現(xiàn)如今，企業(yè)必須通過(guò)快捷而靈活的加工工藝，來(lái)應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的競(jìng)爭(zhēng)壓力。在大多數(shù)情況下，加工時(shí)間的縮短，往往不是依靠現(xiàn)代化的設(shè)備和銑刀技術(shù)，而是通過(guò)上游或中間流程，如硬化處理的優(yōu)化而得以實(shí)現(xiàn)的。上游或中間的工藝流程可能占用大量的時(shí)間和物流資源，因此會(huì)無(wú)謂地延長(zhǎng)制造過(guò)程的時(shí)間。
硬銑削在常規(guī)的工具制造生產(chǎn)鏈中，可以提供巨大的改進(jìn)潛力，在某些情況下，甚至可以取代傳統(tǒng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。但是，硬銑削的原則是：并非所有“可操作”的場(chǎng)合都具有經(jīng)濟(jì)性。在加工極硬、極細(xì)、極小和極復(fù)雜外形的特殊材料時(shí)，可供采用的流程工藝仍具有其局限性。
硬質(zhì)涂層可以提高生產(chǎn)率
硬質(zhì)材料涂層技術(shù)的快速發(fā)展，是挖掘硬銑削高效加工潛力的一個(gè)重要因素，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)50~67HRC硬度的材料進(jìn)行加工。今天在這方面，典型的TiAlN-PVD涂層已經(jīng)得到了應(yīng)用，這種材質(zhì)通過(guò)改變涂層結(jié)構(gòu)和添加其他合金元素而得到進(jìn)一步的優(yōu)化。此外，在提高工藝流程的效率和能力方面，CAM技術(shù)和設(shè)備技術(shù)都做出了各自的貢獻(xiàn)。尤其是五軸同步加工具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，因此成為很多加工中心追求的目標(biāo)。
早在20世紀(jì)90年代初，人們就對(duì)采用五個(gè)同步控制機(jī)軸對(duì)模具空穴的加工有所了解，并做出了描述。更屬于這項(xiàng)技術(shù)范疇的還有較大的行寬、較短且較穩(wěn)定的銑刀、對(duì)模具外形的任意可加工性、更穩(wěn)定且可保護(hù)刀具的流程等特征。
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的整體加工
只要觀察一下碟片邊緣，便可發(fā)現(xiàn)一種有趣的現(xiàn)象：目前對(duì)渦輪葉片的加工技術(shù)發(fā)展，特別是所謂的Blisks（刀刃集成盤(pán)）和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的整體加工，往往都具有類(lèi)似的邊緣條件。尤其是在這種場(chǎng)合中所采用的材料（鈦基和鎳基合金）會(huì)對(duì)加工工藝提出類(lèi)似于硬加工的較高的要求。
在對(duì)典型工件的五軸硬加工的軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，切削分度可以與三軸加工邊緣條件下的做法有所不同。在那種場(chǎng)合中，由于切入狀況會(huì)受到另外兩個(gè)軸的影響，因此同樣采用另類(lèi)的刀具。這樣在粗加工時(shí)，即可切削掉大部分材料，又可以很接近于工件的外形輪廓。這對(duì)于后續(xù)的工序，如粗磨和精磨的工藝條件來(lái)說(shuō)有著極大的改善。由此可以極大縮短粗磨所需時(shí)間，減少刀具的磨損，提高工藝流程的安全性。在精加工時(shí)，通過(guò)在定向運(yùn)行上所獲得的靈活性，即可采用行距較寬的刀具，從而可以大幅度地降低精加工軌跡的數(shù)量。這就意味著在確保同樣的表面質(zhì)量的前提下，可使生產(chǎn)時(shí)間從以小時(shí)計(jì)算改為分鐘計(jì)算。
今天，只要環(huán)顧一下工具制造業(yè)的情況，即可發(fā)現(xiàn)很少場(chǎng)合真正用到五軸同步加工。盡管在大多數(shù)情況下，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行所需的配備，而通常只采用三軸，或頂多再攜帶一個(gè)可調(diào)節(jié)的第四軸或第五軸進(jìn)行加工。其原因何在？實(shí)際情況是，五軸加工的編程工作耗時(shí)巨大，由于缺乏技術(shù)訣竅，造成了整體經(jīng)濟(jì)效益大幅提升受到阻礙；因此在這種受限的情況下，三軸加工方法反而更具實(shí)際意義。此外，能夠滿足對(duì)流程引導(dǎo)和對(duì)剩余材料識(shí)別的特殊要求的CAM軟件也尚未完成匹配。而這些特殊要求恰恰需要從硬銑削加工中顯現(xiàn)。這對(duì)于需要保持恒定的刀具切深及載荷條件的粗銑和粗磨加工場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，具有特別重要的意義。
軌跡運(yùn)行波動(dòng)加大刀刃負(fù)載
刀具尖部或刀具軸向上的顫抖軌跡運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致刀具和刀刃的負(fù)荷加大。將NC程序與機(jī)床設(shè)備的動(dòng)態(tài)載荷性能一起進(jìn)行詳盡的探究，對(duì)于保持硬加工過(guò)程窗口的狹窄極限值是非常有益的。一旦因非勻稱軌跡導(dǎo)向和軸載荷加大而脫離這種狹窄值的流程窗口，則會(huì)導(dǎo)致刀具嚴(yán)重磨損和輪廓削痕。
為了在運(yùn)用動(dòng)態(tài)及控制模型的情況下實(shí)現(xiàn)NC數(shù)據(jù)分析和*化調(diào)節(jié)，F(xiàn)raunhoferIPT公司研發(fā)出了NC-Profiler軟件（圖1）。這種軟件可以對(duì)刀具行程的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識(shí)，用戶可以對(duì)NC程序塊、軸曲線圖和3D刀具軌跡進(jìn)行同步觀察，由此可以快速了解刀具路徑中損壞區(qū)域的信息。采用不同的NC-Profiler軟件功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)新刀具的部分自動(dòng)或手動(dòng)的優(yōu)化調(diào)節(jié)和確認(rèn)。
軌跡信息不受設(shè)備類(lèi)型影響
在CAM系統(tǒng)上設(shè)計(jì)軌跡時(shí)，軌跡信息基本上不受設(shè)備類(lèi)型的制約。因此，對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性及其對(duì)后續(xù)流程引導(dǎo)的影響，可暫不予考慮。在常規(guī)的三軸加工場(chǎng)合中，設(shè)備及其控制系統(tǒng)的影響在大多數(shù)情況下都不大，這是因?yàn)樗皇侵苯优c工件發(fā)生關(guān)聯(lián)。而在五軸加工場(chǎng)合，情況則不同。如果需要五軸同時(shí)運(yùn)行，則運(yùn)動(dòng)必須同步進(jìn)行，否則就可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的輪廓偏差。根據(jù)不同的加工方式（端面銑削或側(cè)面銑削），定向軸或多或少都具有影響。例如在側(cè)面銑削中，如果定向運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)非勻稱，則在工件上直接就會(huì)出現(xiàn)痕跡。此外，刀具也會(huì)受到很大的載荷，甚至?xí)霈F(xiàn)刀具折斷的危險(xiǎn)。
因此，從CAM系統(tǒng)的軌跡設(shè)計(jì)、后置處理程序、同步運(yùn)行方案，一直到控制系統(tǒng)與機(jī)床設(shè)備，應(yīng)注意采用一種貫穿式的技術(shù)方案。最近對(duì)貫穿式同步環(huán)節(jié)應(yīng)用（集成到UnigraphicsNX5上）的研究，在“高薪*集成生產(chǎn)技術(shù)”的框架協(xié)議內(nèi)（ICDB2.2），得到了德國(guó)研究協(xié)會(huì)DFG的支持。
目前研究工作的目標(biāo)在于，對(duì)工具制造業(yè)中五軸同步加工進(jìn)行研究，以降低編程的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)熱流道模具加工的良好效益性。這也是一個(gè)由歐盟委員會(huì)贊助的為時(shí)兩年的HardPrecision精密硬加工研究項(xiàng)目的目標(biāo)之一，這項(xiàng)工作由FraunhoferIPT公司聯(lián)合其他11家合作伙伴共同執(zhí)行。這項(xiàng)合作涉及到全歐洲的工具與模具制造業(yè)中不同領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)、設(shè)備制造廠商、CAM供應(yīng)商、刀具和涂層廠家、測(cè)量單位、夾具廠家和最終用戶。其間除了新型全靜壓軸承的機(jī)床設(shè)備之外，也對(duì)硬銑削的整體流程環(huán)節(jié)進(jìn)行了觀察，以達(dá)到所設(shè)定的目標(biāo)。
通過(guò)粗加工實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的精磨余量
五軸同步硬加工的一個(gè)例子便是對(duì)用于白鐵皮罐精密深拉的模具的加工。模具對(duì)材質(zhì)和表面質(zhì)量以及精度的要求極高，這是因?yàn)樯罾に囍瞥傻墓ぜ仨殱M足在各個(gè)元件的密封性和可重復(fù)制造性的苛刻要求。為了能夠從一種統(tǒng)一的坯料中，快速加工出各種不同的造型，從簡(jiǎn)單的粗鉆孔出發(fā)，以硬化處理過(guò)的坯料作為銑削加工的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)粗加工和粗磨工藝時(shí)的焦點(diǎn)在于，如何在極短的時(shí)間內(nèi)通過(guò)對(duì)銑床的*利用，達(dá)到統(tǒng)一的加工余量，使得最終的精磨流程能夠?qū)群偷a嬤柿坑興岣摺?/p>
*的粗加工流程降低精磨費(fèi)用
采用理想的工藝設(shè)計(jì)，可以通過(guò)一個(gè)粗加工程序?qū)崿F(xiàn)熱流道腔的無(wú)級(jí)擴(kuò)孔加工。這可以明顯降低精磨的費(fèi)用，由此不僅可以節(jié)省整體加工時(shí)間，而且也可以節(jié)省在三軸粗加工時(shí)需要?jiǎng)冸x剩余材料的編程費(fèi)用。五軸同步粗加工的加工策略如圖2所示。
刀具在加工過(guò)程中，一方面需要逐步適應(yīng)從工件中心鉆削圓孔，向最終直角外形的過(guò)渡，另一方面也需要在垂直的平面上做出傾斜，以便在*一個(gè)步驟中，可以通過(guò)滾銑工藝，加工出工件的傾斜內(nèi)輪廓。而在采用三軸運(yùn)行導(dǎo)向時(shí)，刀刃往往只能實(shí)現(xiàn)很淺的切削深度，因此也只能有部分刀刃被使用到。這里介紹的加工策略可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀刃的完全利用，因此在采用螺旋式刀具時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)比較穩(wěn)定的工藝流程和刀刃上比較均勻的磨損分布狀態(tài)。
對(duì)所述加工策略的評(píng)估表明，盡管采取的是整體硬加工，但是也可以達(dá)到常規(guī)型或復(fù)合型軟、硬和EDM加工所達(dá)到的類(lèi)似的加工時(shí)間。鑒于物流費(fèi)用明顯降低，加工時(shí)間明顯縮短，因此，五軸硬加工還是具備顯著的優(yōu)勢(shì)的。
