合理应用五轴加工技术

　　随着自动化工具，例如，自动编程和刀具轨迹自动生成的软件不断出现，5轴加工技术和普通机床加工的界线，不仅仅是模糊而是完全消失了。“5轴加工技术不再是只用于加工叶片等形状特别复杂的高精度零件。”Tooling & Assembly系统公司(位于加利福尼亚州的Simi Valley)老板Mike Giboney说。

　　Giboney先生的8人加工车间，是一个21世纪现代化加工车间的成功典范。“我们不是仅能加工零件，”他说，“几乎所有的金属加工车间都只能简单地加工零件。我们则不同，我们已经能集成零件加工、部件装配乃至整机的装配与调试于一体。取得成功的关键是创造性地使用机床、工具，提供用户在别处得不到的技术服务。”

　　Tooling & Assembly系统公司于1996年建成。Giboney先生原来是一个机加工人，他当时就认为，一个新型的现代化车间，应该是一个能够进行零件加工、组件装配与整机装配、调试，能及时交付产品的生产单元。“我当时就想着建造一个能够处理用户不同需要的新型的现代化车间。”Giboney先生回忆说。

　　最近他的车间积极探索了5轴加工技术，并验证了他最初想法的正确，而且将这一认识几乎贯穿到他的整个生意中。“5轴加工中使用到的零件加工技能和知识都是工人必须掌握的。”Giboney先生说。“工人的加工技术非常熟练。但他们的技能和知识还主要集中用于对技术难题的解决、加工过程的优化和设法使效率进一步提高等方面。我们尽量让机床自动地加工零件。”

　　都会认为这样作效率很低，生产成本高。而Giboney先生对5轴加工技术的认识则完全不同。

　　他认为，减少零件的装夹和周转次数是最好的解决方案，它远比只考虑零件的几何形状重要得多。

　　偶尔五轴加工

　　传统上，车间总是从工件的角度探讨5轴加工技术的使用。一种双重结构经常存在于这些车间。从零件角度出发，他们只考虑普通机床和5轴加工机床之间，在最影响用户下决心的报价、每小时加工费用和其它的几乎所有与费用有关的因素方面存在着的差别。

　　其中的一部分，是5轴加工机床的额外费用。而且这些额外的费用会随着5轴加工技术的继续使用变得越来越低。

　　在Giboney先生的车间，5轴加工和3轴加工之间，没有严格的等级区别。“我们这里已经不着眼于考虑分出什么是5轴零件或3轴零件，”Giboney先生说，“我们只是设法分析如何以尺寸公差为基础，表面光洁度的要求为必要条件，想出最好的办法去定位与装夹好零件进行加工，保证在规定的时间内，按质按量地交付产品。许多零件都可以在我们的3轴加工中心上加工或进行5轴加工。”

　　Tooling & Assembly系统公司可以加工大型零件，因为他们最近从哈斯(Haas)自动化公司(位于加利福尼亚州的oxnard)购买了一台哈斯VF2型5轴加工机床。“对于VF2机床，我们已具有两年的加工经验。”Giboney先生说，“我们的机加工人能令人惊愕地直接对一根棒料毛坯进行3轴铣削加工。早在今年年初，一个航空航天用户寻找一个公司为他们加工一个形状很复杂的零件。在我们知道了公司的要价后，知道来了好生意。我们对一批这样的零件进行了5轴加工。然而并没有为此专门购买一台5轴加工机床。”

　　他们的解决方案是使用一个具有高速加工能力和安装有一个可双轴摆动工作台的哈斯VF4型机床进行加工。这一新结构机床可以使车间通过合理的资金投入，就能够根据加工零件的不同，高柔性地进行3轴、4轴和5轴加工的任意选择。对于重为800磅的工作台的更换需用花费4个小时。但它一经使用，就能在CNC系统控制下进行加工。当然，控制系统(包括CRT)是可以方便地在进行3轴或4轴加工时，与工作台的连接切断。

　　“通常，我们会把工作台放在加工中心上，加工任何待加工零件，只有当Z轴运动行程受到影响时才取下。因为机床最初设计时并没有考虑这一工作台的安装。否则将会减少Z轴行程。”Giboney先生说。

　　恰当的搬移

　　对于最优的加工方法，尤其是高精度零件加工，减少或取消零件的搬移是主要目的。而机床及其夹具，经常限制了这个能力。

　　“在我们车间，决定是否安装可双轴摆动工作台的标准是，当需要多次装夹才能加工完多个侧面或多表面零件的时侯。”Giboney先生说，“我们是根据零件几何形状的复杂程度，看通过使用5轴加工，能取消或减少零件的搬移次数和装夹次数的多少，来决定是否使用5轴加工。而不是只表面地看一下零件的几何形状。”Giboney先生说，“当你不得不搬动零件到另一台机床上加工时，就已经存在因重复装夹而产生的潜在误差。一丝纤维线头，一小片污垢或切屑碎片都能引起零件定位误差而影响加工精度。我们的想法是通过一次装夹中，进行5轴加工，尽可能地从根本上去除因多次装夹定位产生的累积误差。”

　　减少夹具的数量和复杂程度，需要进行一个重要的工作是，考虑是否选择在一个安装有可双轴摆动工作台机床上加工。研究的结果是，许多在其它车间被认为是不需要使用5轴加工的零件，在这里都在所谓的5轴机床上进行加工。按照Giboney先生的介绍，“为了扩大生产，他们现在已能够使用多台高效率机床进行加工，除了原有的机床，又购买了两台新的立式机床。”

　　在具有了5轴加工能力的机床后不久，车间很快赢得了生产如图1所示的铝制航天航空零件的加工合同。

　　“这个零件需要11道不同工序的加工。”Giboney先生说，“使用我们设计的夹具，能够在一次装夹中进行9道工序的加工。这一技术上的改进，极大地提高了生产效率，降低了生产成本。使原来的6个月加工8个零件的生产周期，减少到3个月内加工完8个零件。”

　　自动编程

　　Giboney先生，一个机加工人出身的拥有8个雇员的业主和经理。他的办公室就在车间的生产现场，他能看到和知道加工中的出现的一切情况。“我一直为我自已的CNC机床编零件加工程序。”Giboney先生说，“我的机床加工经历从使用手控铣床，例如桥堡(Bridgeports)铣床，然后转换到CNC编程，转变过程相当容易。因为目前一切自动化工具和方法，均已集中在成熟的CAD/CAM软件的编程中了。”

　　在能进行5轴和3轴加工的两台哈斯机床上，Giboney先生使用了由Mastercam/CNC 软件公司开发的能自动生成刀具轨迹的Mastercam软件。

　　“使用这个主要用于高速加工过程和能严密嵌入到CNC系统中的高端软件，能在我们购买的VF4机床上进行高速加工。” 他说，“我一般能在接到任务后的1个小时内，编好零件的加工程序。当然，多年的机加工经验帮助了我。 例如，一般人认为，编一个使用0.125英寸立铣刀加工一个3英寸深糟的程序，是相当困难的。但实际上，在安装有可双轴摆动的机床上，使用Mastercam软件的代码进行自动编程是件非常容易的事情。”

　　对于航天航空零件的加工，既使在安装有可双轴摆动工作台的机床上，也需要进行两次装夹加工。它们在经过粗加工和半精加工后，需要按排一道消除加工应力的热处理工序。然后再进行精加工。对于精加工，需在零件表面留有0.020英寸的精加工余量。“这个精加工余量的剩留，在Mastercam软件中，只使用一个简单的命令即可完成。”Giboney先生说。“这是一个基本的刀具的偏置(量)命令。”

　　高端加工车间

　　Tooling & Assembly系统公司继续通过提供超越传统零件加工、集设计和制造于一体的服务来开拓市场。“顺应金属加工行业的变化，要求机加工车间具备更好的柔性。”Giboney先生说，“谈到柔性，首先是个观念问题，其次才能获得高效率的生产。”