浅谈五轴加工在模具零件加工中的优势及应用

　　1 概 述

　　五轴加工设备根据结构可分为3种类型，分别是HEAD-HEAD（双摆头结构）、TABLE-HEAD（单摆头单转台结构）、TABLE-TABLE（双转台结构）。5个自由度如图1所示，分别是X、Y、Z三个轴、一个旋转轴和一个摆动轴。旋转轴可以360°旋转，摆动轴则只能在一定的角度内进行摆动。

　　图1   五轴坐标系

　　在实际应用中，有五轴定位加工和五轴联动加工2种模式。

　　在五轴联动加工过程中，引入旋转刀具中心（rotational tool center point，RTCP）编程功能，如图2所示。该功能实现了旋转轴与刀具整体中心点的互补功能，也被称为刀尖跟随功能。

　　图2   RTCP插点图解

　　2 五轴加工技术在模具零件加工中的特点及优势

　　2.1 改善刀具切削状态

　　当切削刀具向加工面顶端或零件边缘移动时，刀具的切削状态会逐渐变差。为了让刀具保持最佳的切削状态，需要用到旋转工作台或刀轴，如果需要完整地加工不规则平面零件，则需将工作台或刀轴以不同方向多次旋转。

　　五轴加工中心偏转刀具可以避免球头刀具中心点切削速度为0的情况，在加工斜平面时，五轴加工可利用摆轴实现平底端铣刀的端面与加工表面始终保持垂直状态的加工策略，如图3所示，在延长刀具使用寿命和提高加工效率的同时，可获得更佳的零件加工表面质量。

　　图3   铣刀切削位置对比

　　2.2 提升加工效率

　　针对深型腔部位的加工，五轴加工中心可以通过刀轴空间姿态角控制实现短刀具切削，有效提升刀具加工刚性及延长刀具使用寿命，减少刀具数量，尽可能避免使用专用刀具，提高常用刀具的通用性，最终到达降低生产成本的目的。

　　2.3 缩短加工周期

　　在加工零件时，一般利用五轴设备完成精加工工序。使用五轴设备可减少装夹次数，有效提升零件装夹效率，减少定位误差，提高加工精度，节约了设备周转损耗的时间，提高了生产效率。