高速五軸加工中心在汽車模具制造中的應(yīng)用

　　導(dǎo)讀：現(xiàn)在汽車模具對(duì)模具的表面質(zhì)量和切削加工速度所提出的要求已經(jīng)越來(lái)越高。應(yīng)用五軸數(shù)控系統(tǒng)加工帶有三維曲線的平面時(shí)可以取得最佳切削狀態(tài)，在機(jī)床加工區(qū)域內(nèi)的任意位置通過(guò)刀具軸的設(shè)置角度改變，加工不同的幾何形狀。

三軸加工中心做深腔模具加工

　　汽車零件的設(shè)計(jì)主要由CAD系統(tǒng)、逆向工程及各種試驗(yàn)完成，模具復(fù)雜表面的加工程序則來(lái)自CAM軟件，但如何保證設(shè)計(jì)及加工的精度要依靠數(shù)控加工，下面討論一些在模具加工中五軸數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用與模具質(zhì)量的關(guān)系。

　　三軸加工和五軸加工模具的對(duì)比應(yīng)用

　　三軸加工中心做深腔模具加工只能靠加長(zhǎng)刀柄及刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)圖1)，但五軸加工中心在加工較深、較陡的型腔時(shí)，可以通過(guò)工件或主軸頭的附加回轉(zhuǎn)及擺動(dòng)為加工創(chuàng)造最佳的工藝條件，適當(dāng)縮短刀具長(zhǎng)度，并可避免刀具及刀桿與型腔壁發(fā)生碰撞，減小刀具加工時(shí)的抖動(dòng)和刀具破損的危險(xiǎn)，從而提高模具的表面質(zhì)量、加工效率和刀具的壽命(見(jiàn)圖2)。

　　應(yīng)用三軸加工中心加工一個(gè)模具的側(cè)壁時(shí)，側(cè)壁的深度就決定了選用刀具的長(zhǎng)度，刀具長(zhǎng)度必須大于側(cè)壁的深度，刀具長(zhǎng)度增加，就會(huì)降低刀具的強(qiáng)度，如果刀具長(zhǎng)度超過(guò)3倍徑就會(huì)出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，很難保證工件質(zhì)量(見(jiàn)圖3)。利用五軸加工中心加工工件側(cè)壁，可以擺動(dòng)工件或主軸使刀具與工件側(cè)壁垂直，然后選用平面銑刀銑側(cè)壁，能很好地保證工件質(zhì)量又能延長(zhǎng)刀具壽命(見(jiàn)圖4)。

　　應(yīng)用三軸加工中心加工一個(gè)較平的曲面時(shí)，應(yīng)用球刀來(lái)精銑，以得到較好的表面質(zhì)量，這樣就應(yīng)該增加刀路。但大家知道，球頭刀的刀具中心旋轉(zhuǎn)起來(lái)的線速度接近零，所以在加工中對(duì)刀具損傷很大，使刀具壽命縮短，表面質(zhì)量變差(見(jiàn)圖5)。用五軸加工中心加工一個(gè)較平的曲面時(shí)，為了提高球頭刀與工件間的相對(duì)線速度，如圖4所示把刀具在工件上成一定的角度加工，使球頭刀與工件間的相對(duì)線速度增加，這樣既能提高刀具的壽命，又能提高工件表面質(zhì)量(見(jiàn)圖6)。

　　另外在五軸加工中心進(jìn)行斜面上法向孔加工時(shí)，在擺頭式機(jī)床中加工動(dòng)作是通過(guò)擺頭把主軸放置到與工件上的斜面垂直的方向再定位到孔的位置，孔加工時(shí)需要至少兩個(gè)線性軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)才能把斜孔加工出來(lái)，這樣大大降低了孔的精度。應(yīng)用擺臺(tái)式五軸加工中心進(jìn)行斜面孔加工時(shí)，其動(dòng)作是通過(guò)擺臺(tái)把工件上的斜面擺放到與主軸垂直的方向，孔加工時(shí)只需要主軸一個(gè)線性軸運(yùn)動(dòng)即可，這樣大大提高了孔的精度(見(jiàn)圖7)。

　　五軸加工系統(tǒng)的其他優(yōu)點(diǎn)

　　現(xiàn)在汽車模具對(duì)模具的表面質(zhì)量和切削加工速度所提出的要求已經(jīng)越來(lái)越高。應(yīng)用五軸數(shù)控系統(tǒng)加工帶有三維曲線的平面時(shí)可以取得最佳切削狀態(tài)，在機(jī)床加工區(qū)域內(nèi)的任意位置通過(guò)刀具軸的設(shè)置角度改變，加工不同的幾何形狀。造型相同的不規(guī)則曲面通常用三軸加工，切削刀具方向在沿著整個(gè)切削路徑運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持不變，刀尖的切削狀態(tài)始終無(wú)法在整個(gè)曲面的各個(gè)部位都達(dá)到完美。

　　對(duì)于深凹槽或頻繁改變曲率的曲面則需要使用五軸數(shù)控系統(tǒng)加工，刀具的方向或者工作臺(tái)的位置可改變，切削刀具始終都能保持最佳的切削狀態(tài)，在沿著整個(gè)加工路徑運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可對(duì)刀具方向進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)刀具作直線運(yùn)動(dòng)，這樣，在整個(gè)曲面的各個(gè)部位都達(dá)到完美。如果要銑削一條無(wú)方向變化的直線，刀架劃一條直線就行了。如果方向同時(shí)改變，則刀尖劃一條曲線。若使刀尖在方向改變時(shí)能劃出所需要的直線，則必須對(duì)這條曲線進(jìn)行補(bǔ)償，這是五軸加工時(shí)至關(guān)重要的一點(diǎn)。在控制系統(tǒng)不考慮刀具長(zhǎng)度的情況下，刀具圍繞軸的中心旋轉(zhuǎn)。刀尖將移出其所在的位置，并不固定。但在控制系統(tǒng)中增加了五軸控制功能，控制系統(tǒng)只改變刀具的方向，刀尖位置仍保持不變。X 、Y 、Z軸上必要的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)已被自動(dòng)計(jì)算進(jìn)去，保證了加工的精度。