五轴联动数控电加工技术问题的讨论

摘 要：随着自动化技术的不断进步，对于复杂曲面的精密加工问题有了进一步要求。五轴联动数控电加工技术是数控技术中应用范围最广但又难度最大的技术，利用其技术可满足特殊且复杂形状材料的加工工艺要求，加工精度极高。本文探讨五轴联动数控电加工技术的应用，并且讨论分析在应用过程中存在的有关问题，有助于五轴联动数控电加工技术在各个领域的发展与进步。

关键词：五轴联动；加工；复杂；高精度；电加工技术

前言

传统加工技术对于复杂加工材料以及高要求材料的加工存在困难，为了解决这一问题，根据电解与机械相复合的加工原理，研究了五轴联动数控电加工技术在各个方面的应用，其优势在应用过程中得到了最大化发挥，使其成为了现代化电加工技术的关键技术。近几年来，伴随着计算机辅助制造（CAM）以及计算机辅助设计 （CAD）在各个领域取得的突破性发展，许多数控电加工企业纷纷推出五轴联动数控电加工技术系统，冲破了国外的技术封锁，在很大程度上促进了国家技术的进步与发展。但是这一技术存在着很大的难度，需要对其进行不断的研究，学习国外对这一技术应用的丰富经验，使其能够最大化地在企业生产上发挥作用，为机械制造业贡献力量。

1 五轴联动数控电加工技术的应用

1.1 电火花低速走丝线切割

在国内的航空航天、模具以及军事工业等领域，需要加工三维复杂直纹面精密零件，而且对其切割加工具有高精密、高效率及微细的特殊要求，这是传统数控电加工技术的难题。由国外引进的FA20PS Advance四轴联动精密数控低速走链线切割加工机床，并且伺服控制回转工作台B轴（定位精度±5），两者相互结合进行五轴联动数控电火花低速走丝线切割加工机床，实现对三维复杂直纹面精密零件的精密切割加工工艺。这一设备的各个技术指标都是非常具有优势的，其主要利用五轴五联动数控电火花低速走丝线切割加工机床，来进行对螺旋桨注塑模型腔精密加工，在一定程度上，满足了生产的技术指标，产品也得到了一致认可，使得模具加工水平一直处于国内领先地位。

1.2 数控电火花成形加工

针对复杂零部件的成形加工过程，五轴联动数控电火花成形加工机床在加工航空航天等领域的精密复杂零部件有着很大的优势，例如航空航天方面的涡轮机匣、带冠整体涡轮盘等零部件的精密成形加工。对于特殊材料的加工，包括铝合金、耐热合金、低膨胀台金及钛合金等，都有着很好的加工效果。其中，五轴联动数控电火花成形加工机床的主要性能技术指标有：尺寸精度在0.002mm左右；最大电极重量为50kg；最佳表面粗糙度Ra=0.2μm；最大工件尺寸为1100×700×250mm；X、Y、Z工作行程为550×350×450mm。五轴联动数控电火花加工系统是采用上下位机的体系结构，如图1。

1.3 电解-机械复合加工

利用五轴联动数控电解-机械复合加工技术，可有效解决复杂零件的加工成型要求。在这一过程中，切割、磨削、镗铣削、抛光以及复合钻削等方面，都能实现精密加工的良好效果。五轴联动数控电解-机械复合加工技术的主要特点体现在，首先，它可以有效加工高难度加工材料；其次，可以通过简单形状的复合电极处理加工零件的复杂面；再次，相比于传统的机械磨削而言，加工过程更高效率、更高精度；最后，在加工过程中，可以有效保证材料的低损耗。传统的机械加工理念发生了很大的改变，有效消除了传统的变形情况，降低了生产能耗，节约了材料资源。具体应用在有水电站的水轮机转轮叶片，就是采用五轴联动CNC技术，是当今发电设备制造业的核心技术之一。如图2、3为三峡水轮机转轮叶片，是目前世界上最大的混流式叶片。

1.4 刀具半径及长度补偿

刀具补偿数控系统重要的功能之一，包括有刀具半径补偿与长度补偿，就目前技术来说，五轴联动数控电加工技术系统基本都具有刀具补偿功能。不过这在国外才能实现，因为这个系统可以将三维空间向量快捷地转换为实际机械轴角度的计算系统，能够在坐标转换间实现五轴刀具长度补偿。

2 五轴联动数控电加工技术的有关问题

2.1 成本高，难以平民化应用

由于其处理效果的高精确度以及高效率性，对于五轴联动数控电加工技术的相关设备要求也比较高，价格也比较昂贵，这对于许多小企业来说是比较难承担的。而且，很多关键零部件在国内还不能制造，一方面是由于精度达不到要求，另一方面也是由于稳定性不好，因此需要依靠国外进口，这在一定程度上使得生产受到很大的限制，也提高了生产成本。

2.2 技术难度高，操作技术要求高

五轴联动数控电加工系统具有质量好、加工精度高的特点，在技术操作方面有着很高的要求，特别是在加工军事工业方面以及航空航天方面的材料时，更是需要高技术操作人员进行作业，从而保证材料加工能够精确达到要求。目前在国内，对于这一技术的操作人才的培训也是比较少的，在学习技术的同时，还需要认真学习国外的成功经验，学习国外的先进理念，才能保证五轴联动数控电加工技术的顺利进行。

2.3 部分国外先进技术无法实现

在五轴联动数控电加工技术中，有很多技术方面是国内技术水平所不能达到的，比如国外已经在设备中自带了刀具半径补偿，但在国内的技术上，只能是依靠技术上的结合才能实现完整的刀具半径补偿，这在很大程度上说明了国内水平还离国外水平有很大的距离。国外对于这一技术的应用已经达到大范围的幅度，而在国内，这一技术虽然在很多领域都得到广泛应用，但很多关键技术还处于研究阶段，对于真正的应用还有很大的距离，某些企业虽然已经在试验阶段，但对于这一技术的娴熟操作还是欠缺人才，这无疑启示我们在未来还需要更加努力。

3 结束语

总而言之，五轴联动数控电加工技术在各个领域都得到了广泛应用，比如航空航天、精密零件加工等等。这一新技术的出现，使得加工技术得到了高度发展，相对于传统加工技术而言，其精密度更高，效率也更高。但是也存在着成本高、应用范围有限等问题，国外对于这一技术的发展有着丰富的经验，这也是我们学习的方向之一。因此，要对其进行不断完善，使其能够在未来的发展过程中处于领先水平。

参考文献

[1]干为民.五轴联动数控电加工技术研究[J].电加工与模具，2010（21）.

[2]林秀峰.五轴联动数控电加工技术相关问题探讨[J].科技创新导报，2014，11（21）.

[3]徐晓风，高永祥.基于UG的五轴联动数控加工技术在吹塑模具的应用[J].机械设计与制造，2013（3）.

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