隨著自動(dòng)化工具，例如，自動(dòng)編程和刀具軌跡自動(dòng)生成的軟件不斷出現(xiàn)，5軸加工技術(shù)和普通機(jī)床加工的界線，不僅僅是模糊而是完全消失了。“5軸加工技術(shù)不再是只用于加工葉片等形狀特別復(fù)雜的高精度零件。”Tooling & Assembly系統(tǒng)公司(位于加利福尼亞州的Simi Valley)老板Mike Giboney說(shuō)。
    Giboney先生的8人加工車間，是一個(gè)21世紀(jì)現(xiàn)代化加工車間的成功典范。“我們不是僅能加工零件，”他說(shuō)，“幾乎所有的金屬加工車間都只能簡(jiǎn)單地加工零件。我們則不同，我們已經(jīng)能集成零件加工、部件裝配乃至整機(jī)的裝配與調(diào)試于一體。取得成功的關(guān)鍵是創(chuàng)造性地使用機(jī)床、工具，提供用戶在別處得不到的技術(shù)服務(wù)。”
    Tooling & Assembly系統(tǒng)公司于1996年建成。Giboney先生原來(lái)是一個(gè)機(jī)加工人，他當(dāng)時(shí)就認(rèn)為，一個(gè)新型的現(xiàn)代化車間，應(yīng)該是一個(gè)能夠進(jìn)行零件加工、組件裝配與整機(jī)裝配、調(diào)試，能及時(shí)交付產(chǎn)品的生產(chǎn)單元。“我當(dāng)時(shí)就想著建造一個(gè)能夠處理用戶不同需要的新型的現(xiàn)代化車間。”Giboney先生回憶說(shuō)。
    最近他的車間積極探索了5軸加工技術(shù)，并驗(yàn)證了他最初想法的正確，而且將這一認(rèn)識(shí)幾乎貫穿到他的整個(gè)生意中。“5軸加工中使用到的零件加工技能和知識(shí)都是工人必須掌握的。”Giboney先生說(shuō)。“工人的加工技術(shù)非常熟練。但他們的技能和知識(shí)還主要集中用于對(duì)技術(shù)難題的解決、加工過(guò)程的優(yōu)化和設(shè)法使效率進(jìn)一步提高等方面。我們盡量讓機(jī)床自動(dòng)地加工零件。”
    都會(huì)認(rèn)為這樣作效率很低，生產(chǎn)成本高。而Giboney先生對(duì)5軸加工技術(shù)的認(rèn)識(shí)則完全不同。
他認(rèn)為，減少零件的裝夾和周轉(zhuǎn)次數(shù)是最好的解決方案，它遠(yuǎn)比只考慮零件的幾何形狀重要得多。
偶爾五軸加工
    傳統(tǒng)上，車間總是從工件的角度探討5軸加工技術(shù)的使用。一種雙重結(jié)構(gòu)經(jīng)常存在于這些車間。從零件角度出發(fā)，他們只考慮普通機(jī)床和5軸加工機(jī)床之間，在最影響用戶下決心的報(bào)價(jià)、每小時(shí)加工費(fèi)用和其它的幾乎所有與費(fèi)用有關(guān)的因素方面存在著的差別。
    其中的一部分，是5軸加工機(jī)床的額外費(fèi)用。而且這些額外的費(fèi)用會(huì)隨著5軸加工技術(shù)的繼續(xù)使用變得越來(lái)越低。
    在Giboney先生的車間，5軸加工和3軸加工之間，沒(méi)有嚴(yán)格的等級(jí)區(qū)別。“我們這里已經(jīng)不著眼于考慮分出什么是5軸零件或3軸零件，”Giboney先生說(shuō)，“我們只是設(shè)法分析如何以尺寸公差為基礎(chǔ)，表面光潔度的要求為必要條件，想出最好的辦法去定位與裝夾好零件進(jìn)行加工，保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按質(zhì)按量地交付產(chǎn)品。許多零件都可以在我們的3軸加工中心上加工或進(jìn)行5軸加工。”
    Tooling & Assembly系統(tǒng)公司可以加工大型零件，因?yàn)樗麄冏罱鼜墓��?Haas)自動(dòng)化公司(位于加利福尼亞州的oxnard)購(gòu)買了一臺(tái)哈斯VF2型5軸加工機(jī)床。“對(duì)于VF2機(jī)床，我們已具有兩年的加工經(jīng)驗(yàn)。”Giboney先生說(shuō)，“我們的機(jī)加工人能令人驚愕地直接對(duì)一根棒料毛坯進(jìn)行3軸銑削加工。早在今年年初，一個(gè)航空航天用戶尋找一個(gè)公司為他們加工一個(gè)形狀很復(fù)雜的零件。在我們知道了公司的要價(jià)后，知道來(lái)了好生意。我們對(duì)一批這樣的零件進(jìn)行了5軸加工。然而并沒(méi)有為此專門購(gòu)買一臺(tái)5軸加工機(jī)床。”
    他們的解決方案是使用一個(gè)具有高速加工能力和安裝有一個(gè)可雙軸擺動(dòng)工作臺(tái)的哈斯VF4型機(jī)床進(jìn)行加工。這一新結(jié)構(gòu)機(jī)床可以使車間通過(guò)合理的資金投入，就能夠根據(jù)加工零件的不同，高柔性地進(jìn)行3軸、4軸和5軸加工的任意選擇。對(duì)于重為800磅的工作臺(tái)的更換需用花費(fèi)4個(gè)小時(shí)。但它一經(jīng)使用，就能在CNC系統(tǒng)控制下進(jìn)行加工。當(dāng)然，控制系統(tǒng)(包括CRT)是可以方便地在進(jìn)行3軸或4軸加工時(shí)，與工作臺(tái)的連接切斷。
    “通常，我們會(huì)把工作臺(tái)放在加工中心上，加工任何待加工零件，只有當(dāng)Z軸運(yùn)動(dòng)行程受到影響時(shí)才取下。因?yàn)闄C(jī)床最初設(shè)計(jì)時(shí)并沒(méi)有考慮這一工作臺(tái)的安裝。否則將會(huì)減少Z軸行程。”Giboney先生說(shuō)。
恰當(dāng)?shù)陌嵋?
    對(duì)于最優(yōu)的加工方法，尤其是高精度零件加工，減少或取消零件的搬移是主要目的。而機(jī)床及其夾具，經(jīng)常限制了這個(gè)能力。
    “在我們車間，決定是否安裝可雙軸擺動(dòng)工作臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)是，當(dāng)需要多次裝夾才能加工完多個(gè)側(cè)面或多表面零件的時(shí)侯。”Giboney先生說(shuō)，“我們是根據(jù)零件幾何形狀的復(fù)雜程度，看通過(guò)使用5軸加工，能取消或減少零件的搬移次數(shù)和裝夾次數(shù)的多少，來(lái)決定是否使用5軸加工。而不是只表面地看一下零件的幾何形狀。”Giboney先生說(shuō)，“當(dāng)你不得不搬動(dòng)零件到另一臺(tái)機(jī)床上加工時(shí)，就已經(jīng)存在因重復(fù)裝夾而產(chǎn)生的潛在誤差。一絲纖維線頭，一小片污垢或切屑碎片都能引起零件定位誤差而影響加工精度。我們的想法是通過(guò)一次裝夾中，進(jìn)行5軸加工，盡可能地從根本上去除因多次裝夾定位產(chǎn)生的累積誤差。”
    減少夾具的數(shù)量和復(fù)雜程度，需要進(jìn)行一個(gè)重要的工作是，考慮是否選擇在一個(gè)安裝有可雙軸擺動(dòng)工作臺(tái)機(jī)床上加工。研究的結(jié)果是，許多在其它車間被認(rèn)為是不需要使用5軸加工的零件，在這里都在所謂的5軸機(jī)床上進(jìn)行加工。按照Giboney先生的介紹，“為了擴(kuò)大生產(chǎn)，他們現(xiàn)在已能夠使用多臺(tái)高效率機(jī)床進(jìn)行加工，除了原有的機(jī)床，又購(gòu)買了兩臺(tái)新的立式機(jī)床。”
    在具有了5軸加工能力的機(jī)床后不久，車間很快贏得了生產(chǎn)如圖1所示的鋁制航天航空零件的加工合同。
    “這個(gè)零件需要11道不同工序的加工。”Giboney先生說(shuō)，“使用我們?cè)O(shè)計(jì)的夾具，能夠在一次裝夾中進(jìn)行9道工序的加工。這一技術(shù)上的改進(jìn)，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。使原來(lái)的6個(gè)月加工8個(gè)零件的生產(chǎn)周期，減少到3個(gè)月內(nèi)加工完8個(gè)零件。”
自動(dòng)編程
    Giboney先生，一個(gè)機(jī)加工人出身的擁有8個(gè)雇員的業(yè)主和經(jīng)理。他的辦公室就在車間的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，他能看到和知道加工中的出現(xiàn)的一切情況。“我一直為我自已的CNC機(jī)床編零件加工程序。”Giboney先生說(shuō)，“我的機(jī)床加工經(jīng)歷從使用手控銑床，例如橋堡(Bridgeports)銑床，然后轉(zhuǎn)換到CNC編程，轉(zhuǎn)變過(guò)程相當(dāng)容易。因?yàn)槟壳耙磺凶詣?dòng)化工具和方法，均已集中在成熟的CAD/CAM軟件的編程中了。”
    在能進(jìn)行5軸和3軸加工的兩臺(tái)哈斯機(jī)床上，Giboney先生使用了由Mastercam/CNC 軟件公司開(kāi)發(fā)的能自動(dòng)生成刀具軌跡的Mastercam軟件。
    “使用這個(gè)主要用于高速加工過(guò)程和能嚴(yán)密嵌入到CNC系統(tǒng)中的高端軟件，能在我們購(gòu)買的VF4機(jī)床上進(jìn)行高速加工。” 他說(shuō)，“我一般能在接到任務(wù)后的1個(gè)小時(shí)內(nèi)，編好零件的加工程序。當(dāng)然，多年的機(jī)加工經(jīng)驗(yàn)幫助了我。 例如，一般人認(rèn)為，編一個(gè)使用0.125英寸立銑刀加工一個(gè)3英寸深糟的程序，是相當(dāng)困難的。但實(shí)際上，在安裝有可雙軸擺動(dòng)的機(jī)床上，使用Mastercam軟件的代碼進(jìn)行自動(dòng)編程是件非常容易的事情。”    
     對(duì)于航天航空零件的加工，既使在安裝有可雙軸擺動(dòng)工作臺(tái)的機(jī)床上，也需要進(jìn)行兩次裝夾加工。它們?cè)诮?jīng)過(guò)粗加工和半精加工后，需要按排一道消除加工應(yīng)力的熱處理工序。然后再進(jìn)行精加工。對(duì)于精加工，需在零件表面留有0.020英寸的精加工余量。“這個(gè)精加工余量的剩留，在Mastercam軟件中，只使用一個(gè)簡(jiǎn)單的命令即可完成。”Giboney先生說(shuō)。“這是一個(gè)基本的刀具的偏置(量)命令。”
高端加工車間
    Tooling & Assembly系統(tǒng)公司繼續(xù)通過(guò)提供超越傳統(tǒng)零件加工、集設(shè)計(jì)和制造于一體的服務(wù)來(lái)開(kāi)拓市場(chǎng)。“順應(yīng)金屬加工行業(yè)的變化，要求機(jī)加工車間具備更好的柔性。”Giboney先生說(shuō)，“談到柔性，首先是個(gè)觀念問(wèn)題，其次才能獲得高效率的生產(chǎn)。”