文档介绍：D e s ign and R e sea rch 设计与研究
五轴联动数控木工机床的运动原理与结构特点
The p rinc ip le o f m o vem ent and the fea tu re o f co n struc tio n
fo r five - d im en sion s jo in t m o tion NC woo dwo rking m ach ine ry
马岩王毅亮罗阁
(东北林业大学林业与木材加工机械工程技术中心,哈尔滨 150040)
摘要:五轴联动数控木工机床是我国木工机械企业开发标志性产品,其意义远远大于实际市场需
求的意义。本文在综述数控五轴加工中心的基础上,指出五维多轴联动的基本定义,介绍常
见需要五轴联动数控木工机床加工的产品,分析其需要加工的原因,并总结出五轴联动数控
木工机床的运动原理、典型结构与特点;指出五维多轴联动的技术难点,着重介绍编程软件
P ITAGORA的高动态特性和分别有前置处理和后置处理功能,为国产五维多轴联动数控木工
加工中心研制成功提供参考。
关键词:五维木工机床联动加工中心
中图分类号: TS642
五轴联动数控机床系统对一个国家的航空、精心策划通过东芝公司和康士堡公司同意向苏联
航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等行业提供四台 MBP—11OS型五维九轴联动数控大型
有着举足轻重的影响力,对于木工机械行业同样船用螺旋桨铣床,此项合同成交额达 37 亿日元。
如此。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家这种高约 10米、宽 22米、重 250吨的铣床,可以精
工业化水平的标志。在我国木工机械行业,五轴确地加工出巨大的螺旋桨,使潜艇推进器发出的
联动数控木工机床的水平可以代表这个木工机械噪音大大降低。克格勃从日本东芝机械公司成功
企业数控机床的制造水平。因此,开发五轴联动走私了一批高科技大型铣床等高技术产品,大大
数控木工机床是我国木工机械企业开发的标志性降低了苏联潜艇噪音,使美国海军核潜艇难以追
产品,其意义远远大于实际市场需求的意义。踪苏联潜艇。在此之后,高性能的数控机床是“巴
黎统筹委员会”(由北约国家和日本等 15国组成)
1. 五轴联动数控木工机床是标志性产品
严格限制的产品,禁止向苏联、东欧等共产主义国
60年代末,苏联迫切需要高精度机床加工螺家出口。直到现在,美国仍然严格限制多维多轴
旋桨,消除潜艇噪音。1979年底,苏联克格勃经过联动以上级别的数控机床对中国的出口。
图 1 需要五轴联动数控木工机床加工的螺旋桨
木工机床 2010 No. 2 5
设计与研究 D e sign and R e sea rch
2 五维多轴联动的基本定义
通常的数控机床都是三维的,从数学意义上
分类,维数是指机床在运动过程中所涉及的坐标
系;轴数是指有几根代刀具的主轴(不包括次要的
轴) ;联动是指可以同时运动并参与插补维数的主
轴数;同动是可以同时运动的主轴数。例如,有 6
根主轴,可以同时运动,没有互锁。但仅能在三维
内实现同时运动并完成插补,这个数控机床是三
维联动六主轴同动数控机床。仅是具有 xyz三个
直线运动坐标的六根轴的三维数控机床,即三轴图 2 六个坐标的定义方法
联动数控机床。在通常的定义中,许多人把主轴有限公司等企业开发了五轴联动数控机床。
的个数与机床运动的维数搞混,把联动和同动搞
3 木制品行业需要五轴联动数控木工机床加工
混,把几个轴作为衡量数控机床水平是不严密的。
的产品
本文的“五轴联动”是简称,严格地讲应该是五维
多轴联动数控机床。现在多数五轴联动数控木工在木制品加工行业,有大量的产品加工是非
机床实际上是五维联动四轴数控木工机床。当年常困难的,这些产品都必须采用五轴联动数控木
国内的第一台数控镂铣机有 5个主轴,厂家声称开工机床加工。下图是常见的需要五轴联动数控木
发出 5轴联动(实际是五个轴一起动)的数控镂铣工机床加工的产品:
机。实际上那台机床是二维半联动的五轴同动数
控镂铣机。
五维数控机床一般是指五个数字控制系统在
五个坐标轴系内同时完成运动和插补的机床。通
常必须具有 xyz三个直线运动坐标外,另外还有两
个回转运动轴坐标。
数控机床的联动是指三个直线运动坐标 x、y、
z和 A、B、C三个转动中任意个坐标的组合。通常
我们定义:绕 x、y、z轴的旋转坐标分别为 A、B、C
轴,具体位置关系见图 2。一般它们都采用线性插
补运动实现联动。
在实际工程中,这些数控轴却不一定全部都
同时参与插补和实现联动,其中有多少数控轴可
以同时参与位