五轴加工技术在模具零件加工中的应用

1 、引言
 
　　随着科技的发展，对模具零件加工技术的要求越来越高，五轴加工技术的应用也越来越广泛。五轴加工技术对自由曲面的加工具有极大的优势，最初用于航空航天装备零件的加工，后来，随着五轴加工技术的不断成熟和“平民化”，汽车、模具等行业也开始应用五轴加工技术。
 
　　五轴加工技术指机床使用5 个坐标轴（X、Y、Z  3 个坐标轴和任意2 个旋转轴）对零件进行加工，如图1 所示。其中，绕X、Y、Z 的旋转轴分别称为A、B、C轴，相对传统的三轴加工技术，增加了A、B、C中的任意2个自由度。

　　五轴联动加工和五轴定位加工是2 个不同的概念。五轴联动加工是指机床在计算机数控（CNC）系统的控制下，5 个坐标轴同时协调运动，要求加工刀具在5 个自由度上能进行任意定位和连接，多用于加工涡轮机零部件、叶轮等复杂曲面。五轴定位加工是一种“3+2”的加工方式，根据加工零件的局部形状对2 个旋转轴进行调整，达到最佳的加工角度，然后对局部进行加工，是模具行业零件加工逐步开始使用的加工方式。下面以一些典型模具零件为例，简单分析五轴定位加工与三轴加工的优缺点，为描述方便，文中五轴加工均指五轴定位加工。

2 、五轴加工技术应用分析

　　五轴加工能有效地提高机加工效率，主要体现在：

　　（1）一次装夹零件，即可完成全部或大部分加工。
　　（2）局部区域加工精度高，时间短。
　　（3）减少电极数量，缩短模具生产周期。

　　零件本身的形状特点决定了其机加工方式。编程之前需要先对零件各部分形状进行分析，确定零件摆放形式和刀具选用。图2 为空调骨架模具零件的三维图，是模具生产中采用五轴加工技术加工的典型零件。表1 是空调骨架模具零件编程前的分析。

　　由表1 可见，五轴加工通过一次装夹零件，可完成全部或大部分的加工，减轻机床操作人员的工作量，节约加工时间，缩短模具制造周期。

　　加工是通过刀具与工件的接触，利用刀具的高速旋转来实现切削的目的。刀具与被加工工件表面的接触角度不同，切削原理也不同，最终会导致不同的切削效果和加工质量。
 
　　侧刃切削和平面光刀时，刀具与工件是面接触，相比点接触的加工效率高，而且表面加工质量高，减轻后期零件表面抛光的工作量。采用三轴加工时，只能选择“斜面”的加工方式，如图3（b）、3（c）所示。使用球刀，刀具与零件加工表面始终只有一个接触点，加工效率低，而且两条刀路之间存在“残高”，后期必须进行抛光且抛光的工作量大。同一个区域，使用五轴加工，通过定位，待加工表面与刀轴垂直，如图3（d）、3（e）所示，使用平面光刀的切方式，刀具与工件呈面接触，加工效率高，延长刀具使用寿命[2]，而且刀路之间不存在“残高”，加工表面光洁平整，后期进行简单抛光即可达到要求。