五軸加工中心在模具加工中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

陳潔訓(xùn)，李南華

五軸加工中心在模具加工中的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

陳潔訓(xùn)，李南華

（韶關(guān)市技師學(xué)院，廣東韶關(guān)512023）

闡述了五軸加工技術(shù)概念，以實(shí)際模具零件加工為例，對(duì)五軸加工技術(shù)在模具加工中應(yīng)用的可行性和重要性進(jìn)行分析，與三軸加工技術(shù)進(jìn)行對(duì)比后得知，五軸加工技術(shù)能讓其加工效率及零件質(zhì)量得到提高，電極數(shù)量得到減少，幫助模具加工企業(yè)更加充分的應(yīng)用五軸加工技術(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。

五軸加工技術(shù)；模具加工；優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

隨著我國(guó)制造技術(shù)水平的提高，對(duì)模具零件加工技術(shù)不斷提出更高要求，五軸加工技術(shù)也被更多的模具加工企業(yè)所認(rèn)可和應(yīng)用。由于對(duì)五軸加工操作人員技術(shù)要求較高，再加上缺少相應(yīng)的專業(yè)人才，導(dǎo)致較多企業(yè)的五軸加工設(shè)備、技術(shù)并未充分發(fā)揮效能。

本文以典型模具零件加工為例，對(duì)五軸加工技術(shù)在模具制造一系列的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了深入分析，以此來(lái)促使更多的企業(yè)對(duì)制造業(yè)先進(jìn)設(shè)備、加工技術(shù)革新的了解和對(duì)五軸加工技術(shù)應(yīng)用。

1 五軸加工技術(shù)分析

一般來(lái)說(shuō)，三軸加工中心在完成深腔模具的加工時(shí)，能只通過(guò)長(zhǎng)加刀具及刀柄來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在五軸加工模具過(guò)程中，一次裝夾，通過(guò)擺臺(tái)或擺軸的運(yùn)動(dòng)，利用平底端面銑刀，對(duì)模具加工各表面采用保持刀具軸線與加工端面垂直的方式進(jìn)行加工，這樣能夠降低加工成本、減少加工時(shí)間。

同時(shí)五軸加工中心還適合對(duì)有角度的側(cè)面進(jìn)行銑削加工，加工過(guò)程能夠避免三軸加工機(jī)床因球端立銑刀加工斜面致使的肋骨狀紋路，使模具表面質(zhì)量輕松達(dá)到預(yù)期的要求，也避免了常規(guī)機(jī)床工件在第二次定位中調(diào)試裝夾時(shí)、定位誤差、基準(zhǔn)面不重合等一系列問(wèn)題[1]。這樣不但縮短了工件輔助調(diào)試、加工的時(shí)間，而且也降低了其中出現(xiàn)的誤差，在工件安裝中所需的工裝夾具、刀具等的費(fèi)用也得了降低。

而在薄壁、彎角、曲面槽底等特征的復(fù)雜部位的零件加工時(shí)，三軸加工采用球刀來(lái)進(jìn)行精銑，目的是為了表面質(zhì)量能更好，可是由于球刀的刀具中心旋轉(zhuǎn)起來(lái)后線速度接近0，這樣就會(huì)造成刀具的損傷，讓其使用壽命減少，同時(shí)也會(huì)影響到表面質(zhì)量。利用五軸加工能夠與被加工面形成一定角度的特點(diǎn)，可以使用較短的刀具，提高刀具剛性，還能快速的將整個(gè)零件加工完成，不需要第二次裝卡，并且零件表面質(zhì)量也很好。

2 分析五軸加工技術(shù)的具體應(yīng)用

五軸加工技術(shù)在模具制造加工中能夠快速的強(qiáng)化機(jī)械加工效率，一般體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)上：

（1）一次裝夾零件，能夠完成大部分的加工；

（2）局部區(qū)域有著較高的加工精度，并且加工時(shí)間短；

（3）隨著難加工部位的減少，電極數(shù)量隨之得到減少，模具生產(chǎn)周期得到縮短。

零件自身的形狀決定著其加工方式，因此，在編程前，應(yīng)分析零件每一部分的形狀、加工工藝，保證零件刀具選用與擺放零件形式，減少裝夾二次和二次加工?？照{(diào)骨架模具零件的三維圖如圖1所示，這也是模具生產(chǎn)中運(yùn)用五軸加工技術(shù)加工的典型零件。

圖1 空調(diào)骨架模具零件二維圖

五軸加工技術(shù)在一次裝夾零件過(guò)程中，通過(guò)更換刃具和改變刀具或工件的擺角，能夠同時(shí)進(jìn)行多項(xiàng)工作。在刀具和工件接觸中，在刀具高速旋轉(zhuǎn)中來(lái)進(jìn)行切削，從而達(dá)到預(yù)期的切削效果。刀具與被加工工件表面接觸角不同，所遵循的切削原理也不同，最后所得到的切削質(zhì)量自然也不一樣。在平面光刀與側(cè)刃切削中，工件和刀具是一種面接觸形式，與點(diǎn)接觸對(duì)比來(lái)講，其加工質(zhì)量和效率更好，有效地減輕了零件表面拋光工序的工作量。

在利用三軸加工過(guò)程中，一般都會(huì)選取“斜面”加工形式，如圖2（a）、（b）所示，這樣球刀、零件的表面只存在一個(gè)接觸點(diǎn)，無(wú)法保證加工效率，并且兩條刀路間有“殘高”情況出現(xiàn)，在后續(xù)工作中拋光有很大的工作量要做。在同個(gè)區(qū)域內(nèi)，使用五軸加工，在定位后，待加工表面和刀軸保持垂直狀態(tài)，如圖3（a）、（b）所示，利用平面廣刀的切削方法，刀具和工件處于呈面接觸中，不但得到了很高的加工效率，也延長(zhǎng)了刀具使用壽命，并且刀路間不會(huì)有“殘高”情況，可得到較高的加工表面質(zhì)量；再者，通過(guò)更換刀具，利用機(jī)床自身精度，還可完成部分精鏜、磨削、拋光等工序，在后續(xù)工作中只需要簡(jiǎn)單的進(jìn)行拋光便可以了。

圖2 三軸加工與五軸加工對(duì)比分析

圖3 三軸加工與五軸加工對(duì)比分析

眾所周知，產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平關(guān)系著模具設(shè)計(jì)者的水平，從而對(duì)各零部件形狀有所影響。在設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)合客戶要求，注重細(xì)節(jié)精致，使用起來(lái)便捷，這樣就給加工模具零件有著新的要求。如下圖4中零件側(cè)壁有一小臺(tái)階，三軸加工中很難加工到位，應(yīng)配電極實(shí)施電火花清根，圖4（a）所示為加工電極，其外形尺寸為112 mm×24 mm×174 mm，加工很耗費(fèi)時(shí)間。使用五軸加工中，選取最佳的角度，如圖4（b）所示，可以完全銑出側(cè)壁臺(tái)階，不需要進(jìn)行電火花加工。

圖4 三軸加工與五軸加工側(cè)壁小臺(tái)階

在注射模過(guò)程中，經(jīng)常遇見(jiàn)成型塑件圓角處型腔加工形式，這種形勢(shì)在加工過(guò)程被稱為“清根”。在清根過(guò)程中，依據(jù)零件圓角半徑來(lái)選擇刀具，但在長(zhǎng)徑比的局限下，刀具長(zhǎng)度也受到了限制，很多很深的型腔圓角處三軸加工不能及時(shí)加工到位，只能利用電極清根進(jìn)行加工。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明，在使用五軸加工技術(shù)清根后，簡(jiǎn)化了加工程序，縮短模具生產(chǎn)工期，并且提高了工具利用效率。一般情況下，刀具和工件加工中會(huì)有很多意外的狀況，對(duì)二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也無(wú)法想象，為了保證程序的穩(wěn)定性，應(yīng)仿真模擬五軸加工編程，避免在加工中出現(xiàn)其他問(wèn)題。

目前，NX6.0、VERICUT等多種軟件均可對(duì)五軸加工進(jìn)行高精度仿真模擬，對(duì)刀具、機(jī)床和零件等模型進(jìn)行調(diào)用，有效讀取程序信息，保證加工工件和刀具的互相運(yùn)動(dòng)，以三維動(dòng)畫(huà)形式對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行模擬。同時(shí)，還能檢測(cè)各個(gè)零件的過(guò)切。在仿真模擬下，編程員在看到真實(shí)的加工過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在加工中出現(xiàn)的問(wèn)題，從而保證五軸加工編程的合理性[2]。與三軸加工對(duì)比而言，五軸加工中多了2個(gè)自由度，也正因?yàn)槿绱?，?duì)機(jī)床性能的要求也就高了很多。在編程中，應(yīng)考慮好應(yīng)用五軸加工技術(shù)的各項(xiàng)信息，待加工零件符合加工情況后，選擇相符的機(jī)床，并結(jié)合機(jī)床性能明確裝夾形式。

3 結(jié)束語(yǔ)

從上面的分析中可見(jiàn)，將五軸加工技術(shù)運(yùn)用到模具零件生產(chǎn)過(guò)程中，既能夠提高零件加工精度，也能減輕零件拋光的工作量，縮短生產(chǎn)模具的周期，但從多方面上來(lái)講，加工機(jī)床與編程工作對(duì)有關(guān)工作人員提出了新的要求，要求他們要對(duì)五軸加工技術(shù)全面了解，并能夠熟練操作相應(yīng)的軟件。五軸加工技術(shù)在機(jī)械裝備技術(shù)發(fā)展下也得以快速發(fā)展，并且我國(guó)當(dāng)前越發(fā)重視培養(yǎng)制造業(yè)領(lǐng)域的人才，這些都為五軸加工技術(shù)的廣泛發(fā)展和運(yùn)用打下了基礎(chǔ)，相信在不久的將來(lái)，五軸加工技術(shù)勢(shì)必會(huì)被應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中。

[1]劉峰，林滸，鄭飂默，等.五軸加工用刀具中心點(diǎn)插補(bǔ)算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2013（02）：01-02.

[2]唐琴，歐陽(yáng)陵江.自由曲面五軸數(shù)控加工刀具定位研究[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（01）：15.

The Advantages of Five Axis Machining Center in the Mold Processing and Application

CHEN Jie-xun，LI Na-hua
（Shaoguan Technician College，Shaoguan Guangdong 512023，China）

This paper describes five axis machining technology concept to actual mold parts processing as an example，the feasibility and importance of the application of five axis machining technology in mould machining are analyzed，compared with the three axis machining technology that five axis machining technology can make the machining efficiency and parts quality is improved，the number of electrodes reduce，help the mold processing enterprises more fully the application of five axis processing technology，improve product quality and shorten the production cycle of the product.

five axis machining technology；mold processing；advantages and application

TG659

B

1672-545X（2017）02-0243-02

2016-11-17

陳潔訓(xùn)（1977-），男，廣東揭陽(yáng)人，本科，研究方向：機(jī)械制造；李南華（1985-），男，廣東南雄人，本科，研究方向：機(jī)械制造。