五軸加工技術是現代制造業生產中的高端技術，在復雜高精度零件生產中占有極其重要的地位。隨著現代制造業的不斷發展，五軸加工技術因為其可以縮短施工準備周期、降低工裝成本及提高生產效率等方面成效顯著，在機械、航天、汽車、機車零件加工領域的應用日趨廣泛，目前五軸加工技術從機床聯動軸數量的角度下來說大體上可以分為五軸聯動加工與五軸3+2軸定位加工兩種，其中3+2軸定位加工以其加工成本相對較低及應用面廣的特點在零件加工領域占據了更大的比重。本文在CIMATRON軟件平臺的基礎上，借助應用實例，通過工件的裝夾、定位和加工方案的設計3個方面對五軸3+2定位加工技術進行探討。

　　五軸3+2技術從機床聯動可以定義為是針對具備X/Y/Z 3個直線移動軸，A、B、C(3個旋轉軸中任意兩個軸的機床，大多數五軸機床是由3個直線坐標軸和2個回轉軸組成)運動功能的機床控制的方法的技術，優點是切削穩定，基本跟三軸一樣控制，開粗余量比較好計算，而且只有直線軸聯動，加工速度比較快。同時因為減少了聯動軸數，提高加工的穩定性。CIMATRON是以色列開發的強大的CAD/CAM軟件，主要側重于數控加工，通過實體或曲面混合建模，再通過編程向導生成刀具路徑來產生控制機床運動所需要的代碼。該軟件的E8版本開發的五軸模塊在實際加工中功能強大、使用簡便，本文通過應用實例進行說明。

1 模具凸模分析

　　1.1 圖樣分析

　　圖1為本文所需加工的樣例，從圖樣分析可以看出該凸模處于1個和水平面成30。的斜面上，如果采用普通三軸機床加工，由于其刀具相對于工件的位置角在加工過程中不能變，加工某些復雜自由曲面時，會產生欠加工(即加工不到)。采用傳統三軸加工方式要完成加工需要制作配合裝夾的工裝，同時由于毛坯的外表面為圓柱體，不易定位，該件為單件試制，制作工裝成本提高較多同時延誤交付時間。而用五軸機床加工時，可以通過CAM軟件控制CNC控制器實現對五軸機床的主軸頭或床身進行3+2分度處理從而實現對刀具/工件的位鼉角在加工過程中的調整。這樣就可以避免刀具工件的干涉并通過1次裝夾(如圖2)完成全部加工，在不考慮工裝的情況下提高了加工能力和生產效率，其基本加工工藝介紹如下。

　　1.2 工藝方案設計

　　1.2.1 加工準備

　　本例采用的DMG60P五軸機床進行驗證，機床結構顯示如圖3，該機床具備X/Y/Z 3個直線移動軸和B、C 2個旋轉軸；控制系統為Heidenhain IT—NC530，機床最高轉速18000r/min，材料為硬鋁件，車削加工成回轉棒料的基本形狀，上下定位表面平面銑削加工完畢，這樣可以減少在數控加工中的裝夾時間，毛坯裝夾方式如圖4。

　　1.2.2 加工工藝

　　加工流程見表1。

1)第1道工序

　　選取Φ20mm2刃鍵槽刀，材質為硬質合金，采用粗加工環切方式(如圖5)，在三軸狀態下進行加工，減少了聯動軸數，不僅金屬去除效率高，同時還提高了加工的穩定性，在切削參數選用方面可以選用轉速2300r/min，進給率1150mm/min，水平步距12mm，垂直步距0.6mm。

　　2)第2道工序

　　選取R5球刀，刀具材質為硬質合金，從圖樣中可以看出，該毪機模型凹陷處為凹球體，最小凹弧R24，那么采用R 5的球刀在三軸狀態下即可完成加工，為此采用2次開粗加工方式(如圖6)，該種加工方式的優點是在刀路生成前首先掃描前1個刀路的加工情況，在前l刀路的基礎上去除尚未加工的殘料，因此有效提高r加工效率，切削參數可以選用轉速8000r/min，進給率2400 mm/min，水平步距0.6mm，垂直步距0.4。

　　3)第3道工序

　　選取Φ12 mm 2刃鍵槽刀，刀具材質為硬質合金，飛機模具加工到這一步時，因為在三軸狀態下預留了部分加工不到的部位，那么為去除該部分材料，就必須將機床的其他兩個旋轉軸進行旋轉(如圖7)，采用環切方式，該種加工方式的優點是可以給后續的加工留下更均勻的余量，可以使下一把刀具在加工過程保持均勻的刀具載荷，從而保證加工出一致的喪面粗糙度，由于加工過程中刀具側刃的切削量不大，因此切削參數可適當提高，可選用轉速7000r/min，進給率1400mm/min，水平步距5mm，垂直步距0.5mm。

　　4)第4道工序

　　繼續使用上道工序所選取的Φ12mm刀具，本次需要完成的是該飛機模型地面的加工余量，在這個工序我們可以使用CIMATRONE 8.0中的水平區域加工(如圖8)，該種加工方式加工效率較高，捕捉輪廓線，以形偏移的方式圍繞飛機模型輪廓進行加工，可以有效的避免過切，由于該部分底刃在加工過程中切削面積大于上一流程，因此切削參數可適當降低，可選用轉速4 000r/min，進給率400mm/min，水平步距6 mm，垂直步距0.2 mm。

　　5)第5道工序

　　繼續使用上道工序所選取的R3刀具，本次需要完成的是該飛機模型曲面部分的加工余量，在這個流程可以我們可以使用CIMATRONE 8.0中曲面銑下的“根據角度精銑”(如圖9)，該策略使用斜率分析技術使被加工的曲面質量更高、更光順；對任何幾何形狀包括島嶼都能生成環繞精銑刀路，保證了按照用戶設定的側向步長完全加工所有的曲面區域；因為刀具比較小，為保證高的切削線速度，切削參數可以適當加大，可選用轉速10000r/min，進給率1000mm/min，水平步距0.35 mm，垂直步距0.2mm。

　　6)加工仿真

　　為了檢驗刀軌的正確性，防止加工中過切現象，CIMATRONE 8.0提供了強大仿真校驗功能。先通過前期的毛坯設定和零件設定，利用高級校驗功能可以實現仿真切削，如圖10 與成品對比(圖形模擬結果與成品對比)，圖形模擬結果還能根據顏色區分是否過切。

　　7)后置處理

　　Cimatron軟件五軸后置一般使用GPP2生成的方法，GPP2是CIMATRON公司為生成五軸機床后置開發的，生成的刀路文件可支持目前所有五軸機床的運行，同時它提供了非常豐富的定制功能，能生成任意形式的后置處理文件，從而可更好地提供支持高速加工、多軸加工的后置處理，用戶需要的后處理程序都可以通過執行GPP2后生成。以下框中是生成的程序部分代碼(備注：因主軸在45度斜面上，加工所需要的角度是C、B2軸復合形成)：

2 結語

　　五軸3+2定位加工可一次定位實現加工，較以往的三坐標零件加工，大大提高了加工質量和生產效率，同時提高了沒備的利用率，在五軸加工中占具了絕大多數市場份額，CIMATRONE 8.0以其強大的CAM功能已成功地應用于五軸加工，較好地解決該類零件批量生產中的質量和效率問題。隨著數控加工技術的小斷發展，五軸和高速加工必將成為主流。而5軸機床能否發揮它的應有效能，還需要依據加工對象不同結合CAM軟件的特點合理使用刀具與切削參數。