提高加工質量和工效，充分滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的要求是制造技術發(fā)展永恒的主題。迄今為止，所有制造技術的研發(fā)、改進和創(chuàng)新，無一不是直接或間接地在此主題的驅動下進行的，五軸加工機床的產(chǎn)生、應用和發(fā)展也不例外。它既是為了加工某些具有特殊要求的復雜形面的大型工件而出現(xiàn)的，也是為了提高對這些形面的加工精度、質量和工效才得到應用和發(fā)展的。所謂五軸加工這里是指在一臺機床上至少有五個坐標軸(三個直線坐標和兩個旋轉坐標)，而且可在計算機數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的控制下同時協(xié)調運動進行加工。這樣的五軸聯(lián)動數(shù)控加工與一般的三軸聯(lián)動數(shù)控加工相比，主要有以下優(yōu)點：
1、可以加工一般三軸數(shù)控機床所不能加工或很難一次裝夾完成加工的連續(xù)、平滑的自由曲面。如航空發(fā)動機和汽輪機的葉片，艦艇用的螺旋推進器，以及許許多多具有特殊曲面和復雜型腔、孔位的殼體和模具等，如用普通三軸數(shù)控機床加工，由于其刀具相對于工件的位姿角在加工過程中不能變，加工某些復雜自由曲面時，就有可能產(chǎn)生干涉或欠加工(即加工不到)。而用五軸聯(lián)動的機床加工時，則由于刀具/工件的位姿角在加工過程中隨時可調整，就可以避免刀具工件的干涉并能一次裝夾完成全部加工；
2、可以提高空間自由曲面的加工精度、質量和效率。例如，三軸機床加工復雜曲面時，多采用球頭銑刀，球頭銑刀是以點接觸成形，切削效率低，而且刀具/工件位姿角在加工過程中不能調，一般就很難保證用球頭銑刀上的最佳切削點(即球頭上線速度最高點)進行切削，而且有可能出現(xiàn)切削點落在球頭刀上線速度等于零的旋轉中心線上的情況。這時不僅切削效率極低，加工表面質量嚴重惡化，而且往往需要采用手動修補，因此也就可能喪失精度。如采用五軸機床加工，由于刀具/工件位姿角隨時可調，則不僅可以避免這種情況的發(fā)生，而且還可以時時充分利用刀具的最佳切削點來進行切削，或用線接觸成形的螺旋立銑刀來代替點接觸成形的球頭銑刀，甚至還可以通過進一步優(yōu)化刀具/工件的位姿角來進行銑削，從而獲得更高的切削速度、切削線寬，即獲得更高的切削效率和更好的加工表面質量。
隨著科技的發(fā)展和人們物質生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的性能、質量要求也更高，形式更多樣化和個性化。為了進一步提高產(chǎn)品的性能和質量，充分滿足使用者的多方要求，如節(jié)能、省材、輕便、美觀、舒適等，現(xiàn)代產(chǎn)品，不僅是航空、航天產(chǎn)品和運載工具(如汽車、船、艦等)，而且也包括精密儀器、儀表，醫(yī)療、運動器械，以及家用、辦公用的電器和兒童玩具等產(chǎn)品的零件，都愈來愈多地采用由整體材料鏤銑而成，而且其上還包含有許多各種各樣的復雜曲面和斜孔、斜面等。這些零件，如用傳統(tǒng)機床或三軸數(shù)控機床來加工，必須用多臺機床，經(jīng)過多次定位安裝才能完成。這樣不僅設備投資大，占用生產(chǎn)面積多，生產(chǎn)加工周期長，而且精度、質量還難于保證。為了解決這些問題，就要發(fā)展能集中工序進行高精、高效和復合加工的機床，以期能實現(xiàn)工件一次裝夾便可完成全部或大部分加工。這已成為當今機床發(fā)展的大趨勢，而配備上高速加工能力的五軸機床，完全符合這一發(fā)展要求的趨勢，而且還可能是最佳的方案選擇。因為它不僅具有現(xiàn)代生產(chǎn)加工設備所要求具有的主要功能，而且一臺五軸機床的工效約相當于兩臺三軸加工機床，甚至可以省去更多機床。
五軸加工機床與一般機床的最大區(qū)別在于它除了具有通常機床的三個直線坐標軸外，還有至少2個旋轉坐標軸，而且可以五軸聯(lián)動加工。而五軸加工機床之間的區(qū)別，除了有立式、臥式之分外，則主要還在于他們實現(xiàn)五軸運動的結構型式和五個運動的分配(配置)上。一般而言，五軸機床有三種結構型式和三種運動配置方式，這兩者的組合，就可以得到有9種可能的五軸機床的結構類型。
并聯(lián)結構機床與傳統(tǒng)(串聯(lián)結構)機床比較，其主要的優(yōu)點是：運動部件質量輕，運動慣性小，更有利于實現(xiàn)高速度和高加速度的加工；主軸部件具有重復性，通用性高，適于專業(yè)化生產(chǎn)；比剛度高，且容易通過預加載荷來提高機床的綜合剛度；理論精度較高，一般加工誤差不會大于6根伸縮桿運動誤差的平均值，不像串聯(lián)結構的機床那樣，各軸運動誤差有可能被累積和放大。但并聯(lián)結構機床也存在一些固有的缺點：有效空間比(即有效加工空間對設備占用空間之比)比較小，而且可加工空間呈非規(guī)則形，并隨桿長和位姿角變化；?因受球鉸和虎克鉸鏈轉角的制約，Stewart平臺所能傾斜的角度(即刀具的位姿角)較小，一般只有±40°左右(常用為±30°以下)，從而影響了可加工的範圍；運動和編程較復雜，而且簡單的直線運動也要6根桿聯(lián)合運動來實現(xiàn)；存在非線性誤差和奇異性問題，當加工在極限位置上進行時，由于微小的振動誤差就有可能導致奇異性出現(xiàn)，即導致旋轉軸的180°翻轉，這種情況非常危險。
五軸加工的方法和機床，早在20世紀60年代，國外航空工業(yè)為了加工一些具有連續(xù)平滑而復雜的自由曲面大件時，就已開始采用了，但一直沒能在更多的行業(yè)中獲得廣泛應用，只是近10年來才有了較快的發(fā)展。究其原因，主要是五軸加工存在著很多難點，譬如：
1、編程復雜、難度大。因為五軸加工不同于三軸，它除了三個直線運動外，還有兩個旋轉運動參與，其所形成的合成運動的空間軌跡非常復雜和抽象，一般難以想象和理解。如為了加工出所需的空間自由曲面，往往需通過多次坐標變換和復雜的空間幾何運算，同時還要考慮各軸運動的協(xié)調性，避免干涉、沖撞，以及插補運動要適時適量等，以保證所要求的加工精度和表面質量，編程難度就更大了；
2、對數(shù)控及伺服控制系統(tǒng)要求高。由于五軸加工需要有五軸同時協(xié)調運動，這就要求數(shù)控系統(tǒng)首先必須具有至少五軸聯(lián)動控制的功能；另外由于合成運動中有旋轉運動的加入，這不僅增加了插補運算的工作量，而且由于旋轉運動的微小誤差有可能被放大從而大大影響加工的精度，因此要求數(shù)控系統(tǒng)要有較高的運算速度(即更短的單個程序段的處理時間)和精度。所有這些都意味著數(shù)控系統(tǒng)必須增加RISC芯片的處理器來進行處理(即采用多個高位數(shù)的CPU結構)。另外如前所說，五軸加工機床的機械配置有刀具旋轉方式，工件旋轉方式和兩者的混合式，數(shù)控系統(tǒng)也必須能滿足不同配置的要求。最後，為了能實現(xiàn)高速、高精的五軸加工，數(shù)控系統(tǒng)還要具有前瞻(Look Ahead)功能和較大的緩沖存儲能力，以便在程序執(zhí)行之前對運動數(shù)據(jù)進行提前運算、處理并進行多段緩沖存儲，從而保證刀具高速運行時誤差仍然較小。所有這些要求，無疑都將增加數(shù)控系統(tǒng)結構的復雜性和開發(fā)的難度；
五軸機床的機械結構設計和制造也比三軸機床更復雜和困難。因為機床要增加兩個旋轉軸坐標，就必須采用能傾斜和轉動的工作臺或能轉動和擺動的主軸頭部件。對增加的這兩個部件，既要求其結構緊湊，又要具有足夠大的力矩和運動的靈敏性及精度，這顯然就比設計和制造普通三軸加工機床難多了；作為上述三項因素綜合影響的結果，五軸加工機床的價格比較昂貴，因而在某種程度上也影響了企業(yè)對五軸機床的投資。
