當采用五軸加工時，必須考慮盡可能用最短的切削刀具完成整個模具的加工帕胆，從而獲得良好的表面質(zhì)量轴捎，避免返工，同時減少焊條的使用量百炬，縮短EDM的加工時間褐隆。

成功的五軸加工應用　不僅僅是買到五軸加工中心和某些五軸CAM軟件就行了，加工中心必須適合加工模具剖踊，類似地庶弃， CAM軟件不僅要具有五軸功能，而且必須具有適合模具加工的功能德澈。

使用短的切削刀具是五軸加工的主要特征歇攻。短刀具會明顯地降低刀具偏差，從而獲得良好的表面質(zhì)量梆造，避免了返工缴守，減少了焊條的使用量，縮短了EDM的加工時間镇辉。當考慮到五軸加工時屡穗，必須考慮利用五軸加工模具的目標是：盡可能用最短的切削工具完成整個工件的加工，也包括減少編程圾篱、裝夾和加工時間卻能得到更加完美的表面質(zhì)量啸席。

三軸和3+2軸加工

只要工件型腔不是很深（相對刀具直徑而言），三軸刀具路徑（2玫惧、3币皂、5）就足夠了。如果工件型腔很深并有很窄的部位庞蠕，使用純粹的三軸刀具路徑來完成整個精加工是不夠的筋擒。在這種情況下拇掺，差的表面質(zhì)量和較長的加工時間隨之而來。圖1是三軸刀具路徑的情況破卜，這里赚毫，最短的刀具都長度必須很長，以期在垂直的方向能夠加工到工件的所有區(qū)域廷前。

圖1  三軸加工路徑（圖片由Sescoi 提供）

采用較短的刀具時筹柠，主軸應傾斜，以保證工件的特殊區(qū)域也能被加工到贱甥。3+2軸加工通常被認為是設(shè)置一個對主軸的常量角度适袜。復雜工件可能要求許多個傾斜視圖以覆蓋整個工件，但這樣會導致刀具路徑重疊舷夺，從而增加加工時間苦酱。

另外，所有的傾斜視圖也很難準確結(jié)合给猾，因而手工打磨的工作量會增加疫萤，同時還極大地增多了進出動作，常常導致表面質(zhì)量問題和更多的刀具運動敢伸。

最后扯饶，在這種方式下編程會產(chǎn)生相互干涉而且很費時，所有視圖的總和也常常不能覆蓋整個幾何形狀池颈。圖2 示范了四個工件視圖帝际，但工件中心仍有一個區(qū)域未能覆蓋到，這個區(qū)域仍需要一個額外的傾斜視圖饶辙。

 
圖2  3+2軸刀具路徑

為了克服3+2軸加工的缺點，五軸聯(lián)動加工可能是一個更好的選擇斑粱，更何況有些五軸機床還具有一些專門為模具工業(yè)設(shè)計的功能弃揽。五軸聯(lián)動加工能協(xié)調(diào)三個直線軸和兩個旋轉(zhuǎn)軸使它們同時動作，解決了三軸和3+2軸加工的所有問題褂省，刀具可以非常短巷卵，不會產(chǎn)生視圖重疊現(xiàn)象，遺漏加工區(qū)域的可能性更小葵稚，加工可以連續(xù)進行而無須額外的導入導出(見圖3)帘衣。

圖3  五軸刀具路徑

五軸銑削機床

五軸銑削機床具有多種不同的配置，比如：

□ 通過旋轉(zhuǎn)工作臺可使工件具有兩個自由度自由旋轉(zhuǎn)洁席，這種情況下主軸只能沿軸向移動税则。

□ 主軸安裝方式可提供兩個自由度，使銑刀旋轉(zhuǎn)值唉，這種情況下工件不能移動赡喻。

□ 系統(tǒng)可以是以上兩種情況的組合—— 一個旋轉(zhuǎn)軸是旋轉(zhuǎn)工作臺疮肿，另一個旋轉(zhuǎn)軸由主軸充當。

一般來說旭手，購買三軸銑床時需考慮幾個不同的特征家么，如馬力、主軸轉(zhuǎn)速汁掠、軸向進給率略吨、工作范圍和重量極限等。評估五軸機床時考阱，除了這些翠忠，還必須考慮如下方面：重復定位精度、轉(zhuǎn)速羔砾、角度極限负间、為五軸加工所選的銑床控制系統(tǒng)及其他任選項。

1姜凄、重復定位精度

重復定位性是指五軸機床具有的能返回同一點并保持矢量一致性的能力政溃。對五軸機床的重復定位精度來說，不僅僅是軸向位置的精度态秧，還有角度值董虱。

2、轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速其實也意味著刀具相對與工件的旋轉(zhuǎn)速度申鱼，這個值越快愤诱，機床切削地也越快。許多老式五軸機床的轉(zhuǎn)速較慢捐友，當然達不到高性能加工的生產(chǎn)力要求晋粱。

轉(zhuǎn)速對加工模具來說是一個重要的因素。許多五軸銑削機床帶有一個C軸埋吊，缺省時繞Z軸旋轉(zhuǎn)馁惨。如果用短刀具銑削深槽工件，必須使刀具通過A/B軸傾斜并旋轉(zhuǎn)C軸來繞工件切削愈苛，這種情況下业弊，C軸的轉(zhuǎn)速性能是取得成功的關(guān)鍵。

3伶门、角度極限

角度極限是銑床銑頭所允許的旋轉(zhuǎn)角度的物理極限于哩，這些是以特殊機床的設(shè)計為基礎(chǔ)的。假如需要銑頭傾斜50°來使用最短的刀具或者是切削倒角棵擂，那么如果銑頭只具備30°的旋轉(zhuǎn)極限见炫，那當然不能完成這次裝夾工況下的加工任務了。

當考慮C軸時拙达，角度極限顯得非常重要峭桅，許多五軸銑削機床C軸的角度運動是不受限制的甜杰，當然也有很多是有限制的。

例如吵护，銑削可能僅能實現(xiàn)+360 °和 -360°的旋轉(zhuǎn)盒音，假設(shè)使用可傾斜的刀具加工立壁，刀具必須沿著工件加工軌跡一圈一圈地運動馅而。在這個例子中祥诽，主要的運動是由C軸連續(xù)運動產(chǎn)生的。假如有一個受限的C軸瓮恭，那么它將要求機床以一定時間間隔來完成整個工件的加工雄坪。

4、工作環(huán)境

編程者也許已經(jīng)對三軸的工作環(huán)境比較熟悉了屯蹦，但對五軸加工维哈，編程者仍必須重新考慮其工作環(huán)境。當工件或主軸旋轉(zhuǎn)時登澜，實際的工作范圍會變小嗎阔挠？為了證實這個問題，可以把普通銑刀裝夾在主軸上脑蠕，測量一下刀具立式方向上的工作范圍购撼，以及刀具傾斜到最大值時的工作范圍。

不同的五軸機床使用不同的五軸控制器稻沮。某些控制器的最佳工作點是工件裝夾的原點正好與旋轉(zhuǎn)軸的交點重合時纯亲，某些控制器則以相反方向進給時性能最佳。

許多帶有邏輯控制功能的五軸控制器能準確地知道相對于工件的刀具原點在哪里谅沛，而與旋轉(zhuǎn)多少次無關(guān)羞遭。這種功能常常被稱為“旋轉(zhuǎn)刀具原點(RTCP)”。很多用戶發(fā)現(xiàn)先進的RTCP功能使五軸應用更為簡單喳睬。

五軸 CAM軟件

采用了五軸加工之后零反，3+2軸加工的問題也許并沒有完全得到解決，編程的問題轉(zhuǎn)化成了CAM系統(tǒng)的問題烈肉，振動控制也成了最重要的被考慮事項。CAM系統(tǒng)僅僅發(fā)現(xiàn)工件委丈、刀具甩高、錐柄之間的振動是不夠的，它必須還能自動消除這些振動什偷，這樣霸督，CAM 編程者就不需要手動調(diào)整上千萬個或者更多的數(shù)據(jù)點的傾斜角度了。另外衅疙，CAM系統(tǒng)的五軸自動編程可獲得最優(yōu)化的刀具應用莲趣，那就是最短的刀長（圖4）鸳慈。

圖4  直徑較小的刀具正在銑削工件角落里的剩余材料，這得益于五軸自動編程可獲得最優(yōu)化的結(jié)果喧伞，那就是最短的刀長

與特殊工件如渦輪葉片走芋、機翼面和推進器的五軸功能不同，模具制造者沒有必要“垂直”切削CAD文件中所示的所有面潘鲫，他們只須簡單地旋轉(zhuǎn)足夠的傾斜角以自動消除刀具翁逞、錐柄和工件間的振動即可。圖5顯示了自動刀柄振動消除和較多形式的切削方式的組合使五軸模具加工具有更高的效率和柔性溉仑。

圖5  不僅僅是簡單的錐柄振動檢查挖函，自動刀柄振動消除對于深腔件的加工非常需要，尤其是高效加工浊竟，自動刀柄振動消除和較多形式的切削方式的組合使五軸模具加工具有更高的效率和柔性

當評估用于加工模具的CAM軟件時怨喘，尤其是對于深腔模具加工，有許多因素需要考慮振定，如五軸功能的柔性必怜、五軸切削路徑的可靠性、易用性蔓酣、五軸銑削機床的極限柴羞、不能用五軸的情況等。

1载甸、柔性

在五軸銑削策略中稳嘁，柔性是需要考慮的一個重要特征。如果用戶正在使用一個帶有多種策略的三軸CAM軟件包齐犀，為什么還要考慮使用幾個五軸策略呢托习？

一個可以提供柔性的最新的途徑是，模具制造滥捣、沖壓工藝虏淋、刀具應用三個方面都使用能自動生成刀具路徑的CAM軟件模塊。簡單說來沦昆，這個模塊能自動地把三軸切削路徑轉(zhuǎn)化為五軸加工的路徑尸查，使旋轉(zhuǎn)刀具的傾斜角足以避免振動，這樣也帶來了更大的柔性愿凶，因為所有的三軸精加工路徑都可以轉(zhuǎn)化為五軸環(huán)境使用竖伯。

2、可靠性

五軸加工刀具路徑的可靠性非常重要因宇，因為五軸中增加了兩個旋轉(zhuǎn)運動七婴，振動的可能性大大增加，因此振動檢測和避免措施必須可靠察滑，否則會導致昂貴設(shè)備的損壞打厘。

3修肠、易用性

易于使用和五軸編程曾經(jīng)被認為是互相排斥的，五軸編程被認為是難點户盯、費時且干涉情況很嚴重嵌施。但要想保持競爭力，觀念必須轉(zhuǎn)變先舷。如果在表面或?qū)嶓w模具加工中使用可自動生成刀具路徑的CAM軟件艰管，那么創(chuàng)建五軸刀具路徑與創(chuàng)建三軸刀具路徑一樣簡單，因為這樣的CAM軟件可以進行復雜深腔模具工件的五軸編程蒋川，而且可以避免振動牲芋。

4、五軸設(shè)備的限制

五軸設(shè)備的限制可影響到怎樣選擇模具的五軸加工倡挚。CAM軟件必須能模擬具體的五軸設(shè)備并調(diào)整刀具路徑以避免運動到旋轉(zhuǎn)極限情庐。如果某一五軸設(shè)備在C軸有極限，CAM軟件必須能將間斷的動作置入刀具路徑蒸拦，同時保持無振動的刀具路徑辙资。
另外，許多五軸配置在其A/B軸上有不同的極限蜘把，比如某種機床可在A軸-90°旋轉(zhuǎn)癌雷，但正向上只允許+15°旋轉(zhuǎn)，所以衅滞，可以理解CAM軟件自動將該極限考慮在內(nèi)以避免在正向超限魄仙。

5、不能使用五軸的情況

有些情況不宜采用五軸方案抓惫，比如刀具太短水惑，或刀柄太大，使任何傾斜角的工況下都不能避免振動径楼。CAM系統(tǒng)是否在此點停止汽足？是否根本不能產(chǎn)生刀具路徑？是否顯示出了問題區(qū)域嚼锄？

如果讓用戶承擔大量的試驗和錯誤减拭，或者重新計算整個刀具路徑，這勢必會對整個生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響区丑。最好是CAM系統(tǒng)就能夠找出問題區(qū)域拧粪，可使用較長的刀具、較短的刀柄或簡單地編輯出這些點刊苍。

圖6顯示了一些標記點的振動范圍，隨后這些振動可以被自動消除（圖7）濒析，使工件的大部分仍可用短刀具切削正什。

 
圖 6  標記點的振動被徑向運動所替代

 
圖7  使用刀具自動防振裝置可產(chǎn)生同步五軸刀具路徑啥纸，以盡可能短的刀具完整地銑削工件

 結(jié)論

同步五軸刀具路徑可利用短刀具加工整個工件，而無須用三軸環(huán)境下要求的長刀具婴氮。五軸加工能減少焊條的使用量以及EDM加工的操作步驟斯棒。同步五軸加工可減少3+2軸加工存在的問題，比如創(chuàng)建多個傾斜視圖并合并所有傾斜視圖主经。 　

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