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业内普遍认为5轴连动加工技术对模具加工业有着重要的意义，笔者通过一个实践的案例来讲述5轴加工在整体电极加工方面的几点优势。
一、5轴雕刻机床的结构特点及性能
本案使用的机床是北京精雕公司研制和生产的“睿雕SmartCNC500_DRT”5轴连动雕刻机。该机型采用动梁龙门式结构，集成摆动式数控回转工作台，结构紧凑，是一体化的5轴加工机床，如图1所示，双轴转台采用摇篮结构，加工刚性好、精度高。性能方面由于采用直驱机构，旋转精度高，联动速度快，配备高速电主轴，适合用小刀具雕刻细小复杂5轴零件的轻切削加工。
二、整体电极的形状特点及加工工艺过程
玩具汽车模整体电极模型如图2所示，车身曲面复杂，细微特征较多并且形状尺寸较小，如后视镜、车门把手、尾灯、车门接缝、前空气栅格和水括器等，局部地方倒角半径小于0.1mm，槽宽小于0.25mm，倒扣位置遍布整个车身。要加工出整个车身的完整形状，刀轴至少需朝向5个方位来加工，局部地方还需5轴连动加工。传统的3轴加工方式需多次装夹才能完成前后、左右及上顶部的区域加工，各区域间很容易产生接刀痕迹，现今利用5轴机床及雕刻性能能有效地避免传统加工导致的缺陷，获得更高品质的电极形体。
装夹直接采用四爪卡盘，快捷方便，百分表拖平侧面使与 X轴或 Y轴平行，依此设定 C轴的零位，图3所示为加工过程之一。
由于整体电极本身就存在许多内尖角位置，为减少人工修饰及减少抛光工序，依次减小刀具尺寸，最小用到0.2mm，30°的雕刻刀，详细加工工艺及参数如表所示。
三、5轴雕刻机床加工玩具汽车模整体电极的优势总结
（1）一次装夹，一次性对好所有刀具，一次性执行多把刀具、多个工位的加工程序，有效地避免了多次装夹，多次对刀带来的累积误差和接刀痕迹。
如图4所示，从车顶工位到车尾灯工位，不管有几个工位的刀具路径，都可以输出成一条NC程序来完成多面体或5轴连动部位的一次性加工。
（2）具有5轴连动的加工机床可加工出由多次定位都无法完成的复杂形状。睿雕SmartCNC500_DRT机床的 A轴摆动范围是-90°～+120°，也就是说工作台可在210°的范围内自由摆动， C轴可连续360°旋转，因此可拟合的轴向自由度可满足大多数零件的加工需求，这是3轴机床在一次装夹的情况下无法实现的功能。就加工本电极而言，刀轴相对于被加工局部的姿态仅需在 A轴0°～90°， C轴0°～360°范围之内就可满足需求。
（3）对刀方便精准。睿雕5轴配备了 Z轴自动对刀仪（图5），精度在0.002以内，可测出每把刀的刀长参数，当设定基准刀后可自动计算出每把刀同基准刀的刀长差值，再配合NC程序的刀长补正指令，可实现最大程度的自动化加工，大大减少人工对刀产生的误差，也间接减少了接刀痕迹的出现。
（4）高速电主轴适合小刀具、雕刻刀的应用。在加工铜或石墨材料的电极时，要求很高的切削速度，睿雕5轴机床配以高速电主轴，主轴转速最大可达28000r/min，当采用0.2mm直径的雕刻刀加工电极时，就可达到87.9m/min的切削线速度，进给速度可达到1500mm/min，能极大提高加工表面质量又能兼顾加工效率。如图6所示在加工车门接缝时，由于接缝最大只有0.3mm的宽度，所以用0.2mm的雕刻刀就能加工出所需沟槽特征。
（5）高度动平衡的主轴及刀柄系统，使加工过程平稳，振动小，噪声低，能保证加工尺寸精度。ISO25刀柄符合DIN 69871标准，具有结构紧凑、重量轻、惯性小等特点，非常适合小型高速雕刻机的使用。在本案加工过程中，转速高达28000r/min时，如不仔细观察很难判断刀具是否在旋转，实测噪声值在56～63分贝，提供了有别于传统机床噪声高的轻松环境。
（6）智能化的5轴数控系统，5轴转换功能强大，使NC程序结构简单，安全性高。睿雕SmartCNC500_DRT机床配有JD45数控系统，除支持精雕5轴软件输出的NC代码格式外，还支持如：CimatronE、NX和PowerMill等通用软件输出的G代码文件，因此在复杂零件5轴刀路处理方面给用户提供了对CAM软件选择的灵活性。CAM软件输出G代码程序时，其格式只需符合FANUC的标准即可，针对5轴程序的后处理器不必计算因编程原点与实际转台中心的偏差而引起的座标变换，只需按原始刀位程序输出加工代码即可，因为JD45数控系统本身就带有类似其他数控系统的RTCP或TCPM的功能，如图7所示的多轴路径转换器，就是对CAM软件输的加工代码转换成按实际位置进行补偿的作用。有了这个自动转换器，就可降低对专业5轴后处理调试的依赖程度。另外，JD45还具有自动计算因 A轴摆动带来的安全提刀高度的变化，结合机床 Z轴最大行程范围，自动推荐最小、最大的提刀高度参考值，可有效避免撞机事故发生，保障设备安全。在汽车模整体电极加工过程中，因为定向加工程序较多，从一个定向方位变换到另一个方位时，如果刀具路径的抬刀高度不够高，实际加工过程中很容易造成干涉现象，但在北京精雕的5轴机床上加工时，由于系统能自动计算合适的安全抬刀高度，因而在刀具路径编写过程中抬刀高度的大小无关紧要，并且在后处理输出代码时，可放心把多条或全部路径生成到一个代码文件中，绝不会出现因程序间连刀而产生干涉事故，给编程和操作人员减轻不少压力。
四、结语
电极的尺寸精度和表面光洁度直接影响模具的精度，因此在微细电极和立体电极加工时，为避免出现接刀退痕、保证尺寸精度，提高加工效率可优先选择雕刻类5轴设备。
一、5轴雕刻机床的结构特点及性能
本案使用的机床是北京精雕公司研制和生产的“睿雕SmartCNC500_DRT”5轴连动雕刻机。该机型采用动梁龙门式结构，集成摆动式数控回转工作台，结构紧凑，是一体化的5轴加工机床，如图1所示，双轴转台采用摇篮结构，加工刚性好、精度高。性能方面由于采用直驱机构，旋转精度高，联动速度快，配备高速电主轴，适合用小刀具雕刻细小复杂5轴零件的轻切削加工。
二、整体电极的形状特点及加工工艺过程
玩具汽车模整体电极模型如图2所示，车身曲面复杂，细微特征较多并且形状尺寸较小，如后视镜、车门把手、尾灯、车门接缝、前空气栅格和水括器等，局部地方倒角半径小于0.1mm，槽宽小于0.25mm，倒扣位置遍布整个车身。要加工出整个车身的完整形状，刀轴至少需朝向5个方位来加工，局部地方还需5轴连动加工。传统的3轴加工方式需多次装夹才能完成前后、左右及上顶部的区域加工，各区域间很容易产生接刀痕迹，现今利用5轴机床及雕刻性能能有效地避免传统加工导致的缺陷，获得更高品质的电极形体。
装夹直接采用四爪卡盘，快捷方便，百分表拖平侧面使与 X轴或 Y轴平行，依此设定 C轴的零位，图3所示为加工过程之一。
由于整体电极本身就存在许多内尖角位置，为减少人工修饰及减少抛光工序，依次减小刀具尺寸，最小用到0.2mm，30°的雕刻刀，详细加工工艺及参数如表所示。
三、5轴雕刻机床加工玩具汽车模整体电极的优势总结
（1）一次装夹，一次性对好所有刀具，一次性执行多把刀具、多个工位的加工程序，有效地避免了多次装夹，多次对刀带来的累积误差和接刀痕迹。
如图4所示，从车顶工位到车尾灯工位，不管有几个工位的刀具路径，都可以输出成一条NC程序来完成多面体或5轴连动部位的一次性加工。
（2）具有5轴连动的加工机床可加工出由多次定位都无法完成的复杂形状。睿雕SmartCNC500_DRT机床的 A轴摆动范围是-90°～+120°，也就是说工作台可在210°的范围内自由摆动， C轴可连续360°旋转，因此可拟合的轴向自由度可满足大多数零件的加工需求，这是3轴机床在一次装夹的情况下无法实现的功能。就加工本电极而言，刀轴相对于被加工局部的姿态仅需在 A轴0°～90°， C轴0°～360°范围之内就可满足需求。
（3）对刀方便精准。睿雕5轴配备了 Z轴自动对刀仪（图5），精度在0.002以内，可测出每把刀的刀长参数，当设定基准刀后可自动计算出每把刀同基准刀的刀长差值，再配合NC程序的刀长补正指令，可实现最大程度的自动化加工，大大减少人工对刀产生的误差，也间接减少了接刀痕迹的出现。
（4）高速电主轴适合小刀具、雕刻刀的应用。在加工铜或石墨材料的电极时，要求很高的切削速度，睿雕5轴机床配以高速电主轴，主轴转速最大可达28000r/min，当采用0.2mm直径的雕刻刀加工电极时，就可达到87.9m/min的切削线速度，进给速度可达到1500mm/min，能极大提高加工表面质量又能兼顾加工效率。如图6所示在加工车门接缝时，由于接缝最大只有0.3mm的宽度，所以用0.2mm的雕刻刀就能加工出所需沟槽特征。
（5）高度动平衡的主轴及刀柄系统，使加工过程平稳，振动小，噪声低，能保证加工尺寸精度。ISO25刀柄符合DIN 69871标准，具有结构紧凑、重量轻、惯性小等特点，非常适合小型高速雕刻机的使用。在本案加工过程中，转速高达28000r/min时，如不仔细观察很难判断刀具是否在旋转，实测噪声值在56～63分贝，提供了有别于传统机床噪声高的轻松环境。
（6）智能化的5轴数控系统，5轴转换功能强大，使NC程序结构简单，安全性高。睿雕SmartCNC500_DRT机床配有JD45数控系统，除支持精雕5轴软件输出的NC代码格式外，还支持如：CimatronE、NX和PowerMill等通用软件输出的G代码文件，因此在复杂零件5轴刀路处理方面给用户提供了对CAM软件选择的灵活性。CAM软件输出G代码程序时，其格式只需符合FANUC的标准即可，针对5轴程序的后处理器不必计算因编程原点与实际转台中心的偏差而引起的座标变换，只需按原始刀位程序输出加工代码即可，因为JD45数控系统本身就带有类似其他数控系统的RTCP或TCPM的功能，如图7所示的多轴路径转换器，就是对CAM软件输的加工代码转换成按实际位置进行补偿的作用。有了这个自动转换器，就可降低对专业5轴后处理调试的依赖程度。另外，JD45还具有自动计算因 A轴摆动带来的安全提刀高度的变化，结合机床 Z轴最大行程范围，自动推荐最小、最大的提刀高度参考值，可有效避免撞机事故发生，保障设备安全。在汽车模整体电极加工过程中，因为定向加工程序较多，从一个定向方位变换到另一个方位时，如果刀具路径的抬刀高度不够高，实际加工过程中很容易造成干涉现象，但在北京精雕的5轴机床上加工时，由于系统能自动计算合适的安全抬刀高度，因而在刀具路径编写过程中抬刀高度的大小无关紧要，并且在后处理输出代码时，可放心把多条或全部路径生成到一个代码文件中，绝不会出现因程序间连刀而产生干涉事故，给编程和操作人员减轻不少压力。
四、结语
电极的尺寸精度和表面光洁度直接影响模具的精度，因此在微细电极和立体电极加工时，为避免出现接刀退痕、保证尺寸精度，提高加工效率可优先选择雕刻类5轴设备。