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隨著世界經濟的發展各種高檔建筑、異形建筑的數量逐漸增加，導致用于建筑的異形裝飾產品的需求量日益增大。同時隨著人們生活品質及審美觀念的提高，人們對藝術雕刻品、家居裝飾產品的需求迅速擴大。石材制品正在逐漸高品質化、異型化、藝術化、產品多樣化、需求擴大化[1]，同時，石材藝術品、異形產品應用范圍越來越廣泛、市場需求量日益增加，消費者及市場對石材產品質量及美觀性的要求逐漸增高，對加工工期的要求逐漸縮短[2-3]。必將引起異形石材加工設備的迅速發展，并促使其實現數控化、加工自動化、功能多樣化甚至信息化、智能化。
由于異形石材產品擁有曲面及其他復雜的外形結構，若直接使用三軸或四軸機床進行加工，由于刀軸不能在空間位置旋轉或旋轉位姿有限，也就無法加工出想要的復雜曲面結構，達不到預期的加工效率及加工質量，更無法滿足快速擴張的市場需求[4]。于是出現了五軸機床，其在三軸機床的基礎上增加兩個旋轉軸或在四軸機床的基礎上增加一個旋轉軸，大大擴展刀軸在空間的旋轉范圍，使其能夠根據產品外形結構特點實時調整刀軸方向，大大提高加工效率及加工質量，能夠適應市場需求[5-6]。同時，五軸加工設備實現數控化、工自動化已在全球范圍內進行。
1.1.1 五軸數控加工設備的分類與特點
理論上，加工復雜結構的工件，相對于工件而言，需要刀具至少有五個獨立自由度。五軸數控加工設備的自由度組合分為如下類型[7]：（1）三個平動加兩個轉動；（2）兩個平動加三個轉動；（3）一個平動加四個轉動；（4）五個轉動。五軸數控加工設備較為常用的組合類型為第（1）種。五軸數控加工設備的結構類型分為立式、臥式、龍門式、橋式等。根據五軸數控加工設備各運動軸之間的關系，又可對其進行如下分類：
（1）刀具旋轉：這種結構中刀具可繞兩個相互正交的軸（如 X-Y、X-Z、Y-Z）轉動，兩個旋轉軸中一個為主動軸另一個為從動軸，從動軸附屬于主動軸并跟隨主動軸的旋轉而運動。根據由主到從的順序，兩個旋轉軸的組合形式有A-B、A-C、B-C、B-A、C-A、C-B。其中，A、B、C 分別為繞 X、Y、Z 軸旋轉的旋轉軸。這類機床的特點是旋轉機構的結構復雜、運動靈活、操作方便、適用于大型重量型工件加工，但其剛性較差。（2）工作臺旋轉：這種結構中工作臺可繞兩個相互正交的軸轉動，同樣存在主動軸、從動軸的關系，兩個旋轉軸的組合形式同刀具旋轉型。這類機床的特點是旋轉機構的結構較簡單容易實現、剛性較大、適用于中量型工件加工。（3）刀具/工作臺旋轉：這種結構中工作臺和刀具分別繞兩個相互正交的軸轉動，不存在主動軸、從動軸的關系，根據由工作臺到刀具的順序，兩個旋轉軸的組合形式同刀具旋轉型。這類機床的特點界于刀具旋轉型和工作臺旋轉型之間。
1.1.2 五軸數控加工的分類與特點
五軸數控加工分為以下方式：（1）刀具點接觸式：此種方式加工中以點接觸成型（如球頭銑刀），其編程難度小、易于計算，可加工任意自由曲面。但在切削點處的速度接近于零，導致精度低、效率差。（2）刀具面接觸式：此種方式加工中以面接觸成型（如端面刀），其在切削點處的速度較高，進給量較大，故而精度高、效率高。但由于刀具形狀及加工方式的限制，導致加工范圍受限。（3）刀具線接觸式：此種方式加工中以線接觸成型（如圓盤鋸），其在切削點處的速度較高，故而精度高。同時，以線接觸成型有較高的加工效率。五軸數控加工不僅能實現刀具相對于工件進行任意位置移動，而且能夠實現刀具軸向相對于工件在一定范圍內進行任意方向轉動，故而五軸數控加工的特點如下：
通過使用面接觸成型或線接觸成型方式，在切削點處提供較高的速度及較大進給量，從而保證較高的加工質量和效率；加工復雜曲面結構時，通過兩個旋轉軸的配合能夠有效的避免刀具和工件之間的干涉現象；加工中心多采用五軸數控加工，能夠擴展加工中心的加工能力，便于數控制造設備的集成化；五軸數控加工能夠實現一次裝夾完成多工序加工，有利于提高加工效率及保證不同曲面間的位置精度；通過旋轉能夠保證刀具相對于工件處于最佳的加工位置。