本文將論述依靠5軸加工的原因及其應用范圍;5軸加工的策略思想和需要考慮的問題;以及刀具路徑的優化。

　　在模具加工中，應用5軸加工策略的一些主要優點是：縮短加工時間、減少手工打磨和提高表面質量。從商業角度考慮，它可以提高模具的加工質量、縮短交貨時間，并且大幅度減少工件的調試設置誤差，所有這一切都將有利于提高企業的生產利潤率。

　　5軸加工在航空工業已有很多年的應用歷史，但直到最近幾年，模具制造工業才顯示出對這種加工手段的“興趣”。5軸加工的主要優點是能夠減少復雜零件的加工時間，因為工件只需一次調試裝卡。其另一個優點是，可以使用較短的刀具，從而能進一步提高加工精度。

圖1 采用5軸加工可使刀具與模具表面之間保持一個最佳的角度

　　可定位的5軸加工

　　在某些CAM軟件中，早就具備了定位5軸加工(又稱3+2加工)的功能了。在采用這種技術時，第4和第5加工軸處于旋轉位置，其加工由一組3軸操作執行。

　　除此之外，某些CAM軟件可提供連續的5軸加工，這可以讓用戶在復雜的表面、實體和三角測量模型上創建連續的5軸刀具路徑。刀具路徑經過全面檢查，可支持一系列加工策略和各種刀具。

　　定位5軸加工的優點

　　定位5軸加工的優點包括：可有效地使用較短的刀具，減少刀具的延伸長度，加快切削速度，延長刀具使用壽命，提高加工精度，并簡單地通過創建一系列的方向性工作平面提高表面質量。而且，采用5軸加工，工件只需很少的調試裝卡次數，從而節約時間，減少因多次調試裝卡所造成的誤差，大大提高機床的利用率。

　　5軸加工的編程并不像聽起來那么困難。它可通過某些CAM軟件，找到一些簡單實用的編程方法。這些軟件包可以使高速加工技術得到很好的應用，以獲取更高的成本效益。

　　經驗豐富的用戶能夠創建樣板，為未來創建的程序節約了時間，同時減少了誤差，并且能夠在計算機上對整個工藝進行模擬，以避免在車間加工中出現錯誤。在準備應用5軸加工時，用戶可能需要調整工裝夾具系統的策略，盡可能在5軸調試裝卡過程中接近最大數量的零件特性。一般來說，采用標準的工件夾具很明顯無法接近工件的多個側面。專用的5軸夾具裝置、卡盤夾緊機構和磁性卡盤可以比較自由地讓刀具接近需要加工的零件。

　　連續5軸加工的優點是可以取消混合線，能夠連續地使適當的刀具保持在表面方向上運行加工，這將有利于提高表面質量和延長刀具的使用壽命。總之，走刀次數減少、加工周期縮短和一次性調試設置等優點，有利于節約時間、減少設置誤差和更好地接近底部切邊。

　　一般來說，5軸加工的優點還包括提高機床的使用效率，即只要使用一臺機床就可進行3軸HSM加工、定位5軸加工、連續5軸加工和5軸鉆削加工以及更多其他的加工。一般來說，這些機床的各坐標軸都具有較快的行程速度和較高的主軸轉速。再加上5軸加工機床的體積較小、剛性更高，從而進一步提高了機床的加工效果。

　　然而，隨著這些因素的不斷發展，確實可以發現5軸加工工藝的成本正在直線上升。這通常是因為對5軸加工在特殊市場中的應用情況缺乏了解。當車間一旦能夠全面了解在哪里可以獲得好處時，那么這種爭議就會很快消失。但必須牢記：高速加工和5軸加工背后的技術將會使這些方法進一步改善，并開辟出更廣泛的應用領域。技術方面的這些進展在發展初期可能會比較昂貴，但在刀具使用壽命、工作效率和操作費用等方面所體現出來的更大的優越性將會抵消這些初期的費用。

圖2 5軸加工可以獲得更好的表面質量，因此可提高模具的加工質量

　　加工策略

　　5軸加工的應用范圍包括對加強筋的加工、圓角的選擇、較深型腔或型芯的加工，以及淺水翼板表面等這類零件的加工操作。5軸加工也可使圓頭槽銑刀以更有效的方位加工零件表面。拉削加工、底切加工、陡壁加工和5軸鉆削加工均是發揮5軸加工優勢的大好機會。

　　采用5軸加工技術來提高工藝水平可采取一系列的策略，其中包括通過一條曲線、一個點、輪廓外形、刀具位置的自動計算和檢查所有刀具路徑上互相沖突的情況。某些CAM軟件也能支持全系列的刀具設計。

　　其他的粗加工策略包括從一個點開始，這意味著刀具是這樣校準的：軸線通過一個特定的點，使切削端點與此相分離。針對一直線函數校準刀具，這樣軸線就會通過一條規定的直線，而切削端點正對著這條直線。這兩種方法都允許其接近3軸加工無法達到的區域，或者提供更好的切削條件。

圖3 采用5軸加工可以比較容易地加工生產復雜的輪胎模具

　　驅動表面5軸的含義是投射方向和刀具方向由驅動表面確定。這種特點承認了一個單一的驅動表面，但這是一個多表面零件，它保證了對半圓鑿的全面保護。5軸刀具路徑通常會碰到這樣一個問題：當刀具與加工表面保持正常的狀態時，刀具可能會出現搖晃的情況，這種情況可能會導致產生不佳的表面質量。如果能夠使用一個簡化的參考表面，就可解決這個問題，消除這種效應。

　　切屑加工是一項采用立銑刀的側面切削加工技術。在加工的同時，沿著零件的表面推進，例如像錐形加強筋的側壁。如果根據一組線框參考值，也可生成一條類似的刀具路徑。各種類型的刀具，包括錐形刀具都可用于切屑加工。

　　線框切屑加工的優點是，在某些情況下，它可以提高表面切屑加工的質量。凡是內表面結構較差，或者邊緣匹配不太完美的地方，采用這種加工方法是比較合適的。

　　5軸直通曲線加工的含義是刀具的位置由單一的曲線控制，以保證全面控制刀具路徑的運行。這種加工方法的好處是：可消除刀具與機床碰撞的可能性，由于能更好地控制機床的動態特性，因此可提高表面質量。

　　全集成刀具路徑驗證可提供一種徹底的碰撞檢查手段。機床運動的驗證和模擬可檢測和顯示潛在的碰撞情況，以及軸向運動，并允許在任何軸上用手工輕輕地推動，以調節這種運動。然后再次選擇能提供自動避免碰撞的CAM軟件，以防止機床損壞和造成重大的經濟損失。

圖4 5軸加工允許采用較短的刀具

　　刀具路徑的優化

　　CAM軟件還可為用戶提供一種優化刀具路徑的方法。彩虹投影法可以突出加工順序，而色彩的變化可以表示軸的反向運動。預見性可視化系統將會把刀具的幾何形狀、速度和進給率考慮在內。采用新的CAM系統分析尖端特性，用戶可以看到刀具的真實運行進程和效果，精確地顯示進給率和速度對零件表面的影響，并可預測實際加工前的表面光潔度數值。

　　點的重新分布提供了一種減少加工時間的有效方法。在最近的一個實例中，一臺進給速度為7500mm/min的5軸加工中心，由于采用了點重新分布，因此與標準的公差數據比較，它可以使加工周期縮短39%。可讓編程員自由地控制刀具路徑的平滑度，以及刀具上各點的分布，從而達到了以上這些結果。

　　采用正確的CAM軟件編程進行5軸加工可為用戶提供一個實用的策略，縮短加工周期、減少調試裝卡次數和提高表面質量，并可延長刀具使用壽命，采用傳統的3軸加工是不可能達到上述效果的。