期-----轉(zhuǎn)載須注名來源現(xiàn)階段，很多多軸多刀的加工手法都是應(yīng)手動(dòng)編程來完成的，比如圓周上鉆等。下面筆者將通過一個(gè)實(shí)例來介紹手動(dòng)編程程序：

#1=60

#2=7

#3=2

#4=2.3398823/180

#5=21

#6=23

While#4LE#3

#7=360/#6*[#4-7]*#2

#8 = #2* COS（ #4）#11 = #2* SIN（ #4）

G88G89G90X[#18]Y[#8]Z[#6]R[#7]F300

#5= #5+ 1

ENDW

G120

G91G28Z1

M15

M30

自動(dòng)編程。通過上文中的分析，我們知道手動(dòng)編程具有容易出錯(cuò)、不適用于復(fù)雜零件編程的缺點(diǎn)，而且編程的工作量也比較大，但是應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動(dòng)編程，由于具有編程速度快等優(yōu)勢(shì)，受到業(yè)界的廣泛歡迎。當(dāng)前，越來越多的企業(yè)認(rèn)識(shí)到，自動(dòng)編程技術(shù)具有高精度、該效率等特點(diǎn)，不僅可以應(yīng)用于復(fù)雜零件的編程，而且性能也比較高。但是，當(dāng)前由于技術(shù)條件的限制，這種編程技術(shù)要想真正發(fā)揮其性能，還需要性能優(yōu)良的CAD/CAM軟件。

現(xiàn)階段，中國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的CAD/CAM軟件主要包括：Pro/ENGINeer、UG和CATIA軟件等。這些軟件普遍應(yīng)用于工作站或者微機(jī)平臺(tái)上。但是這些軟件的價(jià)格通常比較昂貴，因此在一定程度上限制了該技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)的CAD/CAM技術(shù)取得了比較大的進(jìn)步，比如高華CAD等，相比國(guó)外的技術(shù)軟件，這些軟件的價(jià)格相對(duì)來說比較便宜，因此符合我國(guó)的基本國(guó)情，從而占領(lǐng)了大年的大部分市場(chǎng)份額。由此我們也可以看出，我國(guó)在這方面的發(fā)展，無論從技術(shù)研究水平，還是從市場(chǎng)推廣方面來說，都與西方發(fā)達(dá)國(guó)家有著不小的差距。

國(guó)外的CAD/CAM技術(shù)軟件出現(xiàn)的時(shí)間比較早，而且研發(fā)和利用的時(shí)間相對(duì)來說比較長(zhǎng)，比如UG等公司都是CAM行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，生產(chǎn)的都是世界范圍內(nèi)的頂級(jí)差異，可高效仿真刀具和機(jī)床的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前，這些公司的產(chǎn)品在我國(guó)已經(jīng)占領(lǐng)了一部分的市場(chǎng)份額。因此，無論從技術(shù)研發(fā)角度，還是從市場(chǎng)開發(fā)層面看，我國(guó)的CAD/CAM軟件的前景都不是特別的樂觀，特別是在五軸數(shù)控機(jī)床研究方面，中國(guó)的企業(yè)做的還不是很好，存在不少的問題和缺陷等。

自動(dòng)仿真技術(shù)。數(shù)控加工生產(chǎn)中的仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟件來模擬數(shù)控加工生產(chǎn)的過程，然后把加工過程和結(jié)構(gòu)通過數(shù)字、圖形和圖表等方式展示出來，通過計(jì)算機(jī)展示出來，從而為人們的判斷、驗(yàn)證和控制加工過程提供合理的方法。現(xiàn)階段，數(shù)控加工仿真技術(shù)主要包括兩個(gè)方面，一是幾何仿真技術(shù)，二是力學(xué)仿真技術(shù)。

當(dāng)前，雖然主流的三維軟件均有三維仿真功能，但是由于多軸加工生產(chǎn)具有復(fù)雜性的特征，所以無法徹底消除零件與刀具、刀具與工作臺(tái)等之間的碰撞，其控制方法和技術(shù)還有待完善。

多軸多刀數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 多軸多刀數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，高精度與高速度；其次，高柔性化與復(fù)合化；再次，多功能化；第四，智能化；第五，自動(dòng)仿真技術(shù)。通盤考慮干涉、避讓檢查等約束條件，結(jié)合幾何仿真與力學(xué)仿真技術(shù)的自動(dòng)仿真技術(shù)。

多軸多刀數(shù)控機(jī)床技術(shù)屬于高科技前沿科技領(lǐng)域，現(xiàn)階段，中國(guó)在這方面的研發(fā)水平和市場(chǎng)推廣做得還不是很好。但是，其成為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展方向所在，因此必須重視這方面的研發(fā)。在文本中，筆者從多軸多刀數(shù)控技術(shù)的概念、基本技術(shù)原理和設(shè)備、數(shù)控編程等方面對(duì)其做了系統(tǒng)的分析。

（作者單位：山東華宇工學(xué)院）