發(fā)布時(shí)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(shí)際模具零件加工為例，通過與3軸編程技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)闡述了5軸加工獨(dú)特的優(yōu)越性，及其編程技術(shù)的復(fù)雜性和靈活性。 關(guān)鍵詞：5軸加工;編程技術(shù);模具零件 1、引言 數(shù)控零件加工程序的編制是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，國(guó)外數(shù)控加工統(tǒng)計(jì)表明，造成數(shù)控設(shè)備空
【摘要】以實(shí)際模具零件加工為例，通過與3軸編程技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)闡述了5軸加工獨(dú)特的優(yōu)越性，及其編程技術(shù)的復(fù)雜性和靈活性。
關(guān)鍵詞：5軸加工;編程技術(shù);模具零件
1、引言
數(shù)控零件加工程序的編制是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，國(guó)外數(shù)控加工統(tǒng)計(jì)表明，造成數(shù)控設(shè)備空閑的原因大約占20%~30%是編程引起的，可見數(shù)控編程直接影響設(shè)備的使用效率。
對(duì)于5軸編程來說，主要有以下特點(diǎn)：編程復(fù)雜、難度大，因?yàn)?軸加工不同于3軸，他除了3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)外、還有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參與，其所形成的合成運(yùn)動(dòng)的空間軌跡非常復(fù)雜和抽象，一般難以想象和理解;在3軸機(jī)床上，同一條程序可以在不同的機(jī)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(jī)床;5軸加工程序與刀具設(shè)定有密切關(guān)系，一旦刀經(jīng)或刀長(zhǎng)改變時(shí)，原來的程序便不能使用，需要重新產(chǎn)生一條程序。
25軸加工技術(shù)在模具加工中的優(yōu)點(diǎn)
5軸加工能夠有效的提高機(jī)加工效率，主要體現(xiàn)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(qū)域的加工精度高，時(shí)間短;③減少電極數(shù)量，縮短模具的生產(chǎn)周期;④提高加工質(zhì)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(xù)光滑。所以可以大大的減少拋光量;⑤擴(kuò)大了工藝范圍。有些復(fù)雜的零件，加工時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)刀具軸線，否則很難甚至無法加工，在模具加工中某些場(chǎng)合，只有采用5軸聯(lián)動(dòng)才能避免刀具與零件干涉;⑥適應(yīng)模具行業(yè)高精度、小批量、交貨周期短和們目前數(shù)控機(jī)床發(fā)展的新方向——復(fù)合化、自動(dòng)化的要求。
35軸加工與3軸加工在模具加工中的對(duì)比
零件本身的形狀特點(diǎn)決定了其機(jī)加工的方式。編程之前需要先對(duì)零件各部分形狀進(jìn)行分析，確定零件的擺放方式和刀具選用。圖1所示為空調(diào)底殼模具零件的三維圖，是模具制造中采用5軸加工技術(shù)的典型零件。表1是空調(diào)底殼模具零件編程前的分析。
(1)3軸加工和5軸在裝夾時(shí)間上對(duì)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(jī)床操作人員的工作量，節(jié)約加工時(shí)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(zhì)量上對(duì)比。
加工是通過刀具與工件接觸，利用刀具的高速旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)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(huì)導(dǎo)致不同的切削效果和加工質(zhì)量。
相關(guān)期刊推薦：《模具制造》Die&MouldManufacture(月刊)2001年創(chuàng)刊，主要面對(duì)廣大模具企業(yè)的讀者，文章主要來自各企業(yè)一線技術(shù)人員，以實(shí)踐為主，經(jīng)驗(yàn)介紹。本刊以服務(wù)模具制造企業(yè)為辦刊宗旨，面向模具界科研部門、工廠、企事業(yè)單位以及所有與模具制造相關(guān)的人士發(fā)行，為模具制造企業(yè)提供設(shè)計(jì)技術(shù)、制造工藝、市場(chǎng)動(dòng)態(tài)和行業(yè)信息等多方面的幫助。在行業(yè)內(nèi)具有較大的影響力，是您提高模具設(shè)計(jì)、制造水平的好幫手，也是您展示技術(shù)、產(chǎn)品、企業(yè)形象的最佳舞臺(tái)。
側(cè)刃切削和平面光刀時(shí)，刀具與工件是面接觸，相比點(diǎn)接觸的加工效率高，而且表面加工質(zhì)量高，減輕后期零件表面拋光的工作量。采用3軸加工時(shí)，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(gè)接觸點(diǎn)，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(jìn)行拋光且拋光的工作量大，同一區(qū)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(zhǎng)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(jìn)行簡(jiǎn)單拋光即可達(dá)到要求。
(3)3軸加工和5軸加工在使用刀具長(zhǎng)徑比上的對(duì)比。
刀具的高速旋轉(zhuǎn)要求刀具具有一定的長(zhǎng)徑比。刀具長(zhǎng)徑比過大，切削過程中刀具會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致加工精度不高，甚至發(fā)生過切。3軸加工時(shí)，當(dāng)零件高度較高時(shí)，必須選擇直徑并將刀桿加長(zhǎng)才能對(duì)零件進(jìn)行加工，如圖3所示，還會(huì)產(chǎn)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(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(shù)量上的對(duì)比。
模具零件加工過程中，需要電極與刀具加工的配合來實(shí)現(xiàn)零件的各種形狀，使用5軸加工可以有效的減少電極數(shù)量。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)決定了模具設(shè)計(jì)，進(jìn)而決定了個(gè)零部件的形狀，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)主要依據(jù)客戶要求，講究外觀美觀、細(xì)節(jié)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(cè)壁上有一小臺(tái)階，3軸加工時(shí)無法加工到位，必須設(shè)計(jì)電極進(jìn)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(fèi)時(shí)，采用5軸加工，選擇合適的角度，如圖4b所示，側(cè)壁臺(tái)階可完全加工出來，無需電火花加工。
很多產(chǎn)品圓角的型腔加工也是模具加工中極為常見的，加工時(shí)成為“清角”，清角時(shí)根據(jù)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(zhǎng)度影響，某些較深的位置3軸無法加工到位，需要設(shè)計(jì)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(fèi)時(shí)。由表3可見，使用5軸加工請(qǐng)角，加工流程簡(jiǎn)單，時(shí)間短，能有效縮短模具生產(chǎn)周期，節(jié)省人力和設(shè)備的使用。
45軸加工技術(shù)在模具加工中需要注意的問題
由于模具零件根據(jù)產(chǎn)品的不同具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性。采用5軸加工時(shí)，刀具和工件的工作空間極為復(fù)雜，二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也難以想象，這就需要編程人員具有相當(dāng)?shù)目臻g思維能力，對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)過程和結(jié)構(gòu)要十分熟悉。為了保證程序的安全性，必須要對(duì)程序進(jìn)行仿真模擬，使其運(yùn)動(dòng)過程可視化，避免了實(shí)際加工中的質(zhì)量事故。目前的CAM軟件可以實(shí)現(xiàn)調(diào)入零件、調(diào)入夾具、調(diào)入刀具、調(diào)入機(jī)床、運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)工件和刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以三維動(dòng)畫形式模擬實(shí)際加工中的運(yùn)動(dòng)和切削過程。同時(shí)也可檢測(cè)夾具等其他部件和刀具及機(jī)床之間發(fā)生的干涉，如圖7所示，通過模擬仿真，編程員可以看到實(shí)際的加工過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，有效的保障了5軸加工編程的準(zhǔn)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(diǎn)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(shù)加工模具，可以克服上述不足。可使用刀具側(cè)刃加工，由于刀具接觸點(diǎn)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(duì)3軸有很大提高。
65軸側(cè)刃加工技術(shù)在模具加工中的應(yīng)用
目前5軸加工技術(shù)向著更高效、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。而側(cè)刃加工技術(shù)由于加工效率高，再結(jié)合5軸刀姿靈活，使用側(cè)刃加工更有優(yōu)勢(shì)。所以5軸側(cè)刃加工技術(shù)逐步成為了5軸高效加工的代表，目前已經(jīng)在產(chǎn)品加工中廣泛使用。由于側(cè)刃加工技術(shù)對(duì)刀具要求較高，再加上模具零件的復(fù)雜性，所以該技術(shù)在模具行業(yè)一直沒有得到很廣的應(yīng)用。由于近年刀具技術(shù)的快速發(fā)展，使得側(cè)刃加工技術(shù)在模具行業(yè)應(yīng)用成為可能。由于擁有行業(yè)先進(jìn)5軸設(shè)備、再加上快速發(fā)展的產(chǎn)能需要，所以考慮通過探究5軸側(cè)刃(刀具)加工技術(shù)在模具加工的應(yīng)用來提高模具加工的效率將成為可能。
7結(jié)語
通過與3軸加工在各個(gè)方面的對(duì)比，可以清楚地了解到5軸加工其獨(dú)特的優(yōu)越性，而優(yōu)秀的數(shù)控程序是實(shí)現(xiàn)5軸優(yōu)秀加工特點(diǎn)的重要條件，開展數(shù)控5軸編程實(shí)踐意義重大。數(shù)控編程時(shí)應(yīng)首先要注意加工方法的安全性;其次刀軌直接影響加工質(zhì)量和機(jī)床主軸等零件的壽命，因此應(yīng)當(dāng)保證刀具軌跡光滑平穩(wěn);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(shù)的高效性簡(jiǎn)潔性將會(huì)是未來的發(fā)展方向，誰能占領(lǐng)這一制高點(diǎn)，將是未來競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。——論文作者：任明強(qiáng)，魏培杰，馮亞坤
