發布時間：2021-03-20所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】以實際模具零件加工為例，通過與3軸編程技術進行對比，詳細闡述了5軸加工獨特的優越性，及其編程技術的復雜性和靈活性。 關鍵詞：5軸加工;編程技術;模具零件 1、引言 數控零件加工程序的編制是數控加工的基礎，國外數控加工統計表明，造成數控設備空
【摘要】以實際模具零件加工為例，通過與3軸編程技術進行對比，詳細闡述了5軸加工獨特的優越性，及其編程技術的復雜性和靈活性。
關鍵詞：5軸加工;編程技術;模具零件
1、引言
數控零件加工程序的編制是數控加工的基礎，國外數控加工統計表明，造成數控設備空閑的原因大約占20%~30%是編程引起的，可見數控編程直接影響設備的使用效率。
對于5軸編程來說，主要有以下特點：編程復雜、難度大，因為5軸加工不同于3軸，他除了3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;在3軸機床上，同一條程序可以在不同的機床上獲得同樣的加工效果，但是在某一條5軸程序，卻不能適用于所有類型的機床;5軸加工程序與刀具設定有密切關系，一旦刀經或刀長改變時，原來的程序便不能使用，需要重新產生一條程序。
25軸加工技術在模具加工中的優點
5軸加工能夠有效的提高機加工效率，主要體現在：①一次裝夾零件，即可完成全部或大部分的加工;②局部區域的加工精度高，時間短;③減少電極數量，縮短模具的生產周期;④提高加工質量。由于5軸加工中刀具具有更靈活位姿，可采用平刀，平刀加工以面帶形，可以保證高速切削，而且加工后的表面更連續光滑。所以可以大大的減少拋光量;⑤擴大了工藝范圍。有些復雜的零件，加工時需要轉動刀具軸線，否則很難甚至無法加工，在模具加工中某些場合，只有采用5軸聯動才能避免刀具與零件干涉;⑥適應模具行業高精度、小批量、交貨周期短和們目前數控機床發展的新方向——復合化、自動化的要求。
35軸加工與3軸加工在模具加工中的對比
零件本身的形狀特點決定了其機加工的方式。編程之前需要先對零件各部分形狀進行分析，確定零件的擺放方式和刀具選用。圖1所示為空調底殼模具零件的三維圖，是模具制造中采用5軸加工技術的典型零件。表1是空調底殼模具零件編程前的分析。
(1)3軸加工和5軸在裝夾時間上對比。
由表1可見，5軸加工通過一次裝夾零件，可完成全部或大部分的加工，減輕機床操作人員的工作量，節約加工時間，縮短模具制造周期。
(2)3軸加工和5軸加工在加工效率和加工質量上對比。
加工是通過刀具與工件接觸，利用刀具的高速旋轉來實現切削的目的。刀具與被加工工件表面接觸角度不同切削原理也不同，最終會導致不同的切削效果和加工質量。
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側刃切削和平面光刀時，刀具與工件是面接觸，相比點接觸的加工效率高，而且表面加工質量高，減輕后期零件表面拋光的工作量。采用3軸加工時，只能選擇“斜面”的加工方式，如圖2b、圖2c所示。使用球刀刀具與零件表面始終只有一個接觸點，加工效率低。而且兩條刀路之間存在“存在殘留高度”，后期必須進行拋光且拋光的工作量大，同一區域，使用5軸加工，通過定位，待加工表面與刀軸垂直，如圖2d、圖2e所示，使用平面光刀的切削方式，刀具與工件呈面接觸，加工效率高，延長刀具壽命，而且刀路之間不存在“殘高”，加工表面光潔平整，后期進行簡單拋光即可達到要求。
(3)3軸加工和5軸加工在使用刀具長徑比上的對比。
刀具的高速旋轉要求刀具具有一定的長徑比。刀具長徑比過大，切削過程中刀具會產生振動，導致加工精度不高，甚至發生過切。3軸加工時，當零件高度較高時，必須選擇直徑并將刀桿加長才能對零件進行加工，如圖3所示，還會產生殘留較多的加工余量且降低零件的加工精度。若采用5軸加工，使用較小的刀具即可實現零件的加工，保證了零件的精度，刀軸與表面垂直，零件角落可實現完全加工，殘留余量小。
(4)3軸加工和5軸加工在使用電極數量上的對比。
模具零件加工過程中，需要電極與刀具加工的配合來實現零件的各種形狀，使用5軸加工可以有效的減少電極數量。
產品設計決定了模具設計，進而決定了個零部件的形狀，產品設計時主要依據客戶要求，講究外觀美觀、細節精致，使用方便，這樣就給模具零件加工提出了更高的要求。如圖4所示零件側壁上有一小臺階，3軸加工時無法加工到位，必須設計電極進行電火花清根，圖4a所示為加工的電極，電極外形尺寸103×28×184mm，加工費時，采用5軸加工，選擇合適的角度，如圖4b所示，側壁臺階可完全加工出來，無需電火花加工。
很多產品圓角的型腔加工也是模具加工中極為常見的，加工時成為“清角”，清角時根據零件的圓角半徑選擇不同的刀具，常用小刀具加工，受刀具長度影響，某些較深的位置3軸無法加工到位，需要設計電極清角。圖5所示為3軸加工需要的電極，圖6為5軸加工清角刀路示意圖，表2為3軸加工所需要的電極尺寸，電極較大，加工費時。由表3可見，使用5軸加工請角，加工流程簡單，時間短，能有效縮短模具生產周期，節省人力和設備的使用。
45軸加工技術在模具加工中需要注意的問題
由于模具零件根據產品的不同具有相當的復雜性。采用5軸加工時，刀具和工件的工作空間極為復雜，二者的相對運動也難以想象，這就需要編程人員具有相當的空間思維能力，對機床運動過程和結構要十分熟悉。為了保證程序的安全性，必須要對程序進行仿真模擬，使其運動過程可視化，避免了實際加工中的質量事故。目前的CAM軟件可以實現調入零件、調入夾具、調入刀具、調入機床、運行程序，實現工件和刀具之間的相對運動，以三維動畫形式模擬實際加工中的運動和切削過程。同時也可檢測夾具等其他部件和刀具及機床之間發生的干涉，如圖7所示，通過模擬仿真，編程員可以看到實際的加工過程，及時發現問題，有效的保障了5軸加工編程的準確性。
5免拋光或少拋光的5軸加工方法
模具加工普遍使用球頭銑刀來加工，球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯，但是如果用立式加工中心，其刀具頂點的線速度為零，如圖8、圖9所示，這樣底面的光潔度就很差，如果使用5軸加工技術加工模具，可以克服上述不足。可使用刀具側刃加工，由于刀具接觸點有較高的線速度，如圖10、圖11所示，使得加工出來的零件表面光潔度相對3軸有很大提高。
65軸側刃加工技術在模具加工中的應用
目前5軸加工技術向著更高效、更經濟的方向發展。而側刃加工技術由于加工效率高，再結合5軸刀姿靈活，使用側刃加工更有優勢。所以5軸側刃加工技術逐步成為了5軸高效加工的代表，目前已經在產品加工中廣泛使用。由于側刃加工技術對刀具要求較高，再加上模具零件的復雜性，所以該技術在模具行業一直沒有得到很廣的應用。由于近年刀具技術的快速發展，使得側刃加工技術在模具行業應用成為可能。由于擁有行業先進5軸設備、再加上快速發展的產能需要，所以考慮通過探究5軸側刃(刀具)加工技術在模具加工的應用來提高模具加工的效率將成為可能。
7結語
通過與3軸加工在各個方面的對比，可以清楚地了解到5軸加工其獨特的優越性，而優秀的數控程序是實現5軸優秀加工特點的重要條件，開展數控5軸編程實踐意義重大。數控編程時應首先要注意加工方法的安全性;其次刀軌直接影響加工質量和機床主軸等零件的壽命，因此應當保證刀具軌跡光滑平穩;最后刀具載荷直接影響刀具的壽命，要盡量使刀具載荷均勻。在保證程序安全的前提下，5軸加工技術的高效性簡潔性將會是未來的發展方向，誰能占領這一制高點，將是未來競爭的關鍵。——論文作者：任明強，魏培杰，馮亞坤
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