五軸加工中心在汽車模具加工中的應(yīng)用

五軸加工中心在汽車模具加工中的應(yīng)用

五軸加工是數(shù)控加工當(dāng)中非常重要的一部分，這一技術(shù)已經(jīng)在船舶、航空航天、汽車、輕工、醫(yī)療等高精密儀器制作的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)模具加工當(dāng)中，普遍采用三軸加工中心和立式加工中心來完成工件的銑削加工。隨著我國的模具制造加工技術(shù)不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的立式加工中心和三軸加工中心的一些弱點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)出來。目前，在模具加工當(dāng)中普遍使用的是球頭銑刀，模具加工當(dāng)中使用球頭銑刀雖然好處很明顯，但如應(yīng)用立式加工中心，其底面線速則為零，光潔度也較差，通過五軸加工中心對(duì)模具進(jìn)行加工，以上的不足之處則可以完全克服。筆者在本文當(dāng)中分析了五軸加工中心在模具加工當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)其在模具加工中的應(yīng)用當(dāng)進(jìn)行了探討。

1、分析五軸加工的優(yōu)勢(shì)

在五軸加工中，采用平底端銑刀，對(duì)復(fù)雜的模具加工表面保持垂直的一種狀態(tài)，能夠大幅減少加工的時(shí)間。五軸加工中心的原理，還適用帶有角度表面的側(cè)面銑削加工，可以消除由球端立銑刀加工導(dǎo)致的肋骨狀紋路，使得模具的表面質(zhì)量更加理想，也削減了因清理模具表面需要增加人工銑削以及手工作業(yè)的工作量。

通過五軸加工技術(shù)，使工件在復(fù)雜角度再次定位需要進(jìn)行多次的調(diào)試裝卡的問題得以解決，不僅僅使時(shí)間縮短了，其中所產(chǎn)生的誤差也大大降低，在安裝工件時(shí)需要的工裝夾具的大額費(fèi)用也得到了節(jié)約，而機(jī)床也做到了對(duì)復(fù)雜零件的加工，例如復(fù)雜表面所需的鉆孔、錐度加工、型腔隱窩等，都是傳統(tǒng)方法做不到的。

在五軸加工當(dāng)中使用的刀具較短，同時(shí)還可一次性的將整個(gè)零件的加工完成，無需再次裝卡或是采用同類的三軸加工當(dāng)中需要的較長的刀具，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成模具的制作，而且零件表面的質(zhì)量也較好。

2、分析五軸加工中心在汽車模具加工中的應(yīng)用

目前設(shè)計(jì)汽車零件主要使用的是CAD系統(tǒng)，并通過逆向工程以及各種試驗(yàn)完成零件的設(shè)計(jì)，加工模具的復(fù)雜表面使用的是CAM軟件，但是，怎樣才能夠確保設(shè)計(jì)與加工時(shí)的精度則要靠數(shù)控加工了，筆者在下文分析了五軸加工中心在模具加工中的應(yīng)用同汽車模具質(zhì)量的之間的關(guān)系。

2.1對(duì)深腔模具的加工

汽車模具制造的過程當(dāng)中，加工深腔模具時(shí)如應(yīng)用三軸加工中心，要想實(shí)現(xiàn)必須加長刀柄和刀具，但是利用五軸加工中心加工比較深與比較陡的型腔時(shí)，要想給模具加工創(chuàng)造較好的工藝條件可以通過工件或主軸頭的附加回轉(zhuǎn)和擺動(dòng)，能夠使刀具長度得到適當(dāng)?shù)乜s短，從而杜絕刀具同刀桿以及型腔壁之間產(chǎn)生碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，減少加工時(shí)刀具的抖動(dòng)與破損，刀具的使用壽命得到延長，模具的表面質(zhì)量和加工效率也大大提高。

2.2模具側(cè)壁的加工

對(duì)模具側(cè)壁的加工，應(yīng)用三軸加工中心刀具長度要比側(cè)壁深度大，也是由側(cè)壁深度來決定刀具長度的，若增加刀具的長度，其強(qiáng)度會(huì)明顯降低，若刀具長度高于3倍徑讓刀現(xiàn)象便會(huì)發(fā)生，工件的質(zhì)量將難以保證。如應(yīng)用五軸加工中心對(duì)模具的側(cè)壁加工，能利用主軸或是工件的擺動(dòng)，使刀具與模具側(cè)壁呈現(xiàn)出垂直的狀態(tài)，銑模具側(cè)壁時(shí)可以使用平面銑刀，這樣可以提高工件質(zhì)量并延長刀具的使用壽命。

2.3模具較平的曲面加工

對(duì)模具較平的曲面加工時(shí)，三軸加工中心需用球刀精銑，獲取好的表面質(zhì)量，而這種情況下需要增加刀路，但球頭刀刀具的中心旋轉(zhuǎn)線速幾乎為零，在模具加工時(shí)刀具損傷的程度較大，刀具的使用壽命會(huì)縮短，而模具表面質(zhì)量也會(huì)變差。應(yīng)用五軸加工中心加工較平的曲面，可以在工件上把刀具上成一定的角度再進(jìn)行工件的加工，這樣可以增加工件與球頭刀間的相對(duì)線速，不但可以使刀具的使用壽命得到提高，工件表面質(zhì)量也會(huì)大幅提高。

2.4對(duì)模具不規(guī)則曲面進(jìn)行加工

對(duì)于具有不規(guī)則曲面的模具加工時(shí)，以往普遍是通過三軸加工中心來完成，刀具切削模具的方向是沿切削的整個(gè)路徑來運(yùn)動(dòng)的切削過程不會(huì)改變，這時(shí)刀具的刀尖切削的狀態(tài)保證不了模具各部位的完美質(zhì)量。像曲率改變比較頻繁的模具和凹槽較深的模具就可以通過五軸加工中心來加工了，切削刀具始終都可以使切削狀態(tài)達(dá)到最佳，刀具可以使整個(gè)加工路徑運(yùn)動(dòng)的方向得到最大的優(yōu)化，而刀具在這同時(shí)還能夠作直線運(yùn)動(dòng)，模具的曲面中每一部位都會(huì)較為完美。

2.5模具不同幾何形狀的加工

應(yīng)用五軸加工中心對(duì)有三維曲線平面的模具加工時(shí)，對(duì)模具的切削加工始終保護(hù)在最佳的工作狀態(tài)，刀具工作的角度可以在機(jī)床加工的任意區(qū)域內(nèi)被改變，從而完成幾何形模具的加工。

2.6模具斜面上斜孔的加工

對(duì)模具斜面斜孔進(jìn)行加工時(shí)，利用五軸加工中心能夠通過擺頭式機(jī)床擺頭加工的動(dòng)作，在工件斜面垂的方面放置主軸，并定位于準(zhǔn)確的孔位。要想要模具上準(zhǔn)確的加工出斜孔，需要至少兩個(gè)線性軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)才可以，而孔位的精度也在這個(gè)過程中明顯降低。加工斜面孔如用擺臺(tái)式的五軸加工中心，動(dòng)作是通過機(jī)床擺臺(tái)將模具的斜面放置在同主軸相垂的位置，主軸其中一個(gè)線性軸的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)斜孔的加工就能完成，可明顯提高孔的精度。

2.7對(duì)模具無方向變化直線的銑削

要想銑削沒有方向變化的一條直線，只要刀尖劃條直線便可，若是方向需要改變，刀尖劃條曲線便可，刀具刀尖方向被改變，這時(shí)再想要直線，就要給這條曲線以必須的補(bǔ)償，應(yīng)用五軸加工中心這點(diǎn)是極其重要的?？刂葡到y(tǒng)若未考慮到刀具的長度，刀具是圍繞軸中心來旋轉(zhuǎn)的，刀具的刀尖不能夠固定，極有可能會(huì)移出當(dāng)前的工作位置，但是在五軸加工中心的系統(tǒng)中具備五軸控制功能，在加工模具的操作中，使用五軸控制系統(tǒng)雖然刀具的方向被改變，但其刀尖的位置是可以保持不變的，這個(gè)過程中xyz軸必須的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)同時(shí)也被自動(dòng)計(jì)算進(jìn)去，此時(shí)加工精度明顯提高。

總之，在模具加工當(dāng)中，應(yīng)用五軸加工中心能避免刀具的干涉，可對(duì)普通的三坐標(biāo)機(jī)床難以加工的復(fù)雜零件進(jìn)行加工，對(duì)直紋面類模具的加工，可采用側(cè)銑式一刀成型技術(shù)，加工的質(zhì)量好，效率也高。對(duì)于立體型面，特別是大型的較平的表面加工時(shí)，可通過大直徑端銑刀端接近大型表面來加工，走刀次數(shù)會(huì)減少，殘余高度較小，加工效率和表面質(zhì)量能夠得到有效提高。對(duì)模具多個(gè)空間表面可一次裝夾來進(jìn)行多工序和多面加工，使得加工效率提高，還能夠有效提高各個(gè)表