五軸加工在模具零件加工中的優(yōu)勢及使用

1 概 述
五軸加工設(shè)備依據(jù)結(jié)構(gòu)可分為3種類型，別離是HEAD-HEAD（雙擺頭結(jié)構(gòu)）、TABLE-HEAD（單擺頭單轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)）、TABLE-TABLE（雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)）。5個自由度如圖1所示，別離是X、Y、Z三個軸、一個旋轉(zhuǎn)軸和一個搖擺軸。旋轉(zhuǎn)軸可以360°旋轉(zhuǎn)，搖擺軸則只能在必定的視點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行搖擺。
在實(shí)踐使用中，有五軸定位加工和五軸聯(lián)動加工2種形式。在五軸聯(lián)動加工過程中，引進(jìn)旋轉(zhuǎn)刀具中心（rotational tool center point，RTCP）編程功用。該功用實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)軸與刀具全體中心點(diǎn)的互補(bǔ)功用，也被稱為刀尖跟從功用。2 五軸加工技能在模具零件加工中的特色及優(yōu)勢
2.1 改善刀具切削狀況
當(dāng)切削刀具向加工面頂端或零件邊際移動時，刀具的切削狀況會逐步變差。為了讓刀具保持※佳的切削狀況，需求用到旋轉(zhuǎn)工作臺或刀軸，假如需求完整地加工不規(guī)則平面零件，則需將工作臺或刀軸以不同方向?qū)掖涡D(zhuǎn)。五軸加工中心偏轉(zhuǎn)刀具可以避免球頭刀具中心點(diǎn)切削速度為0的狀況，在加工斜平面時，五軸加工可使用擺軸實(shí)現(xiàn)平底端銑刀的端面與加工表面始終保持垂直狀況的加工戰(zhàn)略，在延長刀具運(yùn)用壽命和進(jìn)步加工功率的一起，可獲得更佳的零件加工表面質(zhì)量。
2.2 進(jìn)步加工功率
針對深型腔部位的加工，五軸加工中心可以經(jīng)過刀軸空間姿態(tài)角操控實(shí)現(xiàn)短刀具切削，有用進(jìn)步刀具加工剛性及延長刀具運(yùn)用壽命，削減刀具數(shù)量，盡可能避免運(yùn)用專用刀具，進(jìn)步常用刀具的通用性，※終抵達(dá)下降出產(chǎn)成本的目的。
2.3 縮短加工周期
在加工零件時，一般使用五軸設(shè)備完結(jié)精加工工序。運(yùn)用五軸設(shè)備可削減裝夾次數(shù)，有用進(jìn)步零件裝夾功率，削減定位差錯，進(jìn)步加工精度，節(jié)省了設(shè)備周轉(zhuǎn)損耗的時間，進(jìn)步了出產(chǎn)功率。
3 典型事例剖析
3.1 五軸加工及仿真操控實(shí)例使用
選取除模塊底部外的5個加工面，針對三軸機(jī)床無法滿意加工要求的部分區(qū)域，選用五軸加工技能進(jìn)行加工，并剖析五軸加工的優(yōu)勢。以汽車前輪罩壓鑄模加工中典型刀路程序?yàn)槔M(jìn)行闡明。輪罩壓鑄模為1模2腔結(jié)構(gòu)，別離成型左右件。型腔模塊為進(jìn)口H13等級材質(zhì)，熱處理工藝為淬火加3次高溫回火，硬度約45 HRC。模塊尺寸900 mm×508 mm×546 mm，型面特征凹凸崎嶇，加工難度較大，模塊加工工序。
（1）經(jīng)過粗加工、熱處理后的模塊，仍保留2 mm的加工余量，先安排半精加工。此工序選用三軸加工中心，選用大徑圓角端銑刀對模塊型面進(jìn)行切削，以去除余量。（2）型面完結(jié)大徑刀具的半精加工后，在五軸加工中心進(jìn)行半精加工，部分區(qū)域?yàn)楸苊獾侗缮孢x用五軸加工，保留余量0.05~0.15 mm，保證精加工刀路在切削過程中余量的均勻性。部分五軸半精加工工藝。
在精加工結(jié)束后由于所選精加工刀具并不能將一切區(qū)域尺寸加工到位，尤其是一些圓角夾縫區(qū)域，這時需選用尺寸較小的刀具進(jìn)行區(qū)域加工，即清根加工。小徑類刀具剛性差，在加工過程中簡單呈現(xiàn)斷刀、彈刀的現(xiàn)象，使用CAM軟件的五軸加工盡量削減刀具的夾持長度可下降加工風(fēng)險(xiǎn)保證零件加工質(zhì)量。（4）零件外形加工選用機(jī)床B軸搖擺180°，C軸旋轉(zhuǎn)至0、90°、180°及360°四個視點(diǎn)，用大徑圓角端銑刀D63R6進(jìn)行平面精銑。此加工戰(zhàn)略將加工功率及零件表面質(zhì)量到達(dá)※優(yōu)化。
3.2 CAM軟件五軸機(jī)床仿真模擬功用
如圖6所示，對程序刀路在機(jī)床加工中的安全性進(jìn)行仿真模擬查驗(yàn)及后期優(yōu)化，結(jié)合五軸機(jī)床完結(jié)加工，加工的零件精度優(yōu)秀。
4 五軸加工使用對電加工工作量的影響
如圖8所示，深色部位是需求電加工的區(qū)域，五軸與三軸加工后電加工工作量對比如下。
1）五軸加工后的電加工實(shí)踐工作量為20個電極。經(jīng)過軟件模擬，三軸加工（包含三軸臥式加工）后的電加工工作量為30個電極。（2）五軸可加工區(qū)域比三軸加工更多，即五軸加工后的殘余量比三軸加工的少。電加工部位的殘余量直接影響電加工功率，殘余量越少，電加工功率越高。五軸加工技能使用在削減電加工工作量、進(jìn)步電加工功率方面優(yōu)于三軸加工。電加工通常作為模塊制造過程中的末道加工工序，削減電加工、進(jìn)步電加工功率意味著零件質(zhì)量的進(jìn)步和出產(chǎn)周期的縮短，對機(jī)械加工具有重大意義。
5 五軸與三軸典型加工戰(zhàn)略數(shù)據(jù)對比剖析
合理使用五軸定位、五軸聯(lián)動加工技能，經(jīng)過刀軸搖擺優(yōu)化加工刀路使模塊表面質(zhì)量較三軸設(shè)備加工的表面質(zhì)量大幅進(jìn)步，加工時長也大幅縮短，并經(jīng)過粗糙度儀測得精確數(shù)據(jù)。選用五軸與三軸慣例加工相同區(qū)域的數(shù)據(jù)對比。