1、1 引言引言 11 课题的提出和研究意义课题的提出和研究意义 目前，制造业面临市场的全球化和需求的多样化，以及技术创新的加快，产品更 新换代快、周期短，生产多品种、中小批量的生产比重明显增加。同时随着航空业、 汽车市场和轻工业的快速发展，复杂形状的零件越来越多，精度要求也不断增加。此 外，激烈的市场竞争要求产品的周期零件的更高要求越来越短，多样化、柔性化与复 杂形状零件的高效、高质量加工要求，使得传统的加工设备和手段难以适应。 五轴数控机床集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工于一体，可高效、准确 完成复杂曲面的加工，特别是在加工叶轮、叶片、船用螺旋桨及大型柴油机曲轴等方 面具有独特的优势。五
2、轴联动数控技术，是数控技术难度最大 适用范围最广的技术， 但高精度的机床配合高价出售，其不菲的价格也是大多加工企业难以承受，也让推广 五轴加工技术受到一定程度的阻碍。 本课题基于五轴加工原理，开发一种经济、适应性强的五轴雕刻机，可应用于加 工材质较软 精度要求不高的零件，如木材 塑料及铝合金等材质零件。能适应一些球 类，曲线类的复杂零件加工，另外可以更换刀头，在条件允许的情况下，可以完成钻、 铣、切割等。同时还可以通过软件系统的控制和 G 代码控制配合制作出一些实体零件 等。 12 五轴雕刻机的发展历程五轴雕刻机的发展历程 可以追溯到远古时期，母系氏族时期的半坡氏族文化的“人面网纹盆”便是雕刻
3、 的雏形。在我国北宋时期便发明了活字印刷，这里刻的字应属于雕刻的范畴。随着时 代的发展，我国的雕刻艺术日益精湛，玉雕、象牙雕、红木雕、篆刻泥人雕等手工雕 刻技术都可以堪称一绝。 传统雕刻加工业是一门技术性要求很高的手工技艺， 雕刻品的质量完全取决于 雕刻师的技艺水平， 所以生产的效率低、成本高， 制品的随意性强、一致性差，严 重制约了雕刻行业的发展。这使得雕刻机的产生成为必然。 上世纪 90 年代至今，机械雕刻获得了前所未有的发展。从最初的刻字机、刻章 机再到三维雕刻机，制作工艺也日渐成熟，应用范围也日渐广泛。大到楼房建筑的装 饰，小到商店门前的招牌，乃至很多产品的标识铭牌，可谓雕刻的使用无处
4、不在。 1938 年世界第一台手动雕刻机在法国“嘉宝”问世，1950“嘉宝”生产出世界第 一台真正意义的电动、可缩放比例的手动雕刻机。随后一些欧美国家也开始研制。20 世纪 90 年代，随着电子技术的突飞猛进，直接推动微型计算机的急剧发展。微电子 技术和微型计算机技术带动整个高技术群体飞速发展，从而使雕刻机产生了质的飞 跃。雕刻机完成了从 2D 加工逐渐扩展到 5D 加工的变革，功能完善、性能稳定、造型 美观和价格合理成为雕刻机研制的基本要求。 雕刻机主要有仿形雕刻机和计算机数控雕刻两大类，以完成有互换性要求的雕刻 加工和模具雕刻加工。仿形雕刻的出现为雕刻的工业应用起到了巨大的推动作用，尤 其
5、是图案和文字的雕刻加速了相关产业的发展，为雕刻在工业领域广泛应用奠定了扎 实的基础。但是机械仿形雕刻仍是一种手动雕刻，它在加工效、加工能力、计算机接 口等方面存在明显的缺陷，阻碍了雕刻技术在现代工业中的广泛应用。 随着工业产品开发速度的加快，尤其是计算机辅助设计的广泛应用，工业产品的 形态更加丰富，变化更加迅速，对制造设备提出了新的要求。这就使以计算机辅助设 计和制造（CAD/CAM）技术、技术及数控技术（CNC）为核心的数控雕刻技术成了雕刻 加工发展的主流。如图 1-1 为雕刻机的发展历程。 图 1-1 为雕刻机的发展历程 现在雕刻机以其低的价格和较高的生产加工效率， 被广泛运用在木工业、
6、石材业、 广告业、饰品业、家具装潢业等行业领域。 我国近年来制造业的迅速发展，数控雕刻机产业也获得了良好的发展机遇，有效 地促进了我国数控雕刻机的生产、推广和应用。我国的数控雕刻机起步于经济型数控 机床，随着数控技术的进步，经过十年的发展，已形成了多个国产牌的雕刻机，如上 海洛克公司生产的“啄木鸟”数控雕刻机、北京精雕公司生产的“精雕”数控雕刻机 和南京科能公司生产的“威克”数控雕刻机等。上述各类雕刻机的机床本体机构简单， 雕刻机 手动雕刻机 自动雕刻机 复杂曲面 传统工艺 球类零件 激光雕刻系统 机械雕刻系统 仿形雕刻系统 数控雕刻系统 控制器大多借鉴国外新技术，采用基于高档的微控制器或 PC 的数控系统，伺服部分 多以步进电机细分驱动为主，可获得中等控制精度，但价格比较便宜，因此整机的性 价比不是太高，适用于精度不太高的普及应用场合。至于高精度的加工，目前国内进 口的数控雕刻机以一些国际知名品牌为主，如美国“雕霸” 、法国“嘉宝”和日本“御 牧”都是此行也得佼佼者，但价格十分昂贵。这类数控雕刻机机床本体设计刚度好、 精度高，采用伺服电机驱动，加工精度高，控制系统功能全、
