浅谈五轴联动加工中心在铸造泡沫模具制作中的应用

浅谈五轴联动加工中心在铸造泡沫模具制作中的应用

胡建克1，温陈德2，董林洁3

1.温州伟裕精密模具有限公司，浙江温州，325016

2.温州市中工精密模具有限公司，浙江温州，325000

3.温州润德科技有限公司，浙江温州，325016

摘要：五轴联动加工中心是数控机床中较具代表性的一类设备，它以自身所具备的加工精度高、生产效率高、加工方式多、加工范围广、智能程度高等特点，在诸多制造领域中得到越来越广泛的应用，模具制造便是其中之一。在相当长的一段时期内，泡沫模具加工采用的都是三轴加工中心，而五轴联动加工中心的应用，改变了手工拼接的制作方式，并且可以开发出复杂程度更高的泡沫模具。基于此，从五轴联动加工中心的特点及优势分析入手，论述了铸造泡沫模具制作中五轴联动加工中心的应用。

关键词：五轴联动加工中心；泡沫模具；制作加工

大型工程机械设备的铸件尺寸较大，在铸件验证阶段如果制作金属模型，则会导致成本提高，并且模具的制作周期比较长，会对正常的进度造成一定影响。泡沫模具的出现使这一问题得到解决，此类模具的成本较低，制作速度快，能够满足铸件验证的需求。在对泡沫模具制作时，为提高精度和效率，可对五轴联动加工中心合理应用。

1五轴联动加工中心的特点及优势

1.1主要特点

五轴联动加工中心是一类能够解决的曲面复杂模具加工的数控设备，该设备采用先进的技术，能够满足空间曲面的加工需要，可以同时加工五个面，能够使加工模具的表面精度得到保障。五轴联动加工中心的特点体现在如下方面：

1.1.1加工精度高

大量的应用实践表明，五轴联动加工中心的加工精度比较高，可以满足复杂工件高精度的加工需要。实际加工中，加工中心能够同时控制五个轴向的运动，准确控制刀具与工件的相对位置及角度，加工复杂轮廓时，精度可以达到0.005mm。

1.1.2生产能效高

五轴联动加工中心作为数控机床，其具有非常高的加工效率，可在同一个时间内完成多种加工操作，生产成本大幅度降低，生产效率显著提升，不需要频繁更换夹具，可实现快速加工。

1.1.3加工方式多

五轴联动加工中心能实现的加工方式比较多，如平面加工、球面加工、倾斜加工等，能够根据要求，生产处不同形状的工件。

1.1.4加工范围广

五轴联动加工中心能够加工不同材质的工件，如金属材质、非金属材质等，适用于模具、汽车、医疗等多个领域，应用前景非常广阔。

1.1.5智能程度高

五轴联动加工中心控制系统的智能化程度比较高，只要提前设定好相应的程序，加工中心便可自动完成工件的加工，期间不需要人为干预，不但节省了人工成本，还有效防止了人为操作误差的产生。

1.2技术优势

五轴联动加工中心作为数控机床中的代表性设备，它以自身所具备的诸多技术优势，在多个制造领域中得到广泛应用。对工件进行加工的过程中，位于平面端的铣刀能够使待加工工件的表面保持垂直，由此使加工所需的时间缩短；加工时，不需要过长的刀具便可使所有的工序一次性全部完成，对工具装夹一次后，便可通过对刀具切削方向的调整，完成复杂曲面的加工。除此之外，五轴联动加工中心弥补了三轴加工中心存在的缺陷和不足，加工工件的精度更高、质量更好，这在模具加工中体现的更加明显。正因如此，使得五轴联动加工中心成为模具加工的首选设备。

2泡沫模具制作中五轴联动加工中心的应用

2.1五轴联动加工中心的选用

为满足泡沫模具的制作需要，选用国内某生产厂家制造的数控加工中心，它的机体采用的是龙门式全封闭构造，这是一款专为木模、泡沫设计的加工中心，机床具有高效、稳定、精度高等特点。刀库为圆盘转塔式，能够安放的刀具数量为8只，刀库内所有的刀具均可以实现自动换刀。

2.2五轴联动泡沫模具加工

2.2.1铸造模具

利用五轴联动加工中心制作泡沫模具的过程中，可以通过相应的三维制图软件，如UG等。在对主要参数设置时，可以将铸造工艺图作为依据，使用所选的制图软件便可绘制出泡沫模具的三维效果图。

2.2.2加工编程

在对加工程序进行编辑时，可以选用UG制图软件，这款软件是由德国的Siemens公司研发，集多种功能于一身，在数控设备程序编辑中的应用非常广泛。具体的编程步骤如下：①从软件中选取与泡沫模具制作要求相符的加工程序，根据常规铸造的加工特点，选择立式铣床对模具进行粗加工，选择五轴铣床、轮廓铣床等对粗加工后的模具精加处理。②合理选择刀具是确保模具加工精度和质量的关键，具体的选择方法如下：立式铣床的刀具直径以25mm为宜，球刀的直径可以按照加工需要选择25mm或12mm。③主轴的转速和进给速度与机床的加工效率密切相关，结合泡沫模具的加工要求，可按6000-12000r/min，对主轴的转速进行设定，并按8000-13000mm/min设定进给速度。④在数控加工中，要对两条刀路之间的间隔距离合理设定，通常情况下，粗加工可以按照所选刀具直径的50-75%进行设定，即15-30mm，精加工则可根据恒定值设定，即2.0mm，间距设定好以后，通过计算便可生成刀具路径。

2.2.3导入程序

先将刀具路径生成五轴联动加工中心能够识别的代码，即NC，然后将NC导入到OSAI数控加工系统中，通过系统能够观察到刀具运行轨迹所处的位置。通常情况下，里层的刀轨为已经加工完毕，而外层的刀轨为尚未加工。

2.3泡沫模具加工

2.3.1制作毛坯

根据铸造工艺，利用UG制图软件对毛坯的三维图进行制作，在制作毛坯三维图的过程中，要对加工中心的加工余量合理设置，以10-20mm之间为宜。当制作的泡沫模具结构较为复杂时，可在20mm的基础上对余量适当增加。

2.3.2加工制作

在五轴联动加工中心的工作台上，将泡沫模具的加工底板用压具固定牢靠，然后在底板上划出十字中心线，并在泡沫毛坯上贴好布基胶带，粘于底板上，使毛坯的中心线与底板上的中心线相重合。准备工作完成后，关联坐标，向加工中心的控制系统中输入NC程序，经编码器转换后，使加工中心的刀轴联动，以此来完成对泡沫模具的加工制作，获得精度和质量达标的模具。

3结论

综上所述，泡沫模具制作是一项对精度和质量要求较高的工作，为在保证加工精度的前提下，提高模具的整体质量，可对五轴联动加工中心合理应用。在具体应用时，要选择适宜的设备，设置好参数，并按照编辑的程序进行加工，从而获得所需的泡沫模具。

参考文献

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