五轴加工中心在汽车模具加工中的应用

国际金属加工网 2017年05月15日

五轴加工是数控加工当中非常重要的一部分,这一技术已经在船舶航空航天汽车、轻工、医疗等高精密仪器制作的领域广泛应用。传统模具加工当中,普遍采用三轴加工中心立式加工中心来完成工件的铣削加工。随着我国的模具制造加工技术不断的发展,传统的立式加工中心和三轴加工中心的一些弱点也逐渐显现出来。目前,在模具加工当中普遍使用的是球头铣刀,模具加工当中使用球头铣刀虽然好处很明显,但如应用立式加工中心,其底面线速则为零,光洁度也较差,通过五轴加工中心对模具进行加工,以上的不足之处则可以完全克服。笔者在本文当中分析了五轴加工中心在模具加工当中的优势,并对其在模具加工中的应用当进行了探讨。

1 、分析五轴加工的优势

在五轴加工中,采用平底端铣刀,对复杂的模具加工表面保持垂直的一种状态,能够大幅减少加工的时间。五轴加工中心的原理,还适用带有角度表面的侧面铣削加工,可以消除由球端立铣刀加工导致的肋骨状纹路,使得模具的表面质量更加理想,也削减了因清理模具表面需要增加人工铣削以及手工作业的工作量。

通过五轴加工技术,使工件在复杂角度再次定位需要进行多次的调试装卡的问题得以解决,不仅仅使时间缩短了,其中所产生的误差也大大降低,在安装工件时需要的工装夹具的大额费用也得到了节约,而机床也做到了对复杂零件的加工,例如复杂表面所需的钻孔、锥度加工、型腔隐窝等,都是传统方法做不到的。

在五轴加工当中使用的刀具较短,同时还可一次性的将整个零件的加工完成,无需再次装卡或是采用同类的三轴加工当中需要的较长的刀具,能够在较短的时间内完成模具的制作,而且零件表面的质量也较好。

2、 分析五轴加工中心在汽车模具加工中的应用

目前设计汽车零件主要使用的是CAD 系统,并通过逆向工程以及各种试验完成零件的设计,加工模具的复杂表面使用的是CAM 软件,但是,怎样才能够确保设计与加工时的精度则要靠数控加工了,笔者在下文分析了五轴加工中心在模具加工中的应用同汽车模具质量的之间的关系。

2.1 对深腔模具的加工

汽车模具制造的过程当中,加工深腔模具时如应用三轴加工中心,要想实现必须加长刀柄和刀具,但是利用五轴加工中心加工比较深与比较陡的型腔时,要想给模具加工创造较好的工艺条件可以通过工件或主轴头的附加回转和摆动,能够使刀具长度得到适当地缩短,从而杜绝刀具同刀杆以及型腔壁之间产生碰撞现象的发生,减少加工时刀具的抖动与破损,刀具的使用寿命得到延长,模具的表面质量和加工效率也大大提高。

2.2 模具侧壁的加工

对模具侧壁的加工,应用三轴加工中心刀具长度要比侧壁深度大,也是由侧壁深度来决定刀具长度的,若增加刀具的长度,其强度会明显降低,若刀具长度高于3 倍径让刀现象便会发生,工件的质量将难以保证。如应用五轴加工中心对模具的侧壁加工,能利用主轴或是工件的摆动,使刀具与模具侧壁呈现出垂直的状态,铣模具侧壁时可以使用平面铣刀,这样可以提高工件质量并延长刀具的使用寿命。

2.3 模具较平的曲面加工

对模具较平的曲面加工时,三轴加工中心需用球刀精铣,获取好的表面质量,而这种情况下需要增加刀路,但球头刀刀具的中心旋转线速几乎为零,在模具加工时刀具损伤的程度较大,刀具的使用寿命会缩短,而模具表面质量也会变差。应用五轴加工中心加工较平的曲面,可以在工件上把刀具上成一定的角度再进行工件的加工,这样可以增加工件与球头刀间的相对线速,不但可以使刀具的使用寿命得到提高,工件表面质量也会大幅提高。

2.4 对模具不规则曲面进行加工

对于具有不规则曲面的模具加工时,以往普遍是通过三轴加工中心来完成,刀具切削模具的方向是沿切削的整个路径来运动的切削过程不会改变,这时刀具的刀尖切削的状态保证不了模具各部位的完美质量。像曲率改变比较频繁的模具和凹槽较深的模具就可以通过五轴加工中心来加工了,切削刀具始终都可以使切削状态达到最佳,刀具可以使整个加工路径运动的方向得到最大的优化,而刀具在这同时还能够作直线运动,模具的曲面中每一部位都会较为完美。

2.5 模具不同几何形状的加工

应用五轴加工中心对有三维曲线平面的模具加工时,对模具的切削加工始终保护在最佳的工作状态,刀具工作的角度可以在机床加工的任意区域内被改变,从而完成几何形模具的加工。

2.6 模具斜面上斜孔的加工

对模具斜面斜孔进行加工时,利用五轴加工中心能够通过摆头式机床摆头加工的动作,在工件斜面垂的方面放置主轴,并定位于准确的孔位。要想要模具上准确的加工出斜孔,需要至少两个线性轴插补运动才可以,而孔位的精度也在这个过程中明显降低。加工斜面孔如用摆台式的五轴加工中心,动作是通过机床摆台将模具的斜面放置在同主轴相垂的位置,主轴其中一个线性轴的单独运动斜孔的加工就能完成,可明显提高孔的精度。

2.7 对模具无方向变化直线的铣削

要想铣削没有方向变化的一条直线,只要刀尖划条直线便可,若是方向需要改变,刀尖划条曲线便可,刀具刀尖方向被改变,这时再想要直线,就要给这条曲线以必须的补偿,应用五轴加工中心这点是极其重要的。控制系统若未考虑到刀具的长度,刀具是围绕轴中心来旋转的,刀具的刀尖不能够固定,极有可能会移出当前的工作位置,但是在五轴加工中心的系统中具备五轴控制功能,在加工模具的操作中,使用五轴控制系统虽然刀具的方向被改变,但其刀尖的位置是可以保持不变的,这个过程中xyz 轴必须的补偿运动同时也被自动计算进去,此时加工精度明显提高。

总之,在模具加工当中,应用五轴加工中心能避免刀具的干涉,可对普通的三坐标机床难以加工的复杂零件进行加工,对直纹面类模具的加工,可采用侧铣式一刀成型技术,加工的质量好,效率也高。对于立体型面,特别是大型的较平的表面加工时,可通过大直径端铣刀端接近大型表面来加工,走刀次数会减少,残余高度较小,加工效率和表面质量能够得到有效提高。对模具多个空间表面可一次装夹来进行多工序和多面加工,使得加工效率提高,还能够有效提高各个表面相互位置的精度。应用五轴加工中心对模具加工时,对于工件来说,刀具可始终处在最为有效的切削状态下,在某些加工场,能够采取大尺寸刀具来避开相互的干涉,这种刀具的刚性较好,加工精度与加工效率都能够得到提高。因此,五轴加工中心的加工适应性较广,值得广泛推广。


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