當前模具制造行業中，三軸數控加工技術已經普遍應用并且相對成熟，但隨著五軸數控技術的發展與推進，先進的五軸數控加工技術在市場上體現出了明顯的優越性，故而引進五軸數控加工技術，建立一個高效率、高質量、短周期、低成本的產品生產框架來適應市場的發展，以求在市場競爭中立于不敗之地已經成為我們必須面對的問題。

　本文即以此次培訓五軸工件試切為例，禪述在電器注塑模具加工當中，五軸數控加工技術相對于傳統的三軸數控加工技術的若干優越性。

　　一、五軸數控加工技術簡述

1、五軸刀軸和五軸刀軸控制

　　五軸是由3個線性軸(Linear axis) 加上2個旋轉軸(Rotary axis)組成。

　　五軸刀軸控制是CAM系統五軸技術的核心。五軸CAM系統計算出每個切削點刀具的刀位點(X,Y,Z)和刀軸矢量(I,J,K)，五軸后處理器將刀軸矢量(I,J,K)轉化為不同機床的旋轉軸所需要轉動的角度(A,B,C)其中的兩個角度;然后計算出考慮了刀軸旋轉之后線性移動的各軸位移(X,Y,Z)。

2、五軸機床類型

　　按兩旋轉軸的運動位置結構來劃分，可分為Table-Table、Head-Head、Table-Head三種類型。

1)Table-Table：此類型機床主軸方向不動，兩個旋轉軸均分布在工作平臺上;工件加工時旋轉軸隨工作臺旋轉，加工時必須考慮裝夾承重，可加工的工件尺寸比較小。

2)Head-Head：此類機床工作臺不動，兩個旋轉軸均在主軸上。機床可加工的工件尺寸比較大。

3)Table-Head：此類機床的兩個旋轉軸分別處于主軸和工作臺上，工作臺可以旋轉，可裝夾尺寸較大的工件;主軸可擺動，改變刀軸方向靈活。

3、定位五軸與聯運五軸

　　根據刀軸參與的加工方案來劃分類型，一般可分為如下兩類：

1)定位五軸(3+2軸)

　　定位五軸的刀軸矢量可以進行改變，但固定后沿著整個切削路徑過程刀軸矢量不變，控制路徑軸X、Y、Z參與旋轉軸A(或者B)、C，既是旋轉軸A(或者B)、C定位后保持不變，只有X、Y、Z參與控制機床切削移動。

2)聯動五軸

　　整個切削路徑過程刀軸矢量可根據要求進行改變變，控制路徑軸X、Y、Z控制旋轉A(B)、C，即是通常所說的五軸聯動加工技術。

　　二、原有的模具數控編程加工工藝概況

　　為了更好的理解五軸加工技術所帶來的效益，先對對客戶原有的三軸加工工藝和工序狀況稍作介紹。

1、試切機床為德國的“DMG”(DMG-100P)機床;其行程為1000×1000×1000mm;控制系統為heid530;主軸最高轉速24000rpm;編程所用的CAM軟件為PowerMILL;使用的刀具材質為普通硬質合金涂層刀具;試切工件是一電器面蓋注塑模具前模，如圖1所示：

2、常規三軸數控加工工藝表，如表1所示：

　　上述三軸加工完成后，圖1“B局部截面示意圖”中所示的R角位只能使用R1.5的球頭刀進行清角，并且局部陡峭位最小只能使用R4的球頭刀;圖1 “A局部截面示意圖”中所示的利角位最小使用R1的球頭刀;分形枕位所有角位只能使用R1.5的球頭刀進行清角;所剩下的殘留余量將留給電火花加工完成。

　　三、五軸加工工件試切

1.根據機床結構和控制系統型號修改后處理文件

　　試切機床為德國“DMG”(DMU -100P)機;行程1000×1000×1000mm;heid530控制系統，此機床為Table-Head型，兩個旋轉軸分別放置在主軸和工作臺上，工作臺旋轉，主軸擺動，改變刀軸方向靈活，且為非標DMU -100P機床，與一般的標準DMU -100P機床不同之處在于主軸擺動軸是繞X軸旋轉為A軸，擺角為-125度至10度，而不是主軸擺動軸是繞Y軸旋轉的B軸，擺角為-100度至90度。另外，還需增加特定的“ATC高速高精度自適應功能”指令。所以還需對PowerMILL標準后處理文件(*.opt)作修改：

a) 將擺動軸設置為“azimuth axis = A”，將擺動軸的旋轉參照軸改為X軸“azimuth axis param= ( 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 ) ” 將旋轉軸的擺動極限修改為-125度至10度 “rotary axis limits= ( -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 ) ”具體修改參數如下：

define keys

… …

azimuth axis = A

elevation axis = C

end define

… …

azimuth centre = ( 0.0 0.0 0.0 )

azimuth axis param = ( 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 )

… …

rotary axis limits = ( -125.0 10.0 -99000.0 99000.00.01 1 )

b) 增加特定的“ATC高速高精度自適應功能” 即增加CYCL DEF 392 ATC循環指令，具體修改參數如下：

define block user TOOL_CHANGE_COMMON

N ; G1 ; " Z-5 FMAX" ; M1 91 =C

… …

N ; " CYCL DEF 392 ATC ~ "

" Q240=+2;Process Mode ~ "

" Q241=+2;Default Weight "

end define

2.NC程序代碼含義

PowerMILL后處理產生的NC程序段代碼及含義如下：

3．繪制仿真機床，賦值機床運動關系

機床運動仿真檢查允許用戶在屏幕上看到實際加工中將出現的機床運動真實情況，使用不同的加工策略來比較加工結果。機床仿真將能報警指出超出機床加工范圍的區域以及可能出現碰撞的區域，確保程序安全可靠。 使用機床運動仿真功能可確保能最大限度地應用機床的功能，例如，用戶可知道將工件置放于機床床身的不同位置或使用不同的夾具所產生的不同結果，可查看哪種零件放置方向能得到最佳切削效果。

根據機床商提供的機床運動結構關系圖，和實測機床主要部件尺寸，繪制出如圖2所示仿真機床。

4．五軸數控加工藝表，如表2所示（時間單位為min）

四、五軸相對于三軸加工的優越性

如以上兩表所示，試切加工完成后，我們可用看出五軸加工對比原三軸加工有如下優越性：

1．二次開粗加工中利用定位五軸（３＋２軸）方式可以更小直徑（φ３平底刀）和更短的刀具伸出長度即可粗清工件，加工時間為15分鐘，如（表２）中３行圖片所示；而原三軸工藝則需φ６的平底刀具二次開粗，接著用φ３平底刀粗清角，還有局部刀具伸出長度不能能加工到的區域沒開粗，加工時間為12+10=22分鐘，如（表1）中３、４行圖片所示。加工效率提高30%，對比表表3。



2．使用五軸數控加工技術，“直紋面”或“斜平面”可充分利用刀具側刃和平底刀端面進行加工，如（表２）中5、6、10行圖片所示，加工時間為9分鐘，比較原三軸工藝如（表１）中6、7、8、9行圖片所示，加工時間為131分鐘，加工的效率提高了92.5%。



3．使用五軸數控加工技術，擺動刀軸加工，可用更短的刀具伸出長度加工沿Z軸無法直接加工的陡峭表面或是底切區域，提高加工的表面質量。如（表2）中11、12、13、14行圖片所示。

4．使用五軸數控加工技術，圖１中“B局部截面示意圖”中所示的Ｒ角位，圖１中“Ａ局部截面示意圖”中所示的利角位，以及中間的小腔型都已精加工準確，如（表２）中9行圖片所示，無需后續電火花加工；分形枕位所有角位也用平底刀清根只需做一幼公電火花加工下余量即可。

初步統計利用五軸加工后可節省電極數量為11個,可使模具制造減少電極使用數量和放電加工時間，改變模具的零部件和制造工藝，大大的縮短模具制造周期。