1 、引言
　　隨著科技的發展，對模具零件加工技術的要求越來越高，五軸加工技術的應用也越來越廣泛。五軸加工技術對自由曲面的加工具有極大的優勢，最初用于航空航天裝備零件的加工，后來，隨著五軸加工技術的不斷成熟和“平民化”，汽車、模具等行業也開始應用五軸加工技術。
　　五軸加工技術指機床使用5 個坐標軸（X、Y、Z  3 個坐標軸和任意2 個旋轉軸）對零件進行加工，如圖1 所示。其中，繞X、Y、Z 的旋轉軸分別稱為A、B、C軸，相對傳統的三軸加工技術，增加了A、B、C中的任意2個自由度。

　　五軸聯動加工和五軸定位加工是2 個不同的概念。五軸聯動加工是指機床在計算機數控（CNC）系統的控制下，5 個坐標軸同時協調運動，要求加工刀具在5 個自由度上能進行任意定位和連接，多用于加工渦輪機零部件、葉輪等復雜曲面。五軸定位加工是一種“3+2”的加工方式，根據加工零件的局部形狀對2 個旋轉軸進行調整，達到最佳的加工角度，然后對局部進行加工，是模具行業零件加工逐步開始使用的加工方式。下面以一些典型模具零件為例，簡單分析五軸定位加工與三軸加工的優缺點，為描述方便，文中五軸加工均指五軸定位加工。

2 、五軸加工技術應用分析

　　五軸加工能有效地提高機加工效率，主要體現在：

　　（1）一次裝夾零件，即可完成全部或大部分加工。
　　（2）局部區域加工精度高，時間短。
　　（3）減少電極數量，縮短模具生產周期。

　　零件本身的形狀特點決定了其機加工方式。編程之前需要先對零件各部分形狀進行分析，確定零件擺放形式和刀具選用。圖2 為空調骨架模具零件的三維圖，是模具生產中采用五軸加工技術加工的典型零件。表1 是空調骨架模具零件編程前的分析。

　　由表1 可見，五軸加工通過一次裝夾零件，可完成全部或大部分的加工，減輕機床操作人員的工作量，節約加工時間，縮短模具制造周期。

　　加工是通過刀具與工件的接觸，利用刀具的高速旋轉來實現切削的目的。刀具與被加工工件表面的接觸角度不同，切削原理也不同，最終會導致不同的切削效果和加工質量。
 
　　側刃切削和平面光刀時，刀具與工件是面接觸，相比點接觸的加工效率高，而且表面加工質量高，減輕后期零件表面拋光的工作量。采用三軸加工時，只能選擇“斜面”的加工方式，如圖3（b）、3（c）所示。使用球刀，刀具與零件加工表面始終只有一個接觸點，加工效率低，而且兩條刀路之間存在“殘高”，后期必須進行拋光且拋光的工作量大。同一個區域，使用五軸加工，通過定位，待加工表面與刀軸垂直，如圖3（d）、3（e）所示，使用平面光刀的切方式，刀具與工件呈面接觸，加工效率高，延長刀具使用壽命[2]，而且刀路之間不存在“殘高”，加工表面光潔平整，后期進行簡單拋光即可達到要求。

刀具的高速旋轉要求刀具有一定的長徑比（長度與直徑之比）。刀具長徑比過大，切削過程中刀具會產生振動，導致加工精度不高，甚至發生過切。三軸加工時，當零件高度較高時，必須選擇直徑較大的刀具并將刀桿加長才能對零件進行加工，如圖4 所示，還會產生殘留較多的加工余量且降低零件的加工精度。若采用五軸加工，使用較小的刀具即可實現零件的加工，保證了零件的加工精度，刀軸與加工表面垂直，零件角落可實現完全加工，殘留余量小。

　　模具零件加工過程中，需要電極與刀具加工的配合來實現零件的各種形狀，使用五軸加工可以有效地減少電極數量。
 
　　產品設計決定了模具設計，進而決定了各零部件的形狀。產品設計時主要依據客戶要求，講究外形美觀，細節精致，使用方便，這樣就給模具零件加工提出了更高的要求。如圖5 所示零件側壁上有一小臺階，三軸加工時無法加工到位，必須配電極進行電火花清根，圖5（a）所示為加工電極，電極外形尺寸103mm×28mm×184mm，加工費時。采用五軸加工，選擇合適的角度，如圖5（b）所示，側壁臺階可完全銑出，無需電火花加工。

　　成型塑件圓角處的型腔加工也是注射模中極為常見的，加工時稱為“清根”。清根時根據零件圓角半徑選擇合適的刀具，常用小直徑刀具加工，受長徑比限制，刀具長度有限，某些較深的型腔圓角處三軸加工無法加工到位，只能借助電極清根。圖6（a）所示為三軸加工所需清根電極，圖6（b）為五軸加工清根刀路示意圖。表2 為圖6（a）的清根電極尺寸，電極外形尺寸較大，加工費時。表3 為二者所需流程和時間的對比分析。由表3 可見，使用五軸加工清根，加工流程簡單，時間短，能有效縮短模具生產周期，節省人力和設備的使用。

　采用五軸加工時，刀具和工件的工作空間極為復雜，二者的相對運動也難以想象，為了保證加工程序的準確性，必須對五軸加工編程進行仿真模擬，使運動可視化，避免實際加工中的質量事故。NX6.0 軟件可以實現五軸加工的仿真模擬，調用零件模型、機床模型、夾具模型及刀具模型，讀取程序數據，實現工件和刀具之間的相對運動，以三維動畫的形式模擬實際加工中的運動和切削過程 。此外也可以對各部件之間的干涉以及零件的過切進行檢測，如圖7 所示。通過仿真模擬，編程員可以看到實際加工過程，及時發現問題，有效地保障了五軸加工編程的準確性。

　　五軸加工較三軸加工多了2 個自由度，因此對機床的性能也有更高的要求，需使用特定的五軸加工機床。編程時要考慮機床工作臺尺寸、行程、主軸轉速、角度分辨率、旋轉角度、承重噸位等，根據待加工零件實際情況選擇合適的機床，結合機床性能確定裝夾形式、角度設置等，要求編程員具有豐富的經驗，熟悉機床性能和軟件操作。對機床和編程員的高要求提升了加工成本，這也是限制五軸加工技術廣泛應用的一個重要因素。

3、 結束語
　　模具零件生產中采用五軸加工技術，可以有效地提高加工效率和零件加工精度，減輕零件表面拋光工作量，減少電極數量，縮短模具生產周期，但是對加工機床和編程人員的要求較高。隨著國民經濟的增長和科學技術的發展，機械裝備制造業不斷進步，五軸機床制造技術日益成熟，而且國家也越來越重視人才的培養，這些都為五軸加工技術的飛速發展和“平民化”奠定了堅實的基礎，五軸加工在模具零件生產中的應用也會日益廣泛。