五軸加工技術(shù)在模具零件加工中的應(yīng)用

五軸加工技術(shù)在模具零件加工中的應(yīng)用

1、引言

隨著科技的發(fā)展，對(duì)模具零件加工技術(shù)的要求越來(lái)越高，五軸加工技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。五軸加工技術(shù)對(duì)自由曲面的加工具有極大的優(yōu)勢(shì)，最初用于航空航天裝備零件的加工，后來(lái)，隨著五軸加工技術(shù)的不斷成熟和“平民化”，汽車(chē)、模具等行業(yè)也開(kāi)始應(yīng)用五軸加工技術(shù)。

五軸加工技術(shù)指機(jī)床使用5個(gè)坐標(biāo)軸（X、Y、Z

3個(gè)坐標(biāo)軸和任意2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸）對(duì)零件進(jìn)行加工，如圖1所示。其中，繞X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)軸分別稱為A、B、C軸，相對(duì)傳統(tǒng)的三軸加工技術(shù)，增加了A、B、C中的任意2個(gè)自由度。

五軸聯(lián)動(dòng)加工和五軸定位加工是2個(gè)不同的概念。五軸聯(lián)動(dòng)加工是指機(jī)床在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)的控制下，5個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，要求加工刀具在5個(gè)自由度上能進(jìn)行任意定位和連接，多用于加工渦輪機(jī)零部件、葉輪等復(fù)雜曲面。五軸定位加工是一種“3+2”的加工方式，根據(jù)加工零件的局部形狀對(duì)2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到最佳的加工角度，然后對(duì)局部進(jìn)行加工，是模具行業(yè)零件加工逐步開(kāi)始使用的加工方式。下面以一些典型模具零件為例，簡(jiǎn)單分析五軸定位加工與三軸加工的優(yōu)缺點(diǎn)，為描述方便，文中五軸加工均指五軸定位加工。2、五軸加工技術(shù)應(yīng)用分析五軸加工能有效地提高機(jī)加工效率，主要體現(xiàn)在：（1）一次裝夾零件，即可完成全部或大部分加工。

（2）局部區(qū)域加工精度高，時(shí)間短。

（3）減少電極數(shù)量，縮短模具生產(chǎn)周期。零件本身的形狀特點(diǎn)決定了其機(jī)加工方式。編程之前需要先對(duì)零件各部分形狀進(jìn)行分析，確定零件擺放形式和刀具選用。圖2為空調(diào)骨架模具零件的三維圖，是模具生產(chǎn)中采用五軸加工技術(shù)加工的典型零件。表1是空調(diào)骨架模具零件編程前的分析。由表1可見(jiàn)，五軸加工通過(guò)一次裝夾零件，可完成全部或大部分的加工，減輕機(jī)床操作人員的工作量，節(jié)約加工時(shí)間，縮短模具制造周期。

加工是通過(guò)刀具與工件的接觸，利用刀具的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)切削的目的。刀具與被加工工件表面的接觸角度不同，切削原理也不同，最終會(huì)導(dǎo)致不同的切削效果和加工質(zhì)量。

側(cè)刃切削和平面光刀時(shí)，刀具與工件是面接觸，相比點(diǎn)接觸的加工效率高，而且表面加工質(zhì)量高，減輕后期零件表面拋光的工作量。采用三軸加工時(shí)，只能選擇“斜面”的加工方式，如圖3（b）、3（c）所示。使用球刀，刀具與零件加工表面始終只有一個(gè)接觸點(diǎn)，加工效率低，而且兩條刀路之間存在“殘高”，后期必須進(jìn)行拋光且拋光的工作量大。同一個(gè)區(qū)域，使用五軸加工，通過(guò)定位，待加工表面與刀軸垂直，如圖3（d）、3（e）所示，使用平面光刀的切方式，刀具與工件呈面接觸，加工效率