五軸加工中心在模具加工中的應(yīng)用
摘 要：五軸加工是數(shù)控加工當(dāng)中非常重要的一部分，這一技術(shù)已經(jīng)在船舶、航空航天、汽車、輕工、醫(yī)療等高精密儀器制作的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)模具加工當(dāng)中，普遍采用三軸加工中心和立式加工中心來(lái)完成工件的銑削加工。隨著我國(guó)的模具制造加工技術(shù)不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的立式加工中心和三軸加工中心的一些弱點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。目前，在模具加工當(dāng)中普遍使用的是球頭銑刀，模具加工當(dāng)中使用球頭銑刀雖然好處很明顯，但如應(yīng)用立式加工中心，其底面線速則為零，光潔度也較差，通過(guò)五軸加工中心對(duì)模具進(jìn)行加工，以上的不足之處則可以完全克服。筆者在本文當(dāng)中分析了五軸加工中心在模具加工當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其在模具加工中的應(yīng)用當(dāng)進(jìn)行了探討。
1 、分析五軸加工的優(yōu)勢(shì)
在五軸加工中，采用平底端銑刀，對(duì)復(fù)雜的模具加工表面保持垂直的一種狀態(tài)，能夠大幅減少加工的時(shí)間。五軸加工中心的原理，還適用帶有角度表面的側(cè)面銑削加工，可以消除由球端立銑刀加工導(dǎo)致的肋骨狀紋路，使得模具的表面質(zhì)量更加理想，也削減了因清理模具表面需要增加人工銑削以及手工作業(yè)的工作量。
通過(guò)五軸加工技術(shù)，使工件在復(fù)雜角度再次定位需要進(jìn)行多次的調(diào)試裝卡的問(wèn)題得以解決，不僅僅使時(shí)間縮短了，其中所產(chǎn)生的誤差也大大降低，在安裝工件時(shí)需要的工裝夾具的大額費(fèi)用也得到了節(jié)約，而機(jī)床也做到了對(duì)復(fù)雜零件的加工，例如復(fù)雜表面所需的鉆孔、錐度加工、型腔隱窩等，都是傳統(tǒng)方法做不到的。
在五軸加工當(dāng)中使用的刀具較短，同時(shí)還可一次性的將整個(gè)零件的加工完成，無(wú)需再次裝卡或是采用同類的三軸加工當(dāng)中需要的較長(zhǎng)的刀具，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成模具的制作，而且零件表面的質(zhì)量也較好。
2、 分析五軸加工中心在汽車模具加工中的應(yīng)用
目前設(shè)計(jì)汽車零件主要使用的是CAD 系統(tǒng)，并通過(guò)逆向工程以及各種試驗(yàn)完成零件的設(shè)計(jì)，加工模具的復(fù)雜表面使用的是CAM 軟件，但是，怎樣才能夠確保設(shè)計(jì)與加工時(shí)的精度則要靠數(shù)控加工了，筆者在下文分析了五軸加工中心在模具加工中的應(yīng)用同汽車模具質(zhì)量的之間的關(guān)系。
2.1 對(duì)深腔模具的加工
汽車模具制造的過(guò)程當(dāng)中，加工深腔模具時(shí)如應(yīng)用三軸加工中心，要想實(shí)現(xiàn)必須加長(zhǎng)刀柄和刀具，但是利用五軸加工中心加工比較深與比較陡的型腔時(shí)，要想給模具加工創(chuàng)造較好的工藝條件可以通過(guò)工件或主軸頭的附加回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，能夠使刀具長(zhǎng)度得到適當(dāng)?shù)乜s短，從而杜絕刀具同刀桿以及型腔壁之間產(chǎn)生碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，減少加工時(shí)刀具的抖動(dòng)與破損，刀具的使用壽命得到延長(zhǎng)，模具的表面質(zhì)量和加工效率也大大提高。
2.2 模具側(cè)壁的加工
對(duì)模具側(cè)壁的加工，應(yīng)用三軸加工中心刀具長(zhǎng)度要比側(cè)壁深度大，也是由側(cè)壁深度來(lái)決定刀具長(zhǎng)度的，若增加刀具的長(zhǎng)度，其強(qiáng)度會(huì)明顯降低，若刀具長(zhǎng)度高于3 倍徑讓刀現(xiàn)象便會(huì)發(fā)生，工件的質(zhì)量將難以保證。如應(yīng)用五軸加工中心對(duì)模具的側(cè)壁加工，能利用主軸或是工件的擺動(dòng)，使刀具與模具側(cè)壁呈現(xiàn)出垂直的狀態(tài)，銑模具側(cè)壁時(shí)可以使用平面銑刀，這樣可以提高工件質(zhì)量并延長(zhǎng)刀具的使用壽命。
2.3 模具較平的曲面加工
對(duì)模具較平的曲面加工時(shí)，三軸加工中心需用球刀精銑，獲取好的表面質(zhì)量，而這種情況下需要增加刀路，但球頭刀刀具的中心旋轉(zhuǎn)線速幾乎為零，在模具加工時(shí)刀具損傷的程度較大，刀具的使用壽命會(huì)縮短，而模具表面質(zhì)量也會(huì)變差。應(yīng)用五軸加工中心加工較平的曲面，可以在工件上把刀具上成一定的角度再進(jìn)行工件的加工，這樣可以增加工件與球頭刀間的相對(duì)線速，不但可以使刀具的使用壽命得到提高，工件表面質(zhì)量也會(huì)大幅提高。
2.4 對(duì)模具不規(guī)則曲面進(jìn)行加工
對(duì)于具有不規(guī)則曲面的模具加工時(shí)，以往普遍是通過(guò)三軸加工中心來(lái)完成，刀具切削模具的方向是沿切削的整個(gè)路徑來(lái)運(yùn)動(dòng)的切削過(guò)程不會(huì)改變，這時(shí)刀具的刀尖切削的狀態(tài)保證不了模具各部位的完美質(zhì)量。像曲率改變比較頻繁的模具和凹槽較深的模具就可以通過(guò)五軸加工中心來(lái)加工了，切削刀具始終都可以使切削狀態(tài)達(dá)到起佳，刀具可以使整個(gè)加工路徑運(yùn)動(dòng)的方向得到起大的優(yōu)化，而刀具在這同時(shí)還能夠作直線運(yùn)動(dòng)，模具的曲面中每一部位都會(huì)較為完美。
2.5 模具不同幾何形狀的加工
應(yīng)用五軸加工中心對(duì)有三維曲線平面的模具加工時(shí)，對(duì)模具的切削加工始終保護(hù)在起佳的工作狀態(tài)，刀具工作的角度可以在機(jī)床加工的任意區(qū)域內(nèi)被改變，從而完成幾何形模具的加工。
2.6 模具斜面上斜孔的加工
對(duì)模具斜面斜孔進(jìn)行加工時(shí)，利用五軸加工中心能夠通過(guò)擺頭式機(jī)床擺頭加工的動(dòng)作，在工件斜面垂的方面放置主軸，并定位于準(zhǔn)確的孔位。要想要模具上準(zhǔn)確的加工出斜孔，需要至少兩個(gè)線性軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)才可以，而孔位的精度也在這個(gè)過(guò)程中明顯降低。加工斜面孔如用擺臺(tái)式的五軸加工中心，動(dòng)作是通過(guò)機(jī)床擺臺(tái)將模具的斜面放置在同主軸相垂的位置，主軸其中一個(gè)線性軸的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)斜孔的加工就能完成，可明顯提高孔的精度。
2.7 對(duì)模具無(wú)方向變化直線的銑削
要想銑削沒(méi)有方向變化的一條直線，只要刀尖劃條直線便可，若是方向需要改變，刀尖劃條曲線便可，刀具刀尖方向被改變，這時(shí)再想要直線，就要給這條曲線以必須的補(bǔ)償，應(yīng)用五軸加工中心這點(diǎn)是極其重要的。控制系統(tǒng)若未考慮到刀具的長(zhǎng)度，刀具是圍繞軸中心來(lái)旋轉(zhuǎn)的，刀具的刀尖不能夠固定，極有可能會(huì)移出當(dāng)前的工作位置，但是在五軸加工中心的系統(tǒng)中具備五軸控制功能，在加工模具的操作中，使用五軸控制系統(tǒng)雖然刀具的方向被改變，但其刀尖的位置是可以保持不變的，這個(gè)過(guò)程中xyz 軸必須的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)同時(shí)也被自動(dòng)計(jì)算進(jìn)去，此時(shí)加工精度明顯提高。
總之，在模具加工當(dāng)中，應(yīng)用五軸加工中心能避免刀具的干涉，可對(duì)普通的三坐標(biāo)機(jī)床難以加工的復(fù)雜零件進(jìn)行加工，對(duì)直紋面類模具的加工，可采用側(cè)銑式一刀成型技術(shù)，加工的質(zhì)量好，效率也高。對(duì)于立體型面，特別是大型的較平的表面加工時(shí)，可通過(guò)大直徑端銑刀端接近大型表面來(lái)加工，走刀次數(shù)會(huì)減少，殘余高度較小，加工效率和表面質(zhì)量能夠得到有效提高。對(duì)模具多個(gè)空間表面可一次裝夾來(lái)進(jìn)行多工序和多面加工，使得加工效率提高，還能夠有效提高各個(gè)表面相互位置的精度。應(yīng)用五軸加工中心對(duì)模具加工時(shí)，對(duì)于工件來(lái)說(shuō)，刀具可始終處在起為有效的切削狀態(tài)下，在某些加工場(chǎng)，能夠采取大尺寸刀具來(lái)避開相互的干涉，這種刀具的剛性較好，加工精度與加工效率都能夠得到提高。因此，五軸加工中心的加工適應(yīng)性較廣，值得廣泛推廣。
意特利（上海）科技有限公司是制造大型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的公司。其生產(chǎn)的數(shù)控加工中心專門可加工各種模具、汽車泡沫模具、大輪船木模、火車木模等，公司機(jī)床的生產(chǎn)加工時(shí)的精度可達(dá)±0.03mm，所有機(jī)床的規(guī)格可根據(jù)客戶需求定制，歡迎隨時(shí)來(lái)訪來(lái)電。
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