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五軸加工中心在模具加工中的優勢及應用

2018-10-22 來源：韶關市技師學院作者：陳潔訓，李南華

摘要：闡述了五軸加工技術概念（niàn），以實際模具零件加工為例，對五軸加工技術在模具加工中應（yīng）用的（de）可行性和重要性（xìng）進行（háng）分析，與三軸加工技術進行對（duì）比後得知，五軸加工技術能讓其（qí）加工效率及零件質量得（dé）到提（tí）高（gāo），電極數量得到減少，幫助模具加工（gōng）企業更加充分的應用（yòng）五軸加工技術，提高產品質量和縮短產品生（shēng）產周期（qī）。

關鍵（jiàn）詞：五軸加（jiā）工技術；模具加工；優勢及應用

隨著我國製造技術水平（píng）的提高，對模具零件加工技術不斷提出更高要求（qiú），五軸加工技術（shù）也被更多（duō）的（de）模具加工企業（yè）所認（rèn）可和應用。由於對五軸加工操作人員技術（shù）要求（qiú）較（jiào）高（gāo），再加上缺少相應的專業人才，導致較多企業的五軸加工設備、技術並未充分發揮效（xiào）能。

本文以典（diǎn）型模具（jù）零件加工為例，對（duì）五軸加（jiā）工技術在模具製造一（yī）係列的優勢進行了深入分析（xī），以（yǐ）此（cǐ）來促使（shǐ）更多的（de）企業對製造業先進設備、加工技術革新的了解和對五（wǔ）軸加工技術（shù）應用。

1 、五軸加工技術分析

一般來（lái）說，三軸加工中心在完成深腔（qiāng）模具的加工時，能隻通過長加刀具及刀柄來實現，而在五軸加工模具過程（chéng）中，一（yī）次裝（zhuāng）夾，通過擺台（tái）或擺（bǎi）軸的運動，利用平底端麵銑刀，對模具加工各（gè）表麵采用（yòng）保持（chí）刀具軸線與加工端麵垂直的方式進行加工，這樣能夠降低加工成本、減少加工時（shí）間。

同時五軸加工中心還適合對（duì）有角度的側麵進行銑削加工，加工過（guò）程（chéng）能夠避免（miǎn）三軸（zhóu）加工機床因（yīn）球端立銑（xǐ）刀加工斜麵致使的肋骨狀紋路，使模具表麵質量輕鬆達到預（yù）期的要求，也避免了常規（guī）機床工件在第（dì）二次定位（wèi）中調試裝夾時、定位誤差、基準麵不重合等一係（xì）列問題。

這樣不但縮短了工（gōng）件輔助（zhù）調試、加工（gōng）的時間，而且也降低了其中出現的（de）誤差，在工件安裝中所需的工（gōng）裝夾具、刀具等（děng）的費用也得了降低。而在薄（báo）壁、彎角、曲麵槽底等特（tè）征的複雜部位（wèi）的零件（jiàn）加工時，三軸加工采用球刀來進行精銑，目的是為了表麵質量能更好，可是由於球刀的刀具中心旋轉起來後線速度接近 0，這樣就會造成刀具的損傷，讓其使用壽命（mìng）減少，同時也會影（yǐng）響到表麵質量。

利用五軸加工能夠與被加（jiā）工麵形成一定角度的特點，可以使用較短的刀具，提高刀具（jù）剛性，還（hái）能快速的將整個零件加工完成，不需要第二次（cì）裝卡，並且零件表麵（miàn）質量也很好。

2 、分析五軸加工技術（shù）的具體應用

五軸加工技術在模具製造加工中（zhōng）能夠（gòu）快速（sù）的強化機（jī）械加工效率（lǜ），一般體現在如下幾點上：

（1）一次裝夾零件，能夠完成大部分的加工；

（2）局（jú）部區域有著較高（gāo）的加工精度（dù），並且（qiě）加工時間短；

（3）隨著難加工（gōng）部位的減少，電極（jí）數量隨之得到減少，模具生產周期得到縮短。

零件自身的形狀決定（dìng）著其加工方式，因此，在編程前，應分析零（líng）件每一部分的形狀（zhuàng）、加工工藝，保證零件刀（dāo）具（jù）選用與擺放零件形式，減少裝夾二次和二次加（jiā）工。空調骨架模具零（líng）件的（de）三維圖如圖 1 所示，這也是模具生產中運用五軸加工技術加工（gōng）的典型零（líng）件（jiàn）。

圖 1 空調骨架模具零件二維（wéi）圖

五軸加工技術在一次（cì）裝夾零件過程中，通過更換刃具和改（gǎi）變刀具或工件的擺（bǎi）角，能夠同時進行多（duō）項工（gōng）作。在（zài）刀具和工件接觸（chù）中，在刀具（jù）高速旋轉中來進行切削，從而達到（dào）預期的切削效果。

刀具與被加（jiā）工工件表（biǎo）麵接觸角不同，所（suǒ）遵循的切削原理也不同，最後所得到的切削質量（liàng）自然也不一樣。在平麵光刀與側刃切削中，工件和刀具（jù）是一種麵接觸形式，與點接觸對比來講，其加工質量和效（xiào）率更好，有效（xiào）地減輕了零件（jiàn）表麵拋光工序的工作量（liàng）。

在利用三軸加工過程中，一般都會選取“斜麵”加工（gōng）形式，如圖 2（a）、（b）所示，這樣球刀、零件（jiàn）的表麵隻存（cún）在一（yī）個接觸點，無法保證加工效率，並且兩條刀路間有“

殘高”情況出現，在後續工作中拋光有（yǒu）很大的（de）工作量要做。

在同個區域內，使用五軸加工，在定位後，待加（jiā）工表麵和刀軸保持垂直狀態，如圖 3（a）、（b）所示，利用平麵廣（guǎng）刀的切削方法，刀具和工件處於呈麵接觸中，不但得到了很（hěn）高（gāo）的加工（gōng）效率，也延長（zhǎng）了刀具使用壽命（mìng），並（bìng）且刀路間（jiān）不會有“殘高”情況，可得到較高的加工表麵質量；再者，通過（guò）更換刀具，利用機床自身精度（dù），還（hái）可完成部分精鏜、磨削

、拋光等工序，在後續工作中隻需要簡單的進（jìn）行拋光便可以了。

圖 2 三軸加工與五（wǔ）軸加工對比分析

圖 3 三（sān）軸加工與五（wǔ）軸加工對比分析

眾所周知，產品設計水平關係著模（mó）具設（shè）計者的水（shuǐ）平（píng），從而對各零部件形狀有（yǒu）所影響。在設計產品結合客戶要求，注重細節精致，使用起來便捷，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（xiǎo）台階，三軸加工（gōng）中很（hěn）難加工到位，應配電極實施電火花（huā）清根，圖 4（a）所示為加工電極（jí），其外形（xíng）尺寸為 112 mm × 24 mm × 174 mm，加工很耗費（fèi）時間。使用五軸（zhóu）加工中，選取最佳的（de）角度（dù），如（rú）圖 4（b）所示，可以完全銑（xǐ）出（chū）側壁台階，不需要進行（háng）電火花加工。

圖 4 三軸加工與五軸加工側壁小台（tái）階

在注射模過程中，經常遇（yù）見成型塑件圓角處型腔加工形式，這種形勢在加工過程被稱為“清根（gēn）”。在清根過程中，依據零件圓角半徑來選擇刀具（jù），但（dàn）在長徑比的（de）局限下，刀具長（zhǎng）度也受到了限製，很多很深的（de）型腔圓角處三軸（zhóu）加工不能及時加（jiā）工到位，隻能利用電極清根進行加工。通過試驗結果表明（míng），在（zài）使用五（wǔ）軸加工技術清根後，簡化了加工（gōng）程序，縮短（duǎn）模具（jù）生產工期，並且提高了工具利用效率。

一般情況下，刀具和工件加工（gōng）中會有很多意外的狀況，對二者的相對運動也無法想（xiǎng）象，為了保（bǎo）證程序的穩定性，應仿真模擬五軸加工（gōng）編程，避免在（zài）加工中（zhōng）出現其他（tā）問題。目（mù）前，NX6.0、VERICUT 等多種軟（ruǎn）件均可對五軸加工（gōng）進行高精度仿（fǎng）真模擬，對（duì）刀具、機床和零（líng）件等模型進行調（diào）用，有效讀（dú）取程序信息，保證加工工件和刀具的互相運動，以三維動畫形式對切削過程進行模擬。同時，還（hái）能檢測各個零件的過切。

在仿真（zhēn）模擬下，編程員在（zài）看到真實的加工（gōng）過程中，及時發現在（zài）加工中出現的問題，從而保證五軸加工編程的合理性。與三軸加工對比而言，五軸加工中多了 2 個（gè）自由度，也正因為如此，對機床性能的要求也就高了很多。在編程（chéng）中（zhōng），應考慮好應用五軸加工技術的（de）各項信息，待加工零件符合加工情（qíng）況後，選擇相（xiàng）符的機床（chuáng），並（bìng）結合機床性能明確裝（zhuāng）夾形式。

3 、結束（shù）語

從上麵的分析中可見，將五（wǔ）軸加工技術（shù）運用到模具零件生產（chǎn）過程中，既能夠提高零件加工精度，也能減輕零件（jiàn）拋光的工作量，縮短（duǎn）生產模具的周期，但從多方麵上來講，加工（gōng）機床與編程工作對有關工（gōng）作人員（yuán）提出了（le）新的要求，要求他們（men）要對五軸加工技術全（quán）麵了解，並能夠熟練操作（zuò）相應的軟件。

五軸加工技術在機械裝備技術發（fā）展下也得以快（kuài）速發展，並且（qiě）我（wǒ）國（guó）當前越發重視培養製造業領域的人才（cái），這些都為五軸加工技術的廣泛發展和運用打下了基礎，相在不久的將來，五軸加工技術勢必會被應（yīng）用到更多的領域中。

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