五轴加工技术是指数控刀具在5个独立轴上进行运动的一种加工技术。相比传统的三轴加工，它可以在更复杂的表面和形状上进行切削加工，减少工件的装夹次数，有效提高效率和加工精度。另外，五轴加工技术主要依靠五轴机床来完成，五轴机床的多轴联动使得数控刀具能够以不同的角度和姿态对复杂零件进行加工，尤其是在加工不规则平面时，避免了干涉、过切和欠切现象的发生。

在当前产业链、供应链重塑的时代，随着高端制造业的发展，五轴加工技术与装备凭借其在高精度、复杂零件加工方面的优势，已经成为高端制造业的重要工具，具有重要的战略发展意义。

1.国内外五轴机床的市场格局

国外市场，以欧盟、美国、日本等国家和地区的机床品牌主导高端，韩国等国的机床品牌占据部分中低端。欧盟、美国、日本等国家和地区的机床技术领先，是五轴机床技术发源地，长期占据高端市场，凭借深厚技术积累与持续创新，产品精度、稳定性和自动化程度极高，品牌影响力强，通过提供定制化方案与完善服务，不断巩固高端市场地位。日本的五轴机床技术先进且产品多样，注重产品可靠性与易用性，在全球市场份额可观。台韩产品质优价廉，稳定性强，产品因性价比高而在全球中低端市场占据一定份额。

目前的国内市场，进口替代加速，国内企业梯度发展。在高端领域，国内部分企业已取得进展，自主研发的各类五轴机床，部分性能指标已达国际先进水平，成功应用于重点领域关键零部件的加工。但整体上，高端市场仍由进口品牌机床主导，国内企业在核心技术、品牌影响力等方面还有待提升。在中低端市场中，国内企业众多，竞争激烈，国内各个机床企业均拥有核心竞争力，产品在国内市场保有量较高。随着产品质量与稳定性的提升，部分国内机床企业已经拓展了众多海外市场。

2.国内外五轴加工技术与装备的发展现状

2.1 国外高端五轴加工技术与装备发展现状

国外高端五轴加工技术与装备在以下5个方面一直处于领先地位。

（1）技术水平　主要体现在以下４个维度。

1）高精加工。高端五轴机床拥有更高的定位精度，从而保证数控刀具在加工过程中的定位精度达到微米甚至亚微米级别；同时它也拥有更好的重复定位精度，能够保持稳定的加工精度和一致性。

2）高速加工。高端五轴机床采用迭代优化的机床结构，配置超高主轴转速，从而实现高速高效 加工。

3）复合加工。能够实现多种加工方式的复合加工，提高加工灵活性和效率。

4）复杂加工。配备高性能的主轴系统和先进的数控刀具技术，实现对复杂曲面、深槽、窄槽和凹陷区域等难于触及部位的高效加工，适用于大批量生产和复杂零件的加工。

（2）性能表现　主要体现在机床的稳定性和可靠性上。高端五轴机床通常采用高强度、高刚性且优化后的机械结构设计和优质材料制造，机床整体刚性高、稳定性好的同时吸振能力强，能够承受较大的切削力和冲击力，保证机床在高速、高负荷加工条件下的稳定性，减少振动和变形对加工精度的影响。高端五轴机床拥有更为先进的数控系统和故障诊断功能，可减少不必要的停机时间，提高机床的可靠性和利用率。据统计，国外知名品牌五轴机床的平均故障间隔时间超过5000h，最高可达10000h。

（3）功能配置　高端五轴机床通常配备西门子、发那科以及海德汉等国际知名品牌的数控系统，或配备自有品牌数控系统，能够实现复杂的编程和控制功能；具有高精度的测量系统，配备高精度的测量仪器和传感器，可以进行自动补偿和调整；配置多样化的数控刀具系统，支持多种类型和规格的数控刀具，提高了加工效率，降低了刀具损耗。部分品牌机床的运动部件及床身均采用恒温冷却，能够持续保持机床热稳定，确保机床在加工过程中不受温度变化的影响，维持高精度加工。

（4）市场格局　国外高端五轴机床占据了较大的市场份额，尤其在航空航天、模具、能源电力和医疗器械等高端制造业领域。在品牌影响力方面也具有较强的优势，具有较高的知名度和美誉度，树立了良好的品牌形象，深受高端客户的信赖和认可。

（5）产品研发　国外知名五轴机床制造商通常在技术研发方面投入了大量的资金和人力，不断推动五轴机床技术的创新和发展，致力于研究新的加工工艺、控制技术和材料应用，以满足不断变化的市场需求和提高自身产品的竞争力。由于在技术研发方面的领先优势，因此国外高端五轴机床一直引领行业技术的发展趋势，率先推出了具有创新性功能和技术应用的产品。

2.2 国内五轴加工技术与装备发展现状

近年来，国内五轴加工技术与装备整体在技术水平上取得了显著进步，产品性能逐渐提高。

（1）技术水平　主要体现在以下3个方面。

1）近年国产五轴机床在加工精度上取得了长足进步，部分重点机床企业能够制造出精度为1μm的机床，甚至提出了亚微米加工的概念。不少国内厂商大力投入研发高精度的测量反馈系统与伺服驱动技术。虽然国产五轴机床的定位精度与进口高端机床尚有差距，但是已经能够满足众多行业的高精度加工需求。随着制造工艺的逐步成熟以及国产高品质零部件供应链的逐步完善，机床重复定位精度趋于可靠。

2）在加工复杂零件能力方面，国产五轴机床的多轴联动技术已趋于成熟，能够实现数控刀具相对于工件的多角度灵活运动。在数控刀具路径优化方面，国产机床厂商积极引入先进算法，部分机床企业已经开发出具有自主知识产权的数控系统，能够依据零件几何形状自动规划较为合理的数控刀具路径，确保复杂部位的加工质量。

3）在加工效率方面，高速切削能力持续提升，主轴转速不断攀升，部分产品转速可达20000r/min及以上，同时国产自动换刀系统也愈发高效、智能，加工流程控制更加自动化，有效提高了机床有效加工时间占比。

（2）性能表现　国产五轴机床在稳定性和可靠性方面与进口机床存在差距，仍需完善。尤其是在长时间、高强度作业时，精度易波动，故障率相对较高。在机械结构设计与材料选用上也存在差异，平均故障间隔时间（MTBF）与进口机床的差距，也是亟需解决的关键问题。

（3）功能配置　国内数控系统厂家和部分国产机床企业已经自主研发了数控系统，但整体市场占有率相对较低，部分高端产品仍严重依赖进口数控系统。测量系统的精度和稳定性有待提高，部分企业仍需进口高精度的测量仪器和传感器。国产刀具的质量和性能与进口刀具相比仍存在一定差距，部分高端刀具仍需依赖进口，但国内一些刀具企业正在不断加大研发投入，逐步提高国产刀具的市场竞争力。

（4）市场格局　近年来国产五轴机床的市场份额逐渐提高，尤其是在国内市场中，国产机床的性价比优势逐渐显现，占据了一定的份额。在售后服务方面，国内企业在售后服务和技术支持方面明显优于进口品牌机床企业，有本地化的优势和完善的服务网络。

（5）产品研发　当前国产五轴机床企业非常重视技术研发，研发资金投入占比逐年增加，聚焦于攻克五轴机床核心技术难题。尽管目前在技术创新的前沿领域，国产五轴机床与进口机床尚有一定差距，但随着国内创新生态的持续完善，国内机床企业正在不断努力、加速追赶，有望在未来推出更多引领行业发展的创新性成果。

3.关键技术

3.1 驱动技术的进展

五轴机床驱动技术的发展对加工性能的提升起着至关重要的作用。近年来，随着科技的不断进步，驱动技术也取得了显著的进展。

在电动机技术方面，直线电动机和转矩电动机的应用越来越广泛，已从直线运动（X/Y/Z轴）的伺服电动机和滚珠丝杠驱动发展到目前的直线电动机驱动，回转运动（A和C轴）采用直接驱动的转矩电动机，显著提高了五轴机床的快移速度、动态性能和定位精度。

3.2 控制技术的发展

五轴机床控制技术的创新起着决定性作用，主要体现在数控系统的发展和运动控制算法的优化两个方面。近年来在国家政策支持和大量研发投入下，高端数控系统已取得显著突破，部分企业开发出的高性能数控系统，在高精度插补算法、误差补偿技术等关键技术方面取得了重要进展，大幅缩小了与国外的差距。

3.3 运动控制算法的优化

运动控制算法的优化对于五轴机床的加工精度和效率起着重要作用。五轴机床在加工复杂几何形状的工件时，需要复杂的空间几何运算和5个轴同时协调运动，由于旋转运动的加入，增加了插补运算的工作量，所以要求数控系统具有较高的运算速度和精度。

4.重点应用领域

4.1 航空航天

（1）应用现状　①复杂零部件的加工。在航空航天领域，飞机发动机的叶片、叶盘、叶轮、机匣以及机身的翼梁、框、肋板等结构件形状极为复杂。五轴机床可实现多轴联动，精准地对这些复杂曲面和三维零件进行加工，确保其高精度和高质量。②难加工材料的处理。航空航天零件常采用玻璃纤维、铝合金、钛合金、高温合金及碳纤维复合材料等难加工材料，五轴机床凭借其高刚性、高转速和高精度的特点，同时附加随动吸尘、检测系统等部件，能够有效应对这些材料的加工挑战，实现高效切削和成形加工。③提升加工效率与质量。五轴加工可以在一次装夹中完成多个面和特征结构的加工，减少装夹次数和误差积累，提高生产效率和加工精度，同时还能保证零件的一致性和互换性。

（2）应用趋势　①向更高精度和效率迈进。随着航空航天技术的发展，对零件精度和生产效率的要求不断提高，今后将通过优化机床结构、提升控制系统性能等方式，进一步提高五轴机床的加工精度，实现更高效生产。②智能化与自动化程度提升。引入人工智能、大数据等技术，使五轴机床具备自适应加工能力，能根据零件的材料、形状和加工状态自动调整加工参数，实现智能化加工过程。此外，五轴机床与机器人等自动化设备集成，可以实现灯塔工厂。③与增材制造协同发展。五轴加工技术将与增材制造技术相互结合，形成互补的制造模式。增材制造用于快速制造复杂形状的零件毛坯，五轴机床加工则对其进行后续的精细加工和表面处理，以提高零件的性能和质量。

4.2 汽车

（1）应用现状　①零部件加工全覆盖。五轴机床在汽车发动机、变速器、电动机壳体、电池壳体、电池托盘、一体化后底板压铸件、副车架、前舱及刹车系统等关键零部件制造上广泛应用，能加工出满足高精度、轻量化设计需求的零部件，同时提升制造质量与效率。②五轴激光切割机床可用于切割新能源车的防撞梁、底盘、B柱等复杂异形件。

（2）应用趋势　①智能制造深度融合。利用物联网实现设备联网，构建智能工厂，使生产过程可监控、可追溯，可以与机器人、自动化物流系统集成，形成自动化生产线。②高精度与高效率持续提升。机床制造商将不断优化机床结构，提高传动系统的精度和刚性，开发更先进的控制系统，提高五轴机床的加工精度和快移速度，同时，通过改进刀具材料和刀具设计，提高切削效率。

4.3 模具

（1）应用现状　①塑料模具的加工。在手机外壳、家电外壳等塑料制品的模具制造中，五轴机床能够加工出复杂的型腔和精细的花纹，提高模具的精度和表面质量，使塑料制品的外观和尺寸精度得到保障。②冲压模具的加工。汽车覆盖件、五金制品等冲压模具型面复杂，需要高精度的加工。五轴机床可实现对模具型面的精确加工，提高冲压件的成形质量和模具的使用寿命。③压铸模具加工，对于铝合金、锌合金等压铸模具，五轴机床能够加工出复杂的流道、型腔等结构，保证模具的精度和散热性能，提高压铸产品的质量和生产效率，拓宽了模具设计的自由度。

（2）应用趋势　①高精度和高效率持续提升。机床制造商将不断优化结构与控制系统，提高加工精度和快移速度。刀具技术也会不断改进，进一步提高切削效率，实现更高的材料去除率。②智能化与自动化程度提高。后续五轴机床可以自动优化加工参数和刀具路径。另外，与物联网结合，实现设备远程监控、故障预警和诊断，还能与生产线集成，实现上下料、物料搬运等全自动化。③与数字化技术深度融合。五轴机床与CAD/CAM/CAE等软件无缝对接，实现模具设计、编程和加工的一体化。利用虚拟仿真技术进行加工过程模拟，提前发现和解决问题，减少试错成本。

4.4 医疗器械

（1）应用现状　①骨科植入物的制造。五轴机床在制造人工关节、骨钉和脊椎螺钉等骨科植入物方面应用广泛。五轴机床能精准地对钛合金等生物相容性材料进行加工，确保植入物的尺寸精度、表面质量和复杂的结构设计，使其与人体骨骼更好地匹配和融合。②手术器械的加工。五轴机床可用于生产手术刀、手术钳和穿刺针等精密手术器械，能够实现对器械的精细加工，保证其刃口锋利度、夹持精度和操作的灵活性，提高手术的准确性和安全性。③口腔医疗器械的制造。五轴机床加工在口腔种植体、牙冠及牙桥等口腔医疗器械的制造中发挥着重要作用，可以根据患者的口腔结构扫描数据，精确加工出个性化的口腔修复体，满足不同患者的需求。

（2）应用趋势　①更高精度与效率。随着医疗器械对精度要求的不断提高，五轴加工技术将进一步提升精度，达到亚微米级甚至更高水平。同时通过优化刀具路径、提高切削速度和进给量等操作，实现更高的加工效率。②与增材制造相结合。增材制造用于快速制造复杂形状的医疗器械原型或部分结构，五轴机床则进行后续的精细加工和表面处理，以提高医疗器械的性能和质量。

5.结束语

五轴加工技术与装备已在现代制造业中占据关键地位，在重点领域核心产业发挥着不可或缺的作用。从技术发展的角度来看，高精度、高速度以及智能化已成为技术发展的主脉络。先进的控制算法、高精度的传感器应用，使得加工精度得以不断突破，趋近亚微米乃至纳米级；高速切削技术配合高性能刀具，将大幅缩短加工周期，提升生产效率；智能化技术的融入更是为加工过程带来质的飞跃，实现了加工过程的智能监控与自适应调整。

展望未来，五轴加工技术与装备的发展前景广阔且充满机遇。作为制造业的核心基石，其发展水平是衡量国家制造业竞争力的重要标志。面对机遇与挑战，我们应坚定不移地加大科研投入，深化产学研合作，构建完善的人才培养体系，全力突破关键技术瓶颈，实现五轴加工技术与装备的自主可控发展。这不仅是中国制造业从制造大国迈向制造强国的必经之路，更是在全球制造业竞争中赢得主动、占据战略高地的关键举措。