五軸聯動葉片加工中心做為高端數控加工設備，具有自動化程度高、加工效率高、加工精度高等特點，主要用於汽輪機、航空發動機、鼓風機、軸流壓縮機等設備的核心部件葉片的加工製造。汽輪機等設備效率的高低，很大程度上取決於葉片型面的設計和製造水平。
隨著電力、能源、航空航天和國防工業的高速發展，汽輪機、燃氣輪機廠家的產能將進一步擴大，高端的葉片加工設備需求量也將大幅度增加，高端的五軸聯動葉片銑削設備的需求也會有大幅度的增加。發展國內優良品質的五軸聯動葉片加工中心，降低葉片加工機床的成本，滿足葉片行業生產的需要，是整個葉片行業的迫切要求。
1. 五軸聯動葉片加工中心
五軸聯動葉片加工中心是加工汽輪機葉片、航發葉片等的關鍵設備。目前，國內的航空航天發動機廠、汽輪機廠以及葉片專業生產廠，使用的大多是進口五軸聯動數控葉片加工中心，葉片的精加工市場完全被國外機床廠家所壟斷。由於五軸聯動葉片加工中心的特殊性，國外的五軸聯動數控葉片加工中心價格貴得驚人，機床的維修費更是令用戶難以承擔。遇到國際形勢緊張的情況，更有被封鎖的可能。因此，急需開發新一代的高品質、能夠與國外高端產品競爭的國產五軸聯動葉片數控加工中心，以打破國外對該類型產品的壟斷格局，使國內葉片加工設備逐漸實現國產化，降低葉片加工企業的設備投入成本。
如圖1～圖4所示，國外生產五軸聯動葉片加工中心的廠家比較知名的有：瑞士的斯達拉格-海科特（Starrag Heckert）、利吉特（L i e c h t i）、意大利的法拉利（C.B.Ferrari）和德國的哈米勒（Hamuel）等。國外五軸聯動葉片加工中心的共同特點是A、B軸普遍採用力矩電動機，刀具主軸採用電主軸結構，刀具最高轉速在12 000～20 000r/min之間，甚至更高，刀具接口以HSK-A63居多；各直線軸快移速度在20～50m/min，以30m/min、40m/min居多。刀具主軸的刀尖普遍處在B軸的迴轉中心上或其附近，以提高工件表面加工質量，減少B軸所承受的切削力扭矩。而且普遍配置U軸以增加加工範圍，A軸頭尾架可同步雙驅，增大扭矩同時減小葉片加工的扭轉變形。
圖1 瑞士斯達拉格-海科特五軸聯動葉片加工中心
圖2 瑞士利吉特五軸聯動葉片加工中心
圖3 意大利法拉利的五軸加工中心
圖4 德國的哈米勒五軸聯動葉片加工中心
國內五軸聯動葉片加工中心起步較晚， 生產該類型機床的主要有北京機電院機床有限公司、新瑞機床（集團）有限公司、四川長征機床集團有限公司和大連科德數控有限公司等。國內五軸聯動葉片加工中心有北京機電院機床有限公司的XKH系列、四川長征機床集團有限公司的LVC系列五軸聯動葉片加工中心、江蘇新瑞機床（集團）有限公司的V5X1800五軸聯動葉片加工中心和大連科德數控有限公司KTurboM3000五軸葉片銑削加工中心等。
北京機電院機床有限公司是國內第一家成功研製五軸聯動葉片加工中心的廠家，其XKH系列機床是北京機電院機床有限公司在引進技術的基礎上，應用國外成熟技術，結合葉片零件特點，自主設計開發的專業葉片加工機床，最大加工葉片長度可達1 600mm，已成功在國內實現批量應用，用戶包括東方汽輪機廠、無錫葉片廠、黎明發動機公司等主機廠，以及為主機廠進行配套加工的專業葉片加工廠。
XKH系列葉片加工中心採用立柱移動結構，五軸聯動，所有座標全閉環控制，刀具通過立柱、滑板等部件實現X、Z軸運動，A軸採用力矩電動機直接驅動，響應速度快，無傳動間隙，帶動工件進行迴轉，可實現葉片的高速、高精加工，也可以選配蝸輪蝸桿結構驅動；B軸採用優化“刀心距”結構，軸線偏離刀具主軸端面，而與刀尖部位基本重合，偏擺力矩由彈簧平衡裝置平衡，驅動有力矩電動機和蝸輪蝸桿兩種形式可供選擇；工件A軸尾架可以根據加工不同葉片的大小左右沿U軸移動，U軸移動有手動和伺服電動機驅動兩種形式，並能夠實現工件夾緊後尾架液壓鎖緊，保證加工精度。適用於由高強度鋼、不鏽鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料製成的，具有複雜空間型面、薄壁易變形結構的汽輪機、燃氣輪機、航空發動機動、靜葉片及各類窄長形特殊型面零件的加工，在能源、航空等領域已實現批量應用。圖5所示為XKH800Z五軸聯動葉片加工中心的實體圖與結構圖。
（a）XKH800Z五軸聯動葉片加工中心實體圖
（b）XKH800Z五軸聯動葉片加工中心結構圖
圖5 XKH800Z五軸聯動葉片加工中心
1.刀庫 2.頭架 3.B軸箱體 4.尾架 5.立柱 6.主軸箱 7.工作臺 8.床身
2. 葉片自動生產線
隨著“工業4.0”和“中國製造2025”的提出以及新技術的發展，葉片加工自動化程度也越來越高。葉片加工自動化程度對葉片加工效率和加工質量起著重要作用。
葉片加工自動化是運用先進工藝技術的基礎上，採用現代的機械化、自動化技術，採用自動裝置和設備使葉片加工在最有效的狀態下自動運行，來加快生產投入物態變換和流動速度，使加工操作的程序編排、生產技術工作、計劃、調度以及經營管理等方面的信息進行採集、存儲、交換、處理和傳遞，從而實現生產出的葉片綜合效果為最佳的目標，使生產廠能更圓滿的達到適應時常要求、為社會服務、有效的增加廠家收益的目的。 葉片加工自動化的意義和效益是巨大的：①提高設備利用率。這是由於加工時間或輔助時間減少的結果。國內目前大部分獨立的葉片加工機床的利用效率在30%～40%之間，一些採用自動化生產線的國外機床利用效率能達到70%以上。②降低產品的成本。這是由於產品廢品率的降低和設備生產率的提高，中間儲備的減少，輸送路線的簡化以及員工的減少，廠房面積減小以及生產調度簡化等。③改進產品質量。這是因為減少和排除了人為因素的影響。④減少了大量的工人。這是由於採用自動設備，實現多機管理，甚至無人生產。⑤從根本上改善勞動條件，減輕生產傷害。⑥提高企業形象，增強企業競爭力。此外自動化生產要求工人掌握更高的技能，可縮小體力腦力勞動間的差距。
國外能夠實現自動上下料的五軸聯動葉片加工中心生產廠家不是很多，目前只有意大利法拉利和德國HAMUEL公司生產帶工件自動上下料生產線。從國內看，只有北京機電院機床公司開發出了五軸聯動葉片加工中心生產線（見圖6）。
圖6 五軸聯動葉片加工中心生產線
1、4. 葉片加工機床 2. 桁架機械手 3. 料倉
擺放方式每兩臺機床構成一個自動生產線，中間設有料倉，料倉循環傳動採用鏈條形式，驅動形式為伺服電動機驅動，為節省空間，工件在料倉中的擺放姿態與抓取姿態成90°形式，料倉上附帶一個伺服驅動的手爪及擺缸，為機械手上料做準備，料倉形式如圖7所示。
圖 7
1.輔助手抓 2、5. 擺動缸 3. 上料姿態 4. 輔助機械手 6. 下料手抓 7. 上料手抓
桁架機械手臂給機床上下料過程為：機械手臂沿X軸負方向（即向左）移動至左邊機床上方，等待機床加工完成。當機床加工完成後，自動頂門打開，發出信號呼叫機械手臂換料。機械手臂的Z軸向下移動至程序設定位置（即機床主軸中心位置），下料手抓夾緊， 然後機床夾具鬆開。機械手臂向X軸正方向移動，使隨行夾具完全脫離機床主軸。機械手臂擺缸擺動90°，使上料手抓向下。然後，機械手臂沿X軸負方向移動，使隨行夾具進入機床主軸，然後機床夾具夾緊，機械手臂上料手抓鬆開。Z軸向上移動至機床上方，機械手臂發出信號，通知機床完成上下料，機床頂門關閉進行加工。機械手臂的擺缸擺動90°，使下料手抓向下。然後機械手臂向X軸正方向移動至輔助機械手上方，繼續與輔助機械手換料的動作。
機械手上料後， 頭尾架配合機械手運動實現工件則自動夾緊，定位，能夠實現一次裝夾，完成包括型面、凸臺、葉冠和葉根圓角等多個空間曲面的加工，同時為了提高葉片加工精度，滿足葉片加工工藝要求，通過對尾架移動進行伺服控制可以實現葉片粗、精加工過程中對工件夾緊力的調整。
3. 結語
隨著電力、能源、航空航天和國防工業的高速發展，汽輪機、航空發動機廠家的產能將進一步擴大，高端的五軸聯動葉片銑削設備的需求也會有大幅度的增加。發展國內優良品質的五軸聯動葉片加工中心，降低葉片加工機床的成本，滿足葉片行業生產的需要，是整個葉片行業的迫切要求。
葉片加工自動化很好地解決了葉片批量生產的質量和效率問題，在生產中取得了很好的效果。
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