1 前言
從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件，結構較復雜、精度要求較高的零件，需要頻繁改型的零件，價格昂貴不允許報廢的關鍵零件，要求精密復制的零件，需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產品向機電一體化發(fā)展的先河。因此，數控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。
近年來，中國家具及木工機械產業(yè)取得了快速的發(fā)展，但在中高端產品領域，國產設備就其品種、質量、可靠性、交貨期以及售前售后服務等方面仍相對滯后，尚無法滿足巨大的市場需求。目前，我國正處在以高新技術和先進適用技術來改造和提升家具這一傳統(tǒng)產業(yè)，以信息化建設提升我國家具制造業(yè)競爭力的關鍵歷史時期，作為制造、裝備信息化的典型關鍵技術，開展中高端家具及木制品加工設備的應用研究具有重要意義。
2 基本概況
數控機床是技術密集型及自動化程度高的機電一體化設備。數控加工與通用機床加工在方法和內容上有相似之處，不同之處主要表現在控制方式上。通用機床加工時，其加工步驟、機床運動次序、走刀路線及相關切削用量的選擇，都是由操作者依據個人的經驗和工藝規(guī)程來考慮和確定，并用手工操作的方式控制。而用數控機床加工時，就要預先將各種操作內容和機床動作，按規(guī)定的數碼形式編排成程序記錄在控制介質上，實現人與機床的聯(lián)系。加工時，將控制介質上的數碼信息輸入數控機床的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)對輸入的信息進行運算與控制。由傳動機構驅動機床按所編程序進行運動，可以自動加工出所需要的工件形狀。
五軸數控加工中心是在X、Y、Z正交的三軸驅動系統(tǒng)內，另外加裝雙軸旋轉系統(tǒng)口和f軸，一般情況下B和C分別是圍繞X和Y軸進行旋轉。其中X、Y、Z坐標決定刀具位置，B和C軸旋轉坐標決定刀具方向。木材五軸數控加工中心都采用了全數字化控制，后置程序為標準的國際代碼。軟件操作系統(tǒng)一般依據Windows平臺。
作為以加工實木為主的應用機型，實木五軸數控加工中心能對木制零部件進行銑型、開槽、鉆孔、榫頭及榫眼、曲面輪廓銑削、雕刻等加工，和常規(guī)加工方式相比，其主要優(yōu)點在于：
(1)自動化程度高，一次裝夾，即能完成對工件的大部分或全部切削加工，保證了工件的加工精度，提高加工效率。
(2)加工零件的一致性好、質量穩(wěn)定，由于數控機床的定位精度和重復定位精度高，所以很容易保證零件尺寸的一致性，大大減少了人為失誤。
(3)對加工零件的適應性強，柔性高，靈活性好。數控機床可以縮短產品的研制周期，給新產品開發(fā)、快速適應市場的需求變化提供了便利條件。
由于在家具及木制品行業(yè)，常規(guī)制造技術已日趨成熟，作為集高技術含量和高附加值于一身的尖端設備，五軸數控加工中心已成為國際上眾多家具及木工機械制造企業(yè)的競爭領域。目前，實木五軸數控加工中心技術主要掌握在以日本、德國、意大利和美國等為代表的工業(yè)發(fā)達國家。
在種類繁多的機型中，應用范圍的側重有所不同。不少機型主要以板式構件加工為主，而有些機型則主要應用于建筑木構件的加工。值得關注的是，意大利的多家企業(yè)多年專注實木座椅加工設備的制造，已成為木制座椅零件及類似零件的實木構件五軸數控加工中心的專業(yè)制造商。
3 基本應用
木材五軸數控加工中心的基本應用流程如圖1所示。首先，根據產品零件的結構和尺寸，運用CAD軟件繪制產品三維模型。第二，運用CAM軟件對模型進行數控編程，主要包括選擇刀具、加工方式和刀具路徑，著重要考慮的是零件的裝夾與定位。由于絕大多數CAM軟件包中均含有CAD功能，所以上述步驟也可直接在一體化的CAD/CAM軟件包中進行。在此過程中還需通過CAM軟件生成標準數控代碼。第三，通過該加工中心配置的反證軟件對CAM軟件輸出的標準NC代碼進行后置處理，設定實際加工刀具參數(刀長、刀徑)和加工原點坐標等，并進行計算機模擬仿真和安全確認，防止刀具、零件、工作臺之間發(fā)生干涉。在安全確認無誤后，導出適合該加工中心的NC代碼，并直接傳輸到加工中心主機的程序庫中。最后，通過調用該程序進行實物加工試切削。根據試切削加工的零件再進行優(yōu)化設計和程序改進，直至達到設計的要求。
4 基本問題
數控加工中心是一種高投入、需要高技術支持的設備，如何根據自身技術條件和工藝的實際需要，合理地確定系統(tǒng)必需的控制操作功能，充分有效地利用數控加工中心的能力呢?數控加工中心無論在控制系統(tǒng)硬件和軟件的設計，還是機床本身的結構設計上，都具有一定的針對性，而不是萬能的。在選用過程中，一定要切實考慮企業(yè)的現狀和技術水平。數控機床的使用效果很大程度上取決于用戶的技術水平。缺乏經驗豐富的編程和操作人員，是影響五軸數控加工技術普及的因素之一。其它的困難和問題表現在：
(1)采購時，重主機輕附件，如沒有合理地選購與主機配套的工具、軟件以及售后技術服務等，導致在實際應用時編程及加工工藝受限。
(2)對五軸數控加工中心的適應范圍和投資效益沒有合理估算，期望值過高，導致對加工中心失去信心，使設備未能發(fā)揮應有的作用。
(3)對編程、操作人員的選用和培訓重視不夠，操作者對工藝不熟悉、編程不熟練、操作輔助時間過長，影響設備功能的發(fā)揮。
(4)使用者的對機床的維護保養(yǎng)能力不強，機床故障排除不及時等。
5 數控機床技術發(fā)展趨勢
從表1列出的各個時期的機床技術與制造技術可以看到，機械加工裝備對促進制造技術發(fā)展的緊密關系和重要支撐作用。
以數字化為特征的數控機床是柔性化制造系統(tǒng)和敏捷化制造系統(tǒng)的基礎裝備，其總的發(fā)展趨勢是：高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化。床的發(fā)展形式來看，需要三種層次的數控技術人才：
第一種是熟悉數控機床的操作及加工工藝、懂得簡單的機床維護、能夠進行手工或自動編程的車間技術操作人員。
第二種是熟悉數控機床機械結構及數控系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才，要掌握復雜模具的設計和制造知識，能夠熟練應用多種CAD/CAM軟件，同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經驗。
第三種是精通數控機床結構設計以及數控系統(tǒng)電氣設計、能夠進行數控機床產品開發(fā)及技術創(chuàng)新的數控技術高級人才。
我國應根據需要有目標的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的數控機床產業(yè)提供強大的技術人才支撐。
6 結束語
中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數控產業(yè)不能安于現狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術，加大技術創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日實現數控機床產品從低端到高端、從初級產品加工到高精尖產品制造的轉變，實現從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉變。
