五軸聯動數控電加工技術問題的討論

黃勇剛

摘 要：隨著自動化技術的不斷進步，對于復雜曲面的精密加工問題有了進一步要求。五軸聯動數控電加工技術是數控技術中應用范圍最廣但又難度最大的技術，利用其技術可滿足特殊且復雜形狀材料的加工工藝要求，加工精度極高。本文探討五軸聯動數控電加工技術的應用，并且討論分析在應用過程中存在的有關問題，有助于五軸聯動數控電加工技術在各個領域的發展與進步。

關鍵詞：五軸聯動；加工；復雜；高精度；電加工技術

前言

傳統加工技術對于復雜加工材料以及高要求材料的加工存在困難，為了解決這一問題，根據電解與機械相復合的加工原理，研究了五軸聯動數控電加工技術在各個方面的應用，其優勢在應用過程中得到了最大化發揮，使其成為了現代化電加工技術的關鍵技術。近幾年來，伴隨著計算機輔助制造（CAM）以及計算機輔助設計 （CAD）在各個領域取得的突破性發展，許多數控電加工企業紛紛推出五軸聯動數控電加工技術系統，沖破了國外的技術封鎖，在很大程度上促進了國家技術的進步與發展。但是這一技術存在著很大的難度，需要對其進行不斷的研究，學習國外對這一技術應用的豐富經驗，使其能夠最大化地在企業生產上發揮作用，為機械制造業貢獻力量。

1 五軸聯動數控電加工技術的應用

1.1 電火花低速走絲線切割

在國內的航空航天、模具以及軍事工業等領域，需要加工三維復雜直紋面精密零件，而且對其切割加工具有高精密、高效率及微細的特殊要求，這是傳統數控電加工技術的難題。由國外引進的FA20PS Advance四軸聯動精密數控低速走鏈線切割加工機床，并且伺服控制回轉工作臺B軸（定位精度±5），兩者相互結合進行五軸聯動數控電火花低速走絲線切割加工機床，實現對三維復雜直紋面精密零件的精密切割加工工藝。這一設備的各個技術指標都是非常具有優勢的，其主要利用五軸五聯動數控電火花低速走絲線切割加工機床，來進行對螺旋槳注塑模型腔精密加工，在一定程度上，滿足了生產的技術指標，產品也得到了一致認可，使得模具加工水平一直處于國內領先地位。

1.2 數控電火花成形加工

針對復雜零部件的成形加工過程，五軸聯動數控電火花成形加工機床在加工航空航天等領域的精密復雜零部件有著很大的優勢，例如航空航天方面的渦輪機匣、帶冠整體渦輪盤等零部件的精密成形加工。對于特殊材料的加工，包括鋁合金、耐熱合金、低膨脹臺金及鈦合金等，都有著很好的加工效果。其中，五軸聯動數控電火花成形加工機床的主要性能技術指標有：尺寸精度在0.002mm左右；最大電極重量為50kg；最佳表面粗糙度Ra=0.2μm；最大工件尺寸為1100×700×250mm；X、Y、Z工作行程為550×350×450mm。五軸聯動數控電火花加工系統是采用上下位機的體系結構，如圖1。

1.3 電解-機械復合加工

利用五軸聯動數控電解-機械復合加工技術，可有效解決復雜零件的加工成型要求。在這一過程中，切割、磨削、鏜銑削、拋光以及復合鉆削等方面，都能實現精密加工的良好效果。五軸聯動數控電解-機械復合加工技術的主要特點體現在，首先，它可以有效加工高難度加工材料；其次，可以通過簡單形狀的復合電極處理加工零件的復雜面；再次，相比于傳統的機械磨削而言，加工過程更高效率、更高精度；最后，在加工過程中，可以有效保證材料的低損耗。傳統的機械加工理念發生了很大的改變，有效消除了傳統的變形情況，降低了生產能耗，節約了材料資源。具體應用在有水電站的水輪機轉輪葉片，就是采用五軸聯動CNC技術，是當今發電設備制造業的核心技術之一。如圖2、3為三峽水輪機轉輪葉片，是目前世界上最大的混流式葉片。

1.4 刀具半徑及長度補償

刀具補償數控系統重要的功能之一，包括有刀具半徑補償與長度補償，就目前技術來說，五軸聯動數控電加工技術系統基本都具有刀具補償功能。不過這在國外才能實現，因為這個系統可以將三維空間向量快捷地轉換為實際機械軸角度的計算系統，能夠在坐標轉換間實現五軸刀具長度補償。

2 五軸聯動數控電加工技術的有關問題

2.1 成本高，難以平民化應用

由于其處理效果的高精確度以及高效率性，對于五軸聯動數控電加工技術的相關設備要求也比較高，價格也比較昂貴，這對于許多小企業來說是比較難承擔的。而且，很多關鍵零部件在國內還不能制造，一方面是由于精度達不到要求，另一方面也是由于穩定性不好，因此需要依靠國外進口，這在一定程度上使得生產受到很大的限制，也提高了生產成本。

2.2 技術難度高，操作技術要求高

五軸聯動數控電加工系統具有質量好、加工精度高的特點，在技術操作方面有著很高的要求，特別是在加工軍事工業方面以及航空航天方面的材料時，更是需要高技術操作人員進行作業，從而保證材料加工能夠精確達到要求。目前在國內，對于這一技術的操作人才的培訓也是比較少的，在學習技術的同時，還需要認真學習國外的成功經驗，學習國外的先進理念，才能保證五軸聯動數控電加工技術的順利進行。

2.3 部分國外先進技術無法實現

在五軸聯動數控電加工技術中，有很多技術方面是國內技術水平所不能達到的，比如國外已經在設備中自帶了刀具半徑補償，但在國內的技術上，只能是依靠技術上的結合才能實現完整的刀具半徑補償，這在很大程度上說明了國內水平還離國外水平有很大的距離。國外對于這一技術的應用已經達到大范圍的幅度，而在國內，這一技術雖然在很多領域都得到廣泛應用，但很多關鍵技術還處于研究階段，對于真正的應用還有很大的距離，某些企業雖然已經在試驗階段，但對于這一技術的嫻熟操作還是欠缺人才，這無疑啟示我們在未來還需要更加努力。

3 結束語

總而言之，五軸聯動數控電加工技術在各個領域都得到了廣泛應用，比如航空航天、精密零件加工等等。這一新技術的出現，使得加工技術得到了高度發展，相對于傳統加工技術而言，其精密度更高，效率也更高。但是也存在著成本高、應用范圍有限等問題，國外對于這一技術的發展有著豐富的經驗，這也是我們學習的方向之一。因此，要對其進行不斷完善，使其能夠在未來的發展過程中處于領先水平。

參考文獻

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