五軸加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)中的高端技術(shù)，在復(fù)雜高精度零件生產(chǎn)中占有極其重要的地位。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，五軸加工技術(shù)因?yàn)槠淇梢钥s短施工準(zhǔn)備周期、降低工裝成本及提高生產(chǎn)效率等方面成效顯著，在機(jī)械、航天、汽車、機(jī)車零件加工領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛，目前五軸加工技術(shù)從機(jī)床聯(lián)動(dòng)軸數(shù)量的角度下來說大體上可以分為五軸聯(lián)動(dòng)加工與五軸3+2軸定位加工兩種，其中3+2軸定位加工以其加工成本相對(duì)較低及應(yīng)用面廣的特點(diǎn)在零件加工領(lǐng)域占據(jù)了更大的比重。本文在CIMATRON軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，借助應(yīng)用實(shí)例，通過工件的裝夾、定位和加工方案的設(shè)計(jì)3個(gè)方面對(duì)五軸3+2定位加工技術(shù)進(jìn)行探討。

　　五軸3+2技術(shù)從機(jī)床聯(lián)動(dòng)可以定義為是針對(duì)具備X/Y/Z 3個(gè)直線移動(dòng)軸，A、B、C(3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中任意兩個(gè)軸的機(jī)床，大多數(shù)五軸機(jī)床是由3個(gè)直線坐標(biāo)軸和2個(gè)回轉(zhuǎn)軸組成)運(yùn)動(dòng)功能的機(jī)床控制的方法的技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是切削穩(wěn)定，基本跟三軸一樣控制，開粗余量比較好計(jì)算，而且只有直線軸聯(lián)動(dòng)，加工速度比較快。同時(shí)因?yàn)闇p少了聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，提高加工的穩(wěn)定性。CIMATRON是以色列開發(fā)的強(qiáng)大的CAD/CAM軟件，主要側(cè)重于數(shù)控加工，通過實(shí)體或曲面混合建模，再通過編程向?qū)傻毒呗窂絹懋a(chǎn)生控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)所需要的代碼。該軟件的E8版本開發(fā)的五軸模塊在實(shí)際加工中功能強(qiáng)大、使用簡便，本文通過應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明。

1 模具凸模分析

　　1.1 圖樣分析

　　圖1為本文所需加工的樣例，從圖樣分析可以看出該凸模處于1個(gè)和水平面成30。的斜面上，如果采用普通三軸機(jī)床加工，由于其刀具相對(duì)于工件的位置角在加工過程中不能變，加工某些復(fù)雜自由曲面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生欠加工(即加工不到)。采用傳統(tǒng)三軸加工方式要完成加工需要制作配合裝夾的工裝，同時(shí)由于毛坯的外表面為圓柱體，不易定位，該件為單件試制，制作工裝成本提高較多同時(shí)延誤交付時(shí)間。而用五軸機(jī)床加工時(shí)，可以通過CAM軟件控制CNC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)五軸機(jī)床的主軸頭或床身進(jìn)行3+2分度處理從而實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具/工件的位鼉角在加工過程中的調(diào)整。這樣就可以避免刀具工件的干涉并通過1次裝夾(如圖2)完成全部加工，在不考慮工裝的情況下提高了加工能力和生產(chǎn)效率，其基本加工工藝介紹如下。

　　1.2 工藝方案設(shè)計(jì)

　　1.2.1 加工準(zhǔn)備

　　本例采用的DMG60P五軸機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證，機(jī)床結(jié)構(gòu)顯示如圖3，該機(jī)床具備X/Y/Z 3個(gè)直線移動(dòng)軸和B、C 2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸；控制系統(tǒng)為Heidenhain IT—NC530，機(jī)床最高轉(zhuǎn)速18000r/min，材料為硬鋁件，車削加工成回轉(zhuǎn)棒料的基本形狀，上下定位表面平面銑削加工完畢，這樣可以減少在數(shù)控加工中的裝夾時(shí)間，毛坯裝夾方式如圖4。

　　1.2.2 加工工藝

　　加工流程見表1。

1)第1道工序

　　選取Φ20mm2刃鍵槽刀，材質(zhì)為硬質(zhì)合金，采用粗加工環(huán)切方式(如圖5)，在三軸狀態(tài)下進(jìn)行加工，減少了聯(lián)動(dòng)軸數(shù)，不僅金屬去除效率高，同時(shí)還提高了加工的穩(wěn)定性，在切削參數(shù)選用方面可以選用轉(zhuǎn)速2300r/min，進(jìn)給率1150mm/min，水平步距12mm，垂直步距0.6mm。

　　2)第2道工序

　　選取R5球刀，刀具材質(zhì)為硬質(zhì)合金，從圖樣中可以看出，該毪機(jī)模型凹陷處為凹球體，最小凹弧R24，那么采用R 5的球刀在三軸狀態(tài)下即可完成加工，為此采用2次開粗加工方式(如圖6)，該種加工方式的優(yōu)點(diǎn)是在刀路生成前首先掃描前1個(gè)刀路的加工情況，在前l(fā)刀路的基礎(chǔ)上去除尚未加工的殘料，因此有效提高r加工效率，切削參數(shù)可以選用轉(zhuǎn)速8000r/min，進(jìn)給率2400 mm/min，水平步距0.6mm，垂直步距0.4。

　　3)第3道工序

　　選取Φ12 mm 2刃鍵槽刀，刀具材質(zhì)為硬質(zhì)合金，飛機(jī)模具加工到這一步時(shí)，因?yàn)樵谌S狀態(tài)下預(yù)留了部分加工不到的部位，那么為去除該部分材料，就必須將機(jī)床的其他兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(如圖7)，采用環(huán)切方式，該種加工方式的優(yōu)點(diǎn)是可以給后續(xù)的加工留下更均勻的余量，可以使下一把刀具在加工過程保持均勻的刀具載荷，從而保證加工出一致的喪面粗糙度，由于加工過程中刀具側(cè)刃的切削量不大，因此切削參數(shù)可適當(dāng)提高，可選用轉(zhuǎn)速7000r/min，進(jìn)給率1400mm/min，水平步距5mm，垂直步距0.5mm。

　　4)第4道工序

　　繼續(xù)使用上道工序所選取的Φ12mm刀具，本次需要完成的是該飛機(jī)模型地面的加工余量，在這個(gè)工序我們可以使用CIMATRONE 8.0中的水平區(qū)域加工(如圖8)，該種加工方式加工效率較高，捕捉輪廓線，以形偏移的方式圍繞飛機(jī)模型輪廓進(jìn)行加工，可以有效的避免過切，由于該部分底刃在加工過程中切削面積大于上一流程，因此切削參數(shù)可適當(dāng)降低，可選用轉(zhuǎn)速4 000r/min，進(jìn)給率400mm/min，水平步距6 mm，垂直步距0.2 mm。

　　5)第5道工序

　　繼續(xù)使用上道工序所選取的R3刀具，本次需要完成的是該飛機(jī)模型曲面部分的加工余量，在這個(gè)流程可以我們可以使用CIMATRONE 8.0中曲面銑下的“根據(jù)角度精銑”(如圖9)，該策略使用斜率分析技術(shù)使被加工的曲面質(zhì)量更高、更光順；對(duì)任何幾何形狀包括島嶼都能生成環(huán)繞精銑刀路，保證了按照用戶設(shè)定的側(cè)向步長完全加工所有的曲面區(qū)域；因?yàn)榈毒弑容^小，為保證高的切削線速度，切削參數(shù)可以適當(dāng)加大，可選用轉(zhuǎn)速10000r/min，進(jìn)給率1000mm/min，水平步距0.35 mm，垂直步距0.2mm。

　　6)加工仿真

　　為了檢驗(yàn)刀軌的正確性，防止加工中過切現(xiàn)象，CIMATRONE 8.0提供了強(qiáng)大仿真校驗(yàn)功能。先通過前期的毛坯設(shè)定和零件設(shè)定，利用高級(jí)校驗(yàn)功能可以實(shí)現(xiàn)仿真切削，如圖10 與成品對(duì)比(圖形模擬結(jié)果與成品對(duì)比)，圖形模擬結(jié)果還能根據(jù)顏色區(qū)分是否過切。

　　7)后置處理

　　Cimatron軟件五軸后置一般使用GPP2生成的方法，GPP2是CIMATRON公司為生成五軸機(jī)床后置開發(fā)的，生成的刀路文件可支持目前所有五軸機(jī)床的運(yùn)行，同時(shí)它提供了非常豐富的定制功能，能生成任意形式的后置處理文件，從而可更好地提供支持高速加工、多軸加工的后置處理，用戶需要的后處理程序都可以通過執(zhí)行GPP2后生成。以下框中是生成的程序部分代碼(備注：因主軸在45度斜面上，加工所需要的角度是C、B2軸復(fù)合形成)：

2 結(jié)語

　　五軸3+2定位加工可一次定位實(shí)現(xiàn)加工，較以往的三坐標(biāo)零件加工，大大提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)提高了沒備的利用率，在五軸加工中占具了絕大多數(shù)市場份額，CIMATRONE 8.0以其強(qiáng)大的CAM功能已成功地應(yīng)用于五軸加工，較好地解決該類零件批量生產(chǎn)中的質(zhì)量和效率問題。隨著數(shù)控加工技術(shù)的小斷發(fā)展，五軸和高速加工必將成為主流。而5軸機(jī)床能否發(fā)揮它的應(yīng)有效能，還需要依據(jù)加工對(duì)象不同結(jié)合CAM軟件的特點(diǎn)合理使用刀具與切削參數(shù)。