相對于傳統的三軸數控機床，五軸數控機床具有刀具位姿調節能力強，切削效率高，工件安裝時間短等優點，因而被廣泛應用于汽車、船舶和航空航天等制造領域。如圖所示為五軸數控機床應用于制造業中。

? ? ?(a)?加工葉輪 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (b)加工船體

五軸數控機床的應用由于復雜的機械結構和控制系統，五軸數控機床的空間定位精度相對于三軸數控機床更難以得到有效的保證。特別是在復雜薄壁結構件的加工過程中，易出現尺寸超差和表面波紋等現象，嚴重影響了工件的加工質量。加工誤差是指刀具實際加工軌跡與工件理論輪廓之間的偏差，而數控機床的空間定位精度是刀具的理想位置相對于刀具實際位置的偏差，機床的空間定位精度對于工件的加工誤差具有十分重要的影響。五軸數控機床由平動軸和轉動軸串聯構成，各運動軸因位置、速度和加速度等多種因素而產生相應的運動誤差。平動軸和轉動軸的運動誤差綜合作用，共同影響五軸數控機床的空間定位精度。

五軸數控機床空間定位精度的保證方法包括精度設計和誤差補償。精度設計是在機床設計階段，以誤差靈敏度分析為指導，找到影響機床空間定位精度的關鍵誤差源，然后通過合理的公差分配，提升關鍵零部件的制造精度，選用高剛度、低熱變形的材料等方法使得機床具有較高的原始精度。誤差補償則通過對現有機床增設補償硬件局部地調整刀具位姿，通過軟件修改機床控制參數、G代碼或改進機床的伺服增益來提升機床空間定位精度。五軸數控機床由平動軸和轉動軸構成，各運動軸中同時存在靜態和動態誤差因素，運動軸的拓撲結構不同，考慮的誤差因素類型不同，所采用的精度改善方法也不相同。

主創作者簡介

李杰，男，1987年出生，博士研究生。2010年于北京交通大學獲工學學士學位，2013年于北京航空航天大學獲工學碩士學位，2013年9月考入清華大學機械工程專業攻讀博士學位至今，主要研究方向為：五軸數控機床誤差辨識與補償。

劉辛軍(通信作者)，男，1971年出生，博士，教授，博士研究生導師，德國洪堡學者，國家杰出青年基金獲得者，長江學者特聘教授，國家“萬人計劃”領軍人才。主要研究方向為：機構學與機器人，先進制造裝備。

清華大學精密超精密制造裝備及控制北京市重點實驗室

1.實驗室特色

實驗室依托國家自然科學基金、國家杰出青年科學基金、04重大專項、國家和北京市重點實驗室建設等項目和課題，長期從事并聯機器人基礎理論、機床標定方法及相關控制技術和應用研究。

在機構學基礎理論研究的基礎上，面向不同行業需求，先后設計研發了多臺五軸混聯機床和高速并聯機器人，并逐步向工業生產推廣應用。例如：

①研發的五軸混聯機床結構簡單、制造成本低，一次裝卡即可實現五面加工，可用于復雜曲面、復雜結構件的高速高效加工。

②研制的高速并聯機器人，可達空間和擺角范圍大，加速度可達15g，可用于電子、食品、醫藥、化妝品等行業的分揀、整列、裝箱等作業。

③為解決大型工件加工過程尺寸超差問題，開展了五軸數控機床誤差辨識與補償研究，開發了龍門五軸數控機床空間定位誤差補償系統，并開始逐步在成飛等飛機制造單位進行推廣和應用。

2.實驗室招生招聘需求

課題組正逐步進行機器人化智能裝備方向的理論研究、設備研發和應用推廣，目前招收有志于從事并聯機器人相關的精度保證、環境感知、動力學控制等方面研究的博士研究生。招聘從事并聯機床標定和計算機輔助制造方向的博士后或教職員工。

數控機床實訓心得視頻