摘要：五軸聯(lián)動銑削可以優(yōu)化切削過程、參數(shù)，有利于降低刀具磨損、減少后加工，是汽車模具加工技術(shù)發(fā)展的潮流。它適合于使用球頭銑刀加工小曲率的凸表面和較淺的凹表面，也可用于使用銑刀側(cè)面加工自由表面。采用3+2軸加工方式可以最大限度加快走刀。數(shù)控銑削比仿型銑削精度高、后加工少。實現(xiàn)五軸高速銑削加工需要不斷加強(qiáng)機(jī)床計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的功能，使之能夠直接接收全部設(shè)計數(shù)據(jù)并加以利用，能夠前瞻處理多個程序塊，能夠方便用戶介入計算機(jī)輔助制造過程修正設(shè)計數(shù)據(jù)。
1 引言
應(yīng)用高速切削(HSC)技術(shù)加工制造模具，具有切削效率高、可以明顯縮短機(jī)動加工時間，加工精度高、表面質(zhì)量好因此可以大大縮短機(jī)械后加工如磨削、人工后加工和取樣檢驗輔助工時等許多優(yōu)點(diǎn)。國外制造某種汽車車門拉伸模具時，粗銑后應(yīng)用高速銑削技術(shù)比傳統(tǒng)銑削工藝增加一道半精銑工序約10h，但精銑時間從36h縮短到30h，并完全節(jié)省了其后的鉗工平整走刀痕跡工作20h，鉗工鏟刮從30h減少到4h，鉗工拋光從20h減少為10h，總工時從106h縮短到了54h。
生產(chǎn)實踐表明，通過引進(jìn)和應(yīng)用高速銑削加工技術(shù)，尤其是相關(guān)的五軸聯(lián)動銑削、計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)/計算機(jī)輔助制造(CAM)和計算機(jī)數(shù)控(CNC)技術(shù)，有力推動了汽車模具制造的發(fā)展。
2 五軸聯(lián)動銑削
銑削加工能夠獲得良好的曲線型近似表面。使用球頭刀具進(jìn)行三軸聯(lián)動銑削時，通過x、y、z3根軸方向的直線進(jìn)給運(yùn)動，可以保證刀具切到工件上任意坐標(biāo)點(diǎn)，但刀具軸線的方向不可改變。刀具軸線上的點(diǎn)實際切削速度為零，刀具中央的容屑空間也很小。如果這些點(diǎn)參與切削，不利的切削條件會導(dǎo)致加工表面質(zhì)量下降，刀刃磨損加劇，加工時間延長，使高品位的刀具材料得不到充分利用。
與三軸聯(lián)動銑削比較，五軸聯(lián)動銑削具有一系列優(yōu)點(diǎn)。此時，通過2根旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動，可以隨時調(diào)整刀具軸線的方向，使銑刀軸線與工件表面夾角和實際切削速度保持不變?？梢愿鼮殪`活地設(shè)定走刀路徑，以滿足對工件表面給定的峰谷深度的要求。其中使用球頭刀具加工時，無論刀具相對工件處于什么方位，總是在半球面上分離切屑。因此每次總是切下幾何形狀和尺寸相同的切屑。發(fā)生改變的是分離切屑時刀刃的運(yùn)動軌跡，以及由此而確定的刀刃接觸條件和切削幾何運(yùn)動條件。也就是說，可以通過有目的地改變和確定刀具的方位，來影響切削過程和幾何運(yùn)動參數(shù)，并可從刀具磨損、表面質(zhì)量和加工過程穩(wěn)定性等方面入手優(yōu)化二者，如右圖所示。
球頭銑刀五軸銑削幾何運(yùn)動關(guān)系圖
當(dāng)然，五軸聯(lián)動銑削的數(shù)控編程比較復(fù)雜，對計算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)的計算能力和速度要求更高，在需要機(jī)床各直線進(jìn)給軸作大幅度補(bǔ)償運(yùn)動的同時又要求避免發(fā)生干涉碰撞。因此在模具制造中，只能利用五軸聯(lián)動銑削的優(yōu)點(diǎn)加工一定范圍內(nèi)的工件。
五軸聯(lián)動銑削可以令人滿意地用于加工下凹較淺的零件，例如一種商用車車頂襯里的壓鑄模。當(dāng)數(shù)學(xué)描述復(fù)雜的工件表面可以采用銑刀側(cè)銑時，也能夠應(yīng)用五軸銑削加工。國外一家汽車制造配套廠家，利用五軸銑削的走刀行程同時加工出活動組合模具的外形輪廓和壓邊圈。但是，下凹深且局部形狀復(fù)雜的模具一般不能夠采用通常的五軸銑削加工，因為刀具可能會與工件發(fā)生干涉。
限于技術(shù)發(fā)展當(dāng)前的水平，五軸聯(lián)動切削機(jī)床2根旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動速度和加速度較低，導(dǎo)致五軸聯(lián)動銑削往往不能夠充分發(fā)揮高速切削機(jī)床的性能和威力。此時，比較恰當(dāng)?shù)恼壑蟹桨甘?+2軸加工，既保證工件輪廓上各點(diǎn)切削時幾何運(yùn)動條件基本相同，又使軌跡運(yùn)動速度和加速度比較高。實際運(yùn)用中首先將工件輪廓劃分為不同區(qū)域，在各區(qū)域內(nèi)盡可能最優(yōu)地調(diào)整刀具的方位。隨后采用三軸聯(lián)動插補(bǔ)方式切削加工工件各區(qū)域輪廓，雖然不能保證切削條件完全不變，但可以避免發(fā)生不利的情況例如刀具頭部中央?yún)⑴c切削。
實踐經(jīng)驗表明，使用圓柱立銑刀五軸聯(lián)動銑削時走刀間距寬闊，對于所需要的人工后加工反而產(chǎn)生不良作用，因為工件輪廓上指明后加工位置的凸峰彼此間隔也遠(yuǎn)得多，人工打磨后形成起伏不平表面的可能性增大，這在汽車覆蓋件模具是不允許的。相比之下，使用球頭刀具走刀間距小得多，產(chǎn)生的近似輪廓上很接近的凹槽低谷，能夠為人工打磨模具表面指明方位。
模具
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