五軸CNC模具加工你了解多少？

汽車零部件模具與注塑

2022年4月15日 13:49

近年來五軸CNC在各領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，每當(dāng)人們碰見異形復(fù)雜零件高效、高質(zhì)量加工難題時，五軸聯(lián)動技術(shù)無疑是解決這類問題的重要手段。越來越多的廠家傾向于尋找五軸設(shè)備來滿足高效率、高質(zhì)量的模具產(chǎn)品加工。但是，您真的足夠了解五軸加工嗎？

五軸CNC模具加工你了解多少？的圖1

人們普遍認為，五軸數(shù)控加工技術(shù)是加工連續(xù)、平滑、復(fù)雜曲面的唯一手段。一旦人們在設(shè)計、制造復(fù)雜曲面遇到無法解決的難題，就會求助五軸加工技術(shù)。但是，五軸聯(lián)動數(shù)控是數(shù)控技術(shù)中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的技術(shù)，它集計算機控制、高性能伺服驅(qū)動和精密加工技術(shù)于一體，應(yīng)用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動化加工。國際上把五軸聯(lián)動數(shù)控技術(shù)作為一個國家生產(chǎn)設(shè)備自動化技術(shù)水平的標(biāo)志。由于其特殊的地位，特別是對于航空、航天、軍事工業(yè)的重要影響，以及技術(shù)上的復(fù)雜性，西方工業(yè)發(fā)達國家一直把五軸數(shù)控系統(tǒng)作為戰(zhàn)略物資實行出口許可證制度。

五軸機床的機械結(jié)構(gòu)形式

想要真正的了解五軸加工，首先我們要讀懂什么是五軸機床。五軸機床（5 Axis Machining），顧名思義，是指在X、Y、Z，三根常見的直線軸上加上兩根旋轉(zhuǎn)軸。A、B、C三軸中的兩個旋轉(zhuǎn)軸具有不同的運動方式，以滿足各類產(chǎn)品的技術(shù)需求。

而在5軸加工中心的機械設(shè)計上，機床制造商始終堅持不懈地致力于開發(fā)出新的運動模式，以滿足各種要求。綜合目前市場上各類五軸機床，雖然其機械結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但是主要有以下幾種形式：

1. 兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)直接控制刀具軸線的方向（雙擺頭形式）。

2. 兩個坐標(biāo)軸在刀具頂端，但是旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直（俯垂型擺頭式）。

3. 兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)直接控制空間的旋轉(zhuǎn)（雙轉(zhuǎn)臺形式）。

4. 兩個坐標(biāo)軸在工作臺上，但是旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸垂直（俯垂型工作臺式）。

5. 兩個轉(zhuǎn)動坐標(biāo)一個作用在刀具上，一個作用在工件上（一擺一轉(zhuǎn)形式）。

*術(shù)語：如果旋轉(zhuǎn)軸不與直線軸相垂直，則被認為是一根“俯垂型”軸。

看過這些結(jié)構(gòu)的五軸機床，我相信我們應(yīng)該明白了五軸機床什么在運動，怎樣運動。可是，這么多樣化的機床結(jié)構(gòu)，在加工時究竟能展現(xiàn)出哪些特點呢？與傳統(tǒng)的三軸機床相比，又有哪些優(yōu)勢呢？接下來就讓我們來看看五軸機床有哪些發(fā)光點。

02 五軸加工的眾多優(yōu)點

說起五軸機床的特點，就要和傳統(tǒng)的三軸設(shè)備來比較。生產(chǎn)中三軸加工設(shè)備比較常見，有立式、臥式及龍門等幾種形式。常見的加工方法有立銑刀端刃加工、側(cè)刃加工。球頭刀的仿形加工等等。但無論哪種形式和方法都有著一個共同的特點，就是在加工過程中刀軸方向始終保持不變，機床只能通過X、Y、Z三個線性軸的插補來實現(xiàn)刀具在空間直角坐標(biāo)系中的運動。所以，在面對下面這些產(chǎn)品時，三軸機床效率低、加工表面質(zhì)量差甚至無法加工的弊端就暴露出來了。

五軸CNC模具加工你了解多少？的圖7

與三軸數(shù)控加工設(shè)備相比，五聯(lián)動數(shù)控機床有以下優(yōu)點：

1. 保持刀具最佳切削狀態(tài)，改善切削條件

如上圖，在左圖中三軸切削方式，當(dāng)切削刀具向頂端或工件邊緣移動時，切削狀態(tài)逐漸變差。而要在此處也保持最佳切削狀態(tài)，就需要旋轉(zhuǎn)工作臺。而如果我們要完整加工一個不規(guī)則平面，就必須將工作臺以不同方向旋轉(zhuǎn)多次。可以看見，五軸機床還可以避免球頭銑刀中心點線速度為0的情況，獲得更好的表面質(zhì)量。

2. 有效避免刀具干涉

如上圖，針對航空航天領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的葉輪、葉片和整體葉盤等零件，三軸設(shè)備由于干涉原因無法滿足工藝要求。而五軸機床就可以滿足。同時五軸機床還可以使用更短的刀具進行加工，提升系統(tǒng)剛性，減少刀具的數(shù)量，避免了專用刀具的產(chǎn)生。對于我們的企業(yè)老板來說，意味在刀具成本方面，五軸機床將會給您省錢了！

3. 減少裝夾次數(shù)，一次裝夾完成五面加工

如上圖可以看出五軸加工中心還可以減少基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，提高加工精度。在實際加工中，只需一次裝夾，加工精度更容易得到保證。同時五軸加工中心由于過程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量、車間占地面積和設(shè)備維護費用也隨之減少。這意味著您可以用更少的夾具，更少的廠房面積和維護費用，來完成更高效更高質(zhì)量的加工！

4. 提高加工質(zhì)量和效率

如圖，五軸機床可以采用刀具側(cè)刃切削，加工效率更高。

5. 縮短生產(chǎn)過程鏈，簡化生產(chǎn)管理

五軸數(shù)控機床的完整加工大大縮短了生產(chǎn)過程鏈，可以使生產(chǎn)管理和計劃調(diào)度簡化。工件越復(fù)雜，它相對傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)方法的優(yōu)勢就越明顯。

6. 縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期

對于航空航天、汽車、船艇等領(lǐng)域的企業(yè)，有的新產(chǎn)品零件及成型模具形狀很復(fù)雜，精度要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的五軸數(shù)控加工中心可以很好地解決新產(chǎn)品研發(fā)過程中復(fù)雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率。（以上文章節(jié)選自公眾號前沿數(shù)控技術(shù)）