林青
沈阳机床（集团）有限责任公司 辽宁省沈阳市 110000
摘要：五轴联动数控机床的产生是为了能够与多面体以及曲面零件进行加工而产生的。伴随着机床复合化技术当前的持续创新发展，五轴联动数控机床当前的加工效率等同于两台三轴机床，甚至能够全部节省针对部分大型自动化生产线进行的投资，极大的节省了占地空间以及工作在不同制造单元彼此之间进行周转运输所消耗的时间以及费用。市场上的需求促进了我们国家五轴联动数控机床的快速发展。基于此本文针对五轴机床在进行液压系统控制过程中需要使用的相关功能部件进行说明，并且完成对液压系统上的设计说明，和液压原件所进行的选择。最终完成对整体五轴机床其在液压系统上的控制，最终达成了五轴机床的相关操作。
关键词：五轴机床；功能部件；液压系统；液压原件
0 引言
数控机床是当成一种先进制造技术以及装备现代化发展的根本，同时其也是对于高技术产业当前的发展给予保证和国防军工现代化发展所不能够缺少的一种战略装备。伴随着当前工业化的持续快速发展，五轴联动数控机床当前被认定为属于航空航天和船舶，以及精密仪器和发电等相关行业加工核心部件所不能够缺少的一种加工工具。数控机床本身是一种难度系数相对较大并且使用的范围相对比较广泛，五轴联动数控机床在进行加工上具有无法替代的优势。五轴联动数控机床当的主要作用体现在它可以对于一些复杂曲面的机械配件进行加工，尤其是在处置叶轮和叶片，以及船用螺旋桨和大型柴油机曲轴等几个方面具备不可忽视的特有优势。
当前数控机床主要是通过美国和日本以及德国等一些发达国家去进行开发和研制出来的。所以，针对当前的情况分析，进口的技术其中的含量和国产相比要高出一些，可是当前国内一些企业在进行研发上的产品质量也在不断的赶超上来。伴随着当前数控机床技术额度持续快速发展，其对于数控机床相关技术提出的要求也在不断的提升为了能够与当前市场上发展的需求保持一致，改变国外五轴机床对其产生的制约，通过对相关经验进行总结，不断的完成五轴机床的总结，同时提升机床在工作上的范围。工作台在工作上的直径也开始在400提升到了660，这样的一种情况也与很多企业零件在尺寸加工上提出的要求保持契合。当前我们国家对于门式五轴进行研究和加工的中心，其具备了一次装夹的功能，同时能够完成铣削和钻削，还有镗孔以及攻丝等多种方式不同的加工方法。同时还可以持续的完成复杂曲面加工的优势，如叶轮和叶片等零件具备的复杂性。其本身还要求要能够实现五轴功能，则要求配备完整的液压控制系统，通过这样的方式能够完成五轴机床多项功能在操作上提出的要求。
1 液压系统控制的主要功能部件研究
1.1 主轴的特点研究
为了与高速切削所具备的特点保持契合，需要使用德国18 000 r/min生产的电主轴。主轴锥孔需要使用德国标准的HKS-A63。机床刀具需要将其安装在主轴的锥孔中，在进行机床操作的过程中，要求完成机床刀具的松开和相关的夹紧功能。这一功能需要通过液压系统去对其进行控制完成。并且使用液压系统去完成主轴尾部中液压油缸活塞的控制使得这一功能能够快速的实现。
1.2 转台的特点研究
在五轴机床全部的功能部件里，转台是其中不能够缺少的一个非常核心的部件，其完成了机床所必备的两个旋转轴功能。当前我们国家生产的转台主要使用的是德国高刚性和就别高承载的一种A轴双驱力矩转台，C轴同样使用的是用力矩电机去完成驱动。为了能够与机加客户针对加工零件尺寸提出的需求保持一致，这一转台自身的直径达到了660，其自身的承载力量能够达到1 t。这样能够对于工厂在使用上提出的需求给予满足。在机床进行具体操作的过程中，转台同样要求进行夹紧和松开。在机床重切进行中，要求去完成液压加紧，在机床五轴联动进行切削的同时，还要求将液压松开。这样的一种情况能够完成五轴联动的一种切削功能。这一转台其中配备了两个A轴和一个C轴。所以，液压系统要求完成三路的控制，完成松开和夹紧的功能。数控技术的发展，特别是数控系统大容量存储技术的解决方案，开放式体系结构控制器，快速处理器和运动控制的应用，日益完善的人机界面软件以及工厂自动化设备之间的互连，网络，使五轴数控机床的潜在生产能力得到充分利用；高速加工HSM技术，高速电主轴或复合主轴头技术的发展极大地促进了机床设计/制造技术的发展与创新，使得5轴CNC机床的制造技术变得困难重重。减少，可以被一般制造企业接受；计算机软件和硬件技术的飞速发展以及成本的不断降低，使5轴联动和3轴联动控制系统的价格几乎相同。 5轴联动CAM编程软件的价格也急剧下降，这使其为许多制造公司所接受。随着软件技术的发展，尤其是可视化技术的应用，例如模拟技术和虚拟NC加工，用户比以前更容易掌握和应用5轴加工编程软件。在企业中，五轴技术主要用于①加工具有复杂空间表面的产品零件②高效加工大型复杂结构零件③具有孔的复杂多面结构零件的高生产率加工④替代EMD加工⑤替代快速成型（RP）⑥个性化产品零件加工⑦构成用于中小批量产品加工的灵活生产系统。
2 液压系统的设计及液压元件的选择
在完成机床液压系统的设计之前，要求完成对机床实际使用条件的有效分析。在五轴机床进行操作的同时，主轴松夹刀和转台其自身的松夹要求去完成单独的控制。而转台也被分成了双A轴以及C轴，为了能够切实的了解每一路具体的使用情况，双A轴需要拆分开，每一个A轴需要使用单独的一路去完成所需要的控制，C轴则需要使用单独的一路去进行控制，所以，其本身还要求使用四路分别针对主轴还有力矩转台去完成松夹控制。在液压系统进行设计的时候，压力以及流量其本身是对使用上提出的核心要求给予有效的满足。按照主轴说明书提出的要求能够了解到，主轴当前的松刀压力要求提升到8至10MPa，夹紧的时候其活塞的复位压力达到了3.5MPa。转台夹紧所必须的压力为5~7MPa。下述为这一套液压系统其动力元件的相关部分，详细的原理图参见1所示。
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液压原理图的动力源部分：通过电机泵组3在油箱1里将油泵出，经过滤油报警器5可以将油完成过滤之后，通过单向阀6能够快速的进入到P口，其可以进入到液压的控制元件（图2），其能够被作用在液压的执行元件，并且完成转台所需要的夹紧和松开动作。
动力元件中：液位报警器2起到的作用是在液压油不足设定液位的时候，其会进行报警，提示操作操作人员液压油并不充分，因此提出需要在其中添加液压油；油温报警器4起到的作用是在系统油温相对较高的时候，其能够提出报警，这样的一种方式需要高职操作人员的油温高出正常的数值，其对于系统当前的压力产生影响，这个时候需要对液压油进行快速有效的冷却；单向阀6其到的作用主要是为了预防液压油回流使得系统当前的压力有所降低；球阀7的作用是维修液压站的同时，蓄能器的压力能够完全的卸掉，同时还能够预防其出现意外；球阀8起到的作用是对蓄能器是不是给系统供油进行判断；压力表9起到的作用是及时的完成监控系统压力的测定；蓄能器10起到的作用是在泵暂停工作的过程中或系统下电的状况下，仍然需要为系统进行供油，通过这样的方式让转台夹紧位置能够保持不变；溢流阀11起到的作用是为了对蓄能器产生的压力给予保障，同时在系统压力出现过载的状况下去完成卸载，让系统在使用上的安全性能够得到保障；压力继电器12起到的作用是完成对系统产生压力的有效检测，最终通过这样的方式完成泵启动以及停止的控制。两位四通换向阀13起到的作用是在进行维修过程中适当的为系统进行卸压；溢流阀14起到的作用是让泵在出口上的压力得到保障，同时能够在泵的压力出现过载的状况下去进行卸载，使得系统自身的安全使用得到有效的保障；散热器15起到的作用主要是对液压油进行冷却，预防系统油温不断的提高。滤油器16起到的作用是保障系统液压油能够保持清洁，避免液压元件出现堵塞的情况。
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液压油通过动力的源部分，从P口进入到图2，并且通过液压阀板10，然后从转台减压阀11，尽管换向阀使其能够进入到转台的油缸，并尽管转台压力的继电器9，完成对夹紧油压的控制，最终通过对换向阀方向的控制，去完成转台所需要的夹紧以及松开的操作。因为转台液压缸其本身是弹簧缸，所以，只需要对其单路的通断进行控制即可。主轴刀具当前的松夹与转台比较相似，液压油主要是通过动力源部分，从P口进入到液压阀板10，然后从A口减压阀3和B口减压阀2，使用两位四通换向阀1使其能够进入到主轴油缸，并尽管B口的压力继电器4和A口压力的继电器5，完成夹紧油压的控制，最后使用对换向阀方向进行控制去完成主轴刀具松夹的控制。
3 五轴联动数控机床的发展趋势
数控机床的大脑就是数控系统，数控系统其自身的性能以及功能和机床自身的设计以及制造品质共同会对数控机床使用的性能以及功能产生不同程度的影响，在五轴联动数控机床里也是这样的。针对当前的阶段而言，数控系统起码应有以下基本要素：a多通道、多轴联动（至少五轴以上）;b具有刀具的空间补偿及优化功能;c具有全闭环或者是双闭环进行控制的能力;d其插补周期应该小于0.5ms;e其前瞻功能的控制能力大于1000程序段;f其在数据运算与交换上满足单位小于1nm。与国外五轴联动数控机床当前的研究水平进对比，我们国家五轴联动数控机床发展的整体水平相对较低，主要是因为当前我们国家的工业基础相对比较薄弱，同时国外还封锁了相同类型产品在加工上的技术。这种差距主要是体现在无法自主研发核心功能，即使研发出来了也远不及国外的同类产品，除此之外就是机床整体的稳定性、精度等与国外同类产品差距较大。近些年以来，越来越多的政府部门、相关企业以及相关专业的学校认识到了国内五轴联动数控机床的发展现状，于是我国的五轴数控机床技术在国内各界的大力支持下有了发展的契机，从当初的技术青涩慢慢地形成了较为成熟的产品，获得了喜人的成绩。本文在所进行研究的五轴联动数控机床当前的情况，全部的发展都需要给予实际的情况，五轴联动数控机床同样也是这样，通过对于目前我们国家五轴联动数控机床总结当前的研究情况我们能够清楚的了解到五轴联动数控机床未来的发展趋势，其主要指的是高效率和高可靠性，以及高精度和复合化还有智能化与绿色化等几个方面。因此本文针对五轴联动数控机床注重高效率和高可靠性以及高精度去完成相关的分析和总结。
3.1高速、高效率
高速以及超高速机床其属于当前欧美日等一些非常热衷的一种研究对象，其主要的目的是为了能够与着高效率和低成本以及高质量需要的现代化加工工业。同时伴随着当前加工制造业的持续快速发展，高速机床当前使用范围非常的管饭，因此为了与当前市场还有现代化工业发展提出的要求保持一致，具备高速和高效率的数控机床必将是日后非常核心的一个发展方向。
3.2高可靠性
加工表面较为复杂其实五轴联动数控机床发展的一个不能够缺少的特点，这种情况下机床就容易出现故障，而行业内对于机床的标准要求则是平均的无故障时间保持在20000h以上，并且还需要设置多种报警以及防护措施，预防故障对其产生的一些不必要的损失。调查显示国外五轴联动数控机床当前平均的无故障时间能够提升到30000h。
3.3高精度
机床加工上的CAM系统的有效辅助下，与以往进行对比开始有了一个非常大的进步。当前市场上已经设计出了一款超精密的加工机床，其在加工上的精度可以精确至0.001μm，是通过日本FANUC公司去进行设计的，这一款机床其本身的特别之处属于是在装置了往复的一种运动单元，可以超精密并且微细的完成凹槽的加工。
结论
针对五轴机床液压系统进行的研究，其主要是基于对五轴功能部件和机床试用条件给予充分认知的基础上。主要完成功能部件电主轴其松夹刀的控制，还有力矩转台双A轴以及C轴松夹的有效控制。这样一种对于液压系统进行的设计和对于液压元件进行的选择，充分完成了对功能部件自身使用情况的选择，并且能够满足五轴机床在操作上提出的要求，最终能够让机床在使用上的要求得到保障。
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