自1952年美國麻省理工學院與美國軍方合作研制出世界上第一臺數控機床以來，數控機床在制造工業，特別是在汽車、航空航天以及軍事工業中被廣泛應用，數控技術無論在硬件還是軟件方面，都呈現出飛速發展的趨勢。

　　一般來講，具有四軸以上、連續使用兩把以上刀具加工的數控加工稱為多軸多刀數控技術，已經成為先進制造裝備領域的最前沿、最尖端技術，受到各個國家軍工企業、科研院校的大力追捧。其重要性在1987年日本的東芝事件中，可窺見一斑(該事件中所涉及的多軸機床為高約10 m、寬22m、質量250 t的九軸數控大型船用螺旋槳精密銑床)。

為五軸加工中心，主要由輸人裝置、數控裝置、伺服系統等部件組成。其工作原理就是將零件圖形和工藝參數、加工步驟等以數字信息的形式，編成程序代碼輸人到機床控制系統中，再對其進行運算處理后轉成驅動伺服機構的指令信號，從而控制機床各部件協調動作，自動完成零件的加工。

2 設備

　　在產業界，作為傳統的數控機床制造強國的德國、美國、日本等國家在并聯機床、復合加工機床、數控加工刀具與夾具及數控機床與工業機器人的結合方面研究較為深入，也取得了較大的成就。德國DS公司開發的z3銑頭、意大利COMAU公司的平動機床、瑞士STARRAG公司的關節機床等，都是相當典型的并聯機床，如圖4所示為一種并聯機床示意圖。就是根據并聯原理研制成功的，可鉆到飛機的機翼里面進行加工。

　　我國數控機床的發展經歷了30年的跌宕起伏，已經由成長期進入成熟期。2002--2008年，我國金屬切削機床產量年均增長18.58％；而同期數控機床產量年算術平均增長率更是高達33.22％，明顯快于普通金屬切削機床的增長速度。同時，數控機床在金屬加工機床總量中的比重逐年上升，我國機床的數控化率逐年提高，從2001年的9．12％上升為2008年的19.79％，同時產值數控化率也從37.8％提高到2008年的48.6％。2009年行業重點企業機床產值數控化率達到50％以上H1。而作為新興數控機床市場國家的韓國、中國等國家及臺灣地區，在多軸多刀機床的生產方面也具備了較強的實力和較猛的后勁。如韓國的斗山數控，中國的廣州數控、華中數控、四開數控及北京機床廠、大連機床廠等企業，在數控系統、多軸多刀機床方面都有較為成熟的產品，滿足了相應的生產需要。但在高端多軸多刀數控機床研制方面，與日本FANUC、德國西門子、美國辛辛那提等公司的產品還存在較大的差距。

　　1990年燕山大學研制出我國第一臺并聯機器人實驗樣機H1；1997年東北大學研制出我國第一臺平移自由度并聯機床樣機；1998年清華大學、天津大學合作研發的VAMTIY并聯機床首次展出。清華大學、天津大學、東北大學、沈陽自動化所、哈工大等開展了并聯機床研究。清華大學等單位為滿足混流式水輪機葉片的加工精度要求為主要目標，亦可用于其他葉片類、大型模具等復雜曲面零件加工而研制的具有自主知識產權的大型龍門式五軸聯動混聯機床。其中，3-PTT水平滑塊式平移鋼錠磨削并聯機床產品已實用化。華中科技大學和武漢重型機床廠于2002年共同承擔了國家863重點項目“大型艦船螺旋槳加工七軸五聯動車銑復合數控機床項目，并取得了成功。

3 程序編制

　　對于多軸多刀加工編程技術，從形式上分，主要有下列幾種：手工編程，自動編程及仿真技術。

　　3.1 手工編程

　　手工編程具有速度較慢、不利于復雜結構零件編程的弱點，但要注意的是也具有可修改性強、程序短小、可用標準參數方程表示曲線(如正圓、拋物線、漸開線、擺線等)等優點。現代的多軸多刀加工如手工編程技術多借助宏程序來完成，例如在圓周上鉆、鏜均勻分布的n個孔，其宏程序.

　　3.2 自動編程

　　針對手工編程工作量大、易出錯、很難實現復雜零件的加工等缺點，借助于計算機三維繪圖軟件的自動編程從一出現，就受到業界的廣泛歡迎。越來越多的企業已逐步認識到應用多軸數控機床可以高效率、高精度地加工自由曲面零件，但要使其真正發揮效益，還必須依靠性能優良完善的CAD／CAM軟件。目前國內外流行的CAD／CAM軟件有：UG、CADDS5、Pro／Engineer、CArllA等，它們主要運行在工作站或微機平臺上。但國外軟件市場價格卻十分昂貴，這在一定程度上限制了CAD／CAM技術的推廣。

　　近年來，我國CAD技術的開發和應用取得了長足的發展，如高華CAD、CAXA等，由于這些軟件價格便宜，符合本國國情和標準，贏得了越來越大的市場份額。但我國CAD／CAM軟件不管是產品開發水平還是商品化、市場化程度都與發達國家有不小的差距。由于國外CAD／CAM軟件出現得較早，開發和應用的時間也較長，如UG、PTC、I-DEAS等公司都是CAM行業的頂級產品，可以方便地仿真刀具及機床的運動，可以從簡單的2軸、2.5軸加工到以7軸5聯動方式來加工極為復雜的工件表面，并可以對數控加工過程進行自動控制和優化，所以它們發展比較成熟，現在基本上已經占領了國際市場和一部分國內市場。因此，我國CAD／CAM軟件前景不容樂觀，尤其是在應用在五軸數控加工的CAD／CAM軟件開發方面，國內軟件廠家做得都不是很理想，都存在不同問題。

　　3.3 自動仿真技術

　　數控加工仿真技術就是利用計算機軟件來模擬數控加工過程，并將加工過程和結果中的信息在計算機中用圖形、數字、圖表等方式表達出來，以達到供人們判斷、驗證和控制數控加工過程和結果的正確性、合理性以及加工效率高低等目的的方法。目前，數控仿真主要分為幾何仿真和力學仿真兩個方面。

　　在國外，美國Maryland大學開發了用于培訓數控操作人員的虛擬數控機床仿真器；韓國TurboTEK公司開發出了面向培訓的虛擬數控車削及銑削加工環境，能夠實現數控加工的幾何仿真并配有聲音信息；日本SONY公司研制出FREDAM系統；意大利Bologna大學用B樣條曲線建立了端銑刀與工作臺模型，并采用真實感圖形顯示銑床精加工過程等。在國內，有華中科技大學研究開發的NCPVSS系統、同濟大學研制的數控程序微機動畫仿真系統、哈爾濱工業大學研究開發的NCMPS系統、清華大學CINIS工程研究中心研究開發的通用加工過程仿真器、大連理工大學研究開發的數控曲面加工微機仿真器等。

　　雖然目前的主流三維軟件都帶有三維仿真功能，但由于多軸加工的復雜性，都不能完全消除零件與刀具、刀具與夾具、刀具與工作臺之間的干涉碰撞。國產的仿真軟件如上海宇龍等，在此方面還有待于加強。

4 發展趨勢

　　4.1 硬件方面

　　主要表現為以下幾個方面：

　　(1)高速度與高精度化。

　　(2)高柔性化。

　　(3)復合化。復合化包含工序復合化和功能復合化。銑削與激光復合可用于精細型面模具的三維加工；沖壓與激光切割復合可用于板材加工。

　　(4)多功能化。

　　(5)智能化。常用的智能加工系統的基本結構模式如圖10所示，由智能監測模塊、決策規劃模塊和實時控制模塊3個基本模塊組成。

　　(6)造型宜人化。

　　4.2 軟件方面

　　圖形的生成技術和建模技術，是改進和提高國產CAD／CAM軟件的當務之急。

　　4.3 自動仿真技術

　　綜合全面考慮干涉、避讓檢查等約束條件及嘗試考慮切削參數、切削力及其他物理因素的影響，從而實現幾何仿真和力學仿真的結合。

5 結束語

　　論述了多軸多刀數控加工技術的定義及原理，并對其硬件數控機床的研究現狀進行了總結，指出：

　　(1)并聯機床、復合加工機床、數控加工刀具與夾具及數控機床與工業機器人的結合是其主要發展方向；

　　(2)對軟件進行了綜述：手工編程也有適用場合，自動編程是主流，仿真技術是其薄弱點。

　　(3)對多軸多刀數控加工技術在硬件、軟件發展趨勢方面進行了預測。