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現如今，企業(yè)必須通過(guò)快捷而靈活的加工工藝，來(lái)應對日益增長(cháng)的競爭壓力。在大多數情況下，加工時(shí)間的縮短，往往不是依靠現代化的設備和銑刀技術(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(cháng)制造過(guò)程的時(shí)間。
硬銑削在常規的工具制造生產(chǎn)鏈中，可以提供巨大的改進(jìn)潛力，在某些情況下，甚至可以取代傳統的生產(chǎn)環(huán)節。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)濟性。在加工極硬、極細、極小和極復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)現對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)得到了應用，這種材質(zhì)通過(guò)改變涂層結構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)和設備技術(shù)都做出了各自的貢獻。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。
早在20世紀90年代初，人們就對采用五個(gè)同步控制機軸對模具空穴的加工有所了解，并做出了描述。更屬于這項技術(shù)范疇的還有較大的行寬、較短且較穩定的銑刀、對模具外形的任意可加工性、更穩定且可保護刀具的流程等特征。
壓縮機轉子的整體加工
只要觀(guān)察一下碟片邊緣，便可發(fā)現一種有趣的現象：目前對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)）和壓縮機轉子的整體加工，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 )對加工工藝提出類(lèi)似于硬加工的較高的要求。
在對典型工件的五軸硬加工的軌跡進(jìn)行設計時(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。這對于后續的工序，如粗磨和精磨的工藝條件來(lái)說(shuō)有著(zhù)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量。這就意味著(zhù)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)計算改為分鐘計算。
今天，只要環(huán)顧一下工具制造業(yè)的情況，即可發(fā)現很少場(chǎng)合真正用到五軸同步加工。盡管在大多數情況下，可以對設備進(jìn)行所需的配備，而通常只采用三軸，或頂多再攜帶一個(gè)可調節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(mǎn)足對流程引導和對剩余材料識別的特殊要求的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。這對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。
軌跡運行波動(dòng)加大刀刃負載
刀具尖部或刀具軸向上的顫抖軌跡運動(dòng)會(huì )導致刀具和刀刃的負荷加大。將NC程序與機床設備的動(dòng)態(tài)載荷性能一起進(jìn)行詳盡的探究，對于保持硬加工過(guò)程窗口的狹窄極限值是非常有益的。一旦因非勻稱(chēng)軌跡導向和軸載荷加大而脫離這種狹窄值的流程窗口，則會(huì )導致刀具嚴重磨損和輪廓削痕。
為了在運用動(dòng)態(tài)及控制模型的情況下實(shí)現NC數據分析和最佳化調節，FraunhoferIPT公司研發(fā)出了NC-Profiler軟件（圖1）。這種軟件可以對刀具行程的危險區域進(jìn)行標識，用戶(hù)可以對NC程序塊、軸曲線(xiàn)圖和3D刀具軌跡進(jìn)行同步觀(guān)察，由此可以快速了解刀具路徑中損壞區域的信息。采用不同的NC-Profiler軟件功能，可以實(shí)現對新刀具的部分自動(dòng)或手動(dòng)的優(yōu)化調節和確認。
軌跡信息不受設備類(lèi)型影響
在CAM系統上設計軌跡時(shí)，軌跡信息基本上不受設備類(lèi)型的制約。因此，對機床的動(dòng)態(tài)性及其對后續流程引導的影響，可暫不予考慮。在常規的三軸加工場(chǎng)合中，設備及其控制系統的影響在大多數情況下都不大，這是因為它不是直接與工件發(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)運行，則運動(dòng)必須同步進(jìn)行，否則就可能會(huì )導致嚴重的輪廓偏差。根據不同的加工方式（端面銑削或側面銑削），定向軸或多或少都具有影響。例如在側面銑削中，如果定向運動(dòng)呈現非勻稱(chēng)，則在工件上直接就會(huì )出現痕跡。此外，刀具也會(huì )受到很大的載荷，甚至會(huì )出現刀具折斷的危險。
因此，從CAM系統的軌跡設計、后置處理程序、同步運行方案，一直到控制系統與機床設備，應注意采用一種貫穿式的技術(shù)方案。最近對貫穿式同步環(huán)節應用（集成到UnigraphicsNX5上）的研究，在“高薪國家集成生產(chǎn)技術(shù)”的框架協(xié)議內（ICDB2.2），得到了德國研究協(xié)會(huì )DFG的支持。
目前研究工作的目標在于，對工具制造業(yè)中五軸同步加工進(jìn)行研究，以降低編程的費用，實(shí)現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精密硬加工研究項目的目標之一，這項工作由FraunhoferIPT公司聯(lián)合其他11家合作伙伴共同執行。這項合作涉及到全歐洲的工具與模具制造業(yè)中不同領(lǐng)域的科研機構、設備制造廠(chǎng)商、CAM供應商、刀具和涂層廠(chǎng)家、測量單位、夾具廠(chǎng)家和最終用戶(hù)。其間除了新型全靜壓軸承的機床設備之外，也對硬銑削的整體流程環(huán)節進(jìn)行了觀(guān)察，以達到所設定的目標。
通過(guò)粗加工實(shí)現統一的精磨余量
五軸同步硬加工的一個(gè)例子便是對用于白鐵皮罐精密深拉的模具的加工。模具對材質(zhì)和表面質(zhì)量以及精度的要求極高，這是因為深拉工藝制成的工件必須滿(mǎn)足在各個(gè)元件的密封性和可重復制造性的苛刻要求。為了能夠從一種統一的坯料中，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。#p#分頁(yè)標題#e#設計粗加工和粗磨工藝時(shí)的焦點(diǎn)在于，如何在極短的時(shí)間內通過(guò)對銑床的最佳利用，達到統一的加工余量，使得最終的精磨流程能夠對精度和表面質(zhì)量有所提高。
最佳的粗加工流程降低精磨費用
采用理想的工藝設計，可以通過(guò)一個(gè)粗加工程序實(shí)現熱流道腔的無(wú)級擴孔加工。這可以明顯降低精磨的費用，由此不僅可以節省整體加工時(shí)間，而且也可以節省在三軸粗加工時(shí)需要剝離剩余材料的編程費用。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，以便在最后一個(gè)步驟中，可以通過(guò)滾銑工藝，加工出工件的傾斜內輪廓。而在采用三軸運行導向時(shí)，刀刃往往只能實(shí)現很淺的切削深度，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)現對刀刃的完全利用，因此在采用螺旋式刀具時(shí)，可以實(shí)現比較穩定的工藝流程和刀刃上比較均勻的磨損分布狀態(tài)。
對所述加工策略的評估表明，盡管采取的是整體硬加工，但是也可以達到常規型或復合型軟、硬和EDM加工所達到的類(lèi)似的加工時(shí)間。鑒于物流費用明顯降低，加工時(shí)間明顯縮短，因此，五軸硬加工還是具備顯著(zhù)的優(yōu)勢的。
