硬銑削加工已經(jīng)被廣泛運用于工具和模具制造上谐创。五軸同步加工工藝可以進一步提高生產(chǎn)效率跌穗，延長工具的使用壽命并改善工件的表面質量佃声。結構的改變和對系統(tǒng)的深入理解偷霉，則是成功應用這種工藝的前提條件迄委。

現(xiàn)如今，企業(yè)必須通過快捷而靈活的加工工藝类少，來應對日益增長的競爭壓力叙身。在大多數(shù)情況下，加工時間的縮短硫狞，往往不是依靠現(xiàn)代化的設備和銑刀技術信轿，而是通過上游或中間流程，如硬化處理的優(yōu)化而得以實現(xiàn)的残吩。上游或中間的工藝流程可能占用大量的時間和物流資源财忽，因此會無謂地延長制造過程的時間。

硬銑削在常規(guī)的工具制造生產(chǎn)鏈中泣侮，可以提供巨大的改進潛力怎窿，在某些情況下，甚至可以取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)鹏闭。但是喻透，硬銑削的原則是：并非所有“可操作”的場合都具有經(jīng)濟性。在加工極硬峭签、極細晶乘、極小和極復雜外形的特殊材料時惧圆，可供采用的流程工藝仍具有其局限性。

硬質涂層可以提高生產(chǎn)率

硬質材料涂層技術的快速發(fā)展枯邓，是挖掘硬銑削高效加工潛力的一個重要因素，它可以實現(xiàn)對50~67HRC硬度的材料進行加工乘占。今天在這方面掰媚，典型的TiAlN-PVD涂層已經(jīng)得到了應用，這種材質通過改變涂層結構和添加其他合金元素而得到進一步的優(yōu)化笔畜。此外习棋，在提高工藝流程的效率和能力方面，CAM技術和設備技術都做出了各自的貢獻呐粘。尤其是五軸同步加工具有一系列的優(yōu)點满俗，因此成為很多加工中心追求的目標。

早在20世紀90年代初作岖，人們就對采用五個同步控制機軸對模具空穴的加工有所了解唆垃，并做出了描述。更屬于這項技術范疇的還有較大的行寬痘儡、較短且較穩(wěn)定的銑刀辕万、對模具外形的任意可加工性、更穩(wěn)定且可保護刀具的流程等特征沉删。

壓縮機轉子的整體加工

只要觀察一下碟片邊緣渐尿，便可發(fā)現(xiàn)一種有趣的現(xiàn)象：目前對渦輪葉片的加工技術發(fā)展，特別是所謂的Blisks（刀刃集成盤）和壓縮機轉子的整體加工矾瑰，往往都具有類似的邊緣條件砖茸。尤其是在這種場合中所采用的材料（鈦基和鎳基合金）會對加工工藝提出類似于硬加工的較高的要求。

圖1 用于NC數(shù)據(jù)分析和最佳化調節(jié)的NC-Profiler軟件

在對典型工件的五軸硬加工的軌跡進行設計時殴穴，切削分度可以與三軸加工邊緣條件下的做法有所不同凉夯。在那種場合中，由于切入狀況會受到另外兩個軸的影響掷膛，因此同樣采用另類的刀具胯挚。這樣在粗加工時，即可切削掉大部分材料址靶，又可以很接近于工件的外形輪廓咨桶。這對于后續(xù)的工序，如粗磨和精磨的工藝條件來說有著極大的改善乔盹。由此可以極大縮短粗磨所需時間椎敞，減少刀具的磨損，提高工藝流程的安全性叨剧。在精加工時配籽，通過在定向運行上所獲得的靈活性擂门，即可采用行距較寬的刀具，從而可以大幅度地降低精加工軌跡的數(shù)量飞席。這就意味著在確保同樣的表面質量的前提下自畔，可使生產(chǎn)時間從以小時計算改為分鐘計算。

今天村秒，只要環(huán)顧一下工具制造業(yè)的情況杨匕，即可發(fā)現(xiàn)很少場合真正用到五軸同步加工。盡管在大多數(shù)情況下犀农，可以對設備進行所需的配備惰赋，而通常只采用三軸，或頂多再攜帶一個可調節(jié)的第四軸或第五軸進行加工呵哨。其原因何在赁濒？實際情況是，五軸加工的編程工作耗時巨大孟害，由于缺乏技術訣竅拒炎，造成了整體經(jīng)濟效益大幅提升受到阻礙；因此在這種受限的情況下挨务，三軸加工方法反而更具實際意義枝冀。此外，能夠滿足對流程引導和對剩余材料識別的特殊要求的CAM軟件也尚未完成匹配耘子。而這些特殊要求恰恰需要從硬銑削加工中顯現(xiàn)果漾。這對于需要保持恒定的刀具切深及載荷條件的粗銑和粗磨加工場合來說，具有特別重要的意義谷誓。

軌跡運行波動加大刀刃負載

刀具尖部或刀具軸向上的顫抖軌跡運動會導致刀具和刀刃的負荷加大绒障。將NC程序與機床設備的動態(tài)載荷性能一起進行詳盡的探究，對于保持硬加工過程窗口的狹窄極限值是非常有益的蕾崔。一旦因非勻稱軌跡導向和軸載荷加大而脫離這種狹窄值的流程窗口场恬，則會導致刀具嚴重磨損和輪廓削痕。

為了在運用動態(tài)及控制模型的情況下實現(xiàn)NC數(shù)據(jù)分析和最佳化調節(jié)氧蔼，F(xiàn)raunhofer IPT公司研發(fā)出了NC-Profiler軟件（圖1）吝寒。這種軟件可以對刀具行程的危險區(qū)域進行標識，用戶可以對NC程序塊夫蚜、軸曲線圖和3D刀具軌跡進行同步觀察办煞，由此可以快速了解刀具路徑中損壞區(qū)域的信息。采用不同的NC-Profiler軟件功能功刽，可以實現(xiàn)對新刀具的部分自動或手動的優(yōu)化調節(jié)和確認害恋。

軌跡信息不受設備類型影響

在CAM系統(tǒng)上設計軌跡時，軌跡信息基本上不受設備類型的制約显午。因此赎丢，對機床的動態(tài)性及其對后續(xù)流程引導的影響劣零，可暫不予考慮。在常規(guī)的三軸加工場合中福压，設備及其控制系統(tǒng)的影響在大多數(shù)情況下都不大掏秩，這是因為它不是直接與工件發(fā)生關聯(lián)。而在五軸加工場合荆姆，情況則不同蒙幻。如果需要五軸同時運行，則運動必須同步進行胞枕，否則就可能會導致嚴重的輪廓偏差。根據(jù)不同的加工方式（端面銑削或側面銑削）魏宽，定向軸或多或少都具有影響腐泻。例如在側面銑削中，如果定向運動呈現(xiàn)非勻稱队询，則在工件上直接就會出現(xiàn)痕跡派桩。此外，刀具也會受到很大的載荷蚌斩，甚至會出現(xiàn)刀具折斷的危險铆惑。

因此，從CAM系統(tǒng)的軌跡設計送膳、后置處理程序员魏、同步運行方案，一直到控制系統(tǒng)與機床設備穆烹，應注意采用一種貫穿式的技術方案乌换。最近對貫穿式同步環(huán)節(jié)應用（集成到Unigraphics NX5上）的研究，在“高薪國家集成生產(chǎn)技術”的框架協(xié)議內(nèi)（ICD B2.2）败何，得到了德國研究協(xié)會DFG的支持取阳。

圖2 采用五軸同步粗加工技術，對模具熱流道腔進行無級銑削的加工曲線

目前研究工作的目標在于诺骏，對工具制造業(yè)中五軸同步加工進行研究灌罐，以降低編程的費用，實現(xiàn)熱流道模具加工的良好效益性基恩。這也是一個由歐盟委員會贊助的為時兩年的Hard Precision精密硬加工研究項目的目標之一坡循，這項工作由Fraunhofer IPT公司聯(lián)合其他11家合作伙伴共同執(zhí)行。這項合作涉及到全歐洲的工具與模具制造業(yè)中不同領域的科研機構斤杏、設備制造廠商植西、CAM供應商、刀具和涂層廠家笨扁、測量單位宫屠、夾具廠家和最終用戶列疗。其間除了新型全靜壓軸承的機床設備之外，也對硬銑削的整體流程環(huán)節(jié)進行了觀察浪蹂，以達到所設定的目標抵栈。

通過粗加工實現(xiàn)統(tǒng)一的精磨余量

五軸同步硬加工的一個例子便是對用于白鐵皮罐精密深拉的模具的加工。模具對材質和表面質量以及精度的要求極高坤次，這是因為深拉工藝制成的工件必須滿足在各個元件的密封性和可重復制造性的苛刻要求古劲。為了能夠從一種統(tǒng)一的坯料中，快速加工出各種不同的造型缰猴，從簡單的粗鉆孔出發(fā)产艾，以硬化處理過的坯料作為銑削加工的基礎。設計粗加工和粗磨工藝時的焦點在于滑绒，如何在極短的時間內(nèi)通過對銑床的最佳利用闷堡，達到統(tǒng)一的加工余量，使得最終的精磨流程能夠對精度和表面質量有所提高疑故。

最佳的粗加工流程降低精磨費用

采用理想的工藝設計杠览，可以通過一個粗加工程序實現(xiàn)熱流道腔的無級擴孔加工。這可以明顯降低精磨的費用昵乾，由此不僅可以節(jié)省整體加工時間牺缰，而且也可以節(jié)省在三軸粗加工時需要剝離剩余材料的編程費用。五軸同步粗加工的加工策略如圖2所示歼取。

刀具在加工過程中醋咒，一方面需要逐步適應從工件中心鉆削圓孔，向最終直角外形的過渡踱措，另一方面也需要在垂直的平面上做出傾斜尺笼，以便在最后一個步驟中，可以通過滾銑工藝缤纽，加工出工件的傾斜內(nèi)輪廓林下。而在采用三軸運行導向時，刀刃往往只能實現(xiàn)很淺的切削深度讨绝，因此也只能有部分刀刃被使用到腋芜。這里介紹的加工策略可以實現(xiàn)對刀刃的完全利用，因此在采用螺旋式刀具時脸学，可以實現(xiàn)比較穩(wěn)定的工藝流程和刀刃上比較均勻的磨損分布狀態(tài)花炭。

對所述加工策略的評估表明，盡管采取的是整體硬加工躲履，但是也可以達到常規(guī)型或復合型軟见间、硬和EDM加工所達到的類似的加工時間。鑒于物流費用明顯降低，加工時間明顯縮短米诉，因此菱蔬，五軸硬加工還是具備顯著的優(yōu)勢的。

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