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(yōu)化。
    在模具加工中，應用5軸加工策略的一些主要優(yōu)點是：縮短加工時間、減少手工打磨和提高表面質(zhì)量。從商業(yè)角度考慮，它可以提高模具的加工質(zhì)量、縮短交貨時間，并且大幅度減少工件的調(diào)試設(shè)置誤差，所有這一切都將有利于提高企業(yè)的生產(chǎn)利潤率。
    5軸加工在航空工業(yè)已有很多年的應用歷史，但直到最近幾年，模具制造工業(yè)才顯示出對這種加工手段的“興趣”。5軸加工的主要優(yōu)點是能夠減少復雜零件的加工時間，因為工件只需一次調(diào)試裝卡。其另一個優(yōu)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(shù)時，第4和第5加工軸處于旋轉(zhuǎn)位置，其加工由一組3軸操作執(zhí)行。
    除此之外，某些CAM軟件可提供連續(xù)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(chuàng)建連續(xù)的5軸刀具路徑。刀具路徑經(jīng)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(yōu)點
    定位5軸加工的優(yōu)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(chuàng)建一系列的方向性工作平面提高表面質(zhì)量。而且，采用5軸加工，工件只需很少的調(diào)試裝卡次數(shù)，從而節(jié)約時間，減少因多次調(diào)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(shù)得到很好的應用，以獲取更高的成本效益。
    經(jīng)驗豐富的用戶能夠創(chuàng)建樣板，為未來創(chuàng)建的程序節(jié)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(xiàn)錯誤。在準備應用5軸加工時，用戶可能需要調(diào)整工裝夾具系統(tǒng)的策略，盡可能在5軸調(diào)試裝卡過程中接近最大數(shù)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(cè)面。專用的5軸夾具裝置、卡盤夾緊機構(gòu)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(xù)5軸加工的優(yōu)點是可以取消混合線，能夠連續(xù)地使適當?shù)牡毒弑３衷诒砻娣较蛏线\行加工，這將有利于提高表面質(zhì)量和延長刀具的使用壽命。總之，走刀次數(shù)減少、加工周期縮短和一次性調(diào)試設(shè)置等優(yōu)點，有利于節(jié)約時間、減少設(shè)置誤差和更好地接近底部切邊。
    一般來說，5軸加工的優(yōu)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(xù)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(zhuǎn)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(fā)展，確實可以發(fā)現(xiàn)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(shù)將會使這些方法進一步改善，并開辟出更廣泛的應用領(lǐng)域。技術(shù)方面的這些進展在發(fā)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(xiàn)出來的更大的優(yōu)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(zhì)量，因此可提高模具的加工質(zhì)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(fā)揮5軸加工優(yōu)勢的大好機會。
    采用5軸加工技術(shù)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(shè)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(shù)校準刀具，這樣軸線就會通過一條規(guī)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(qū)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(chǎn)復雜的輪胎模具

    驅(qū)動表面5軸的含義是投射方向和刀具方向由驅(qū)動表面確定。這種特點承認了一個單一的驅(qū)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?shù)毒吲c加工表面保持正常的狀態(tài)時，刀具可能會出現(xiàn)搖晃的情況，這種情況可能會導致產(chǎn)生不佳的表面質(zhì)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(cè)面切削加工技術(shù)。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(cè)壁。如果根據(jù)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(yōu)點是，在某些情況下，它可以提高表面切屑加工的質(zhì)量。凡是內(nèi)表面結(jié)構(gòu)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(tài)特性，因此可提高表面質(zhì)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(diào)節(jié)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(jīng)濟損失。

圖4  5軸加工允許采用較短的刀具

刀具路徑的優(yōu)化
    CAM軟件還可為用戶提供一種優(yōu)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(tǒng)將會把刀具的幾何形狀、速度和進給率考慮在內(nèi)。采用新的CAM系統(tǒng)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(shù)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(shù)據(jù)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(jié)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(diào)試裝卡次數(shù)和提高表面質(zhì)量，并可延長刀具使用壽命，采用傳統(tǒng)的3軸加工是不可能達到上述效果的。