工具和模具中常見的三維自由曲面通常在五軸聯(lián)運的加工中心上進行切削。由于工件的材料大多為合金鋼或工具鋼，機床的結構和數(shù)控系統(tǒng)必須考慮加工過程中生產(chǎn)率和工件精度的要求，并以此為依據(jù)進行適當?shù)牟季趾蛢?yōu)化。為了保證機床在切削各種模具材料時不發(fā)生太大的變形，在確定機床布局時，機床剛度應放在首位。較大的五軸加工中心，多半采用龍門式結構，一些中小尺寸的五軸加工中心有時也采用立柱式結構。
進入90年代以來，復雜型面在生產(chǎn)中幾乎全部以高速切削的方式進行加工。目的是為了提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品的成本，同時提高工件的形狀精度和降低表面粗糙度。為了滿足高速切削的需要，機床的主軸幾乎無一例外地采用電主軸。主軸轉速根據(jù)所用刀具直徑的不同進行無級變速，轉速范圍從每分鐘幾千轉至幾萬轉?；_的驅動系統(tǒng)在高速切削時也不同于常規(guī)加工中心，常用的系統(tǒng)有高速絲杠螺母副驅動和直線電機驅動，最大的進給速度可以達到100m／min以上。
在加工復雜型面時，機床的數(shù)控系統(tǒng)也必須滿足一些特殊要求。比如，復雜型面的數(shù)控加工程序一般在CAD／CAM軟件上生成，一個型面的程序往往需數(shù)兆字節(jié)（Byte）的儲存空間，用軟盤傳遞數(shù)控程序已經(jīng)沒有可能。所以數(shù)控系統(tǒng)必須有與其他計算機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的功能，以便直接從CAD／CAM上接收數(shù)控程序。
此外，數(shù)控系統(tǒng)還必須采用先進的控制技術，首先要求有前瞻（Look Ahead）的功能。也就是說，在機床加工某一軌跡前，數(shù)據(jù)系統(tǒng)對要加工的曲面進行預先分析，根據(jù)曲面各點的曲率以及各相鄰點的銜接關系，適當調整機床的進給速度，以便在保證工件精度的前提下達到最高的生產(chǎn)率。為了減少加工過程中的動態(tài)誤差，新型的數(shù)據(jù)系統(tǒng)伺服誤差的校正不再采用以往的串聯(lián)式比例微分積分（PID）調節(jié)器，而是采用按位置和速度等狀態(tài)參數(shù)進行補償?shù)臓顟B(tài)調節(jié)器，采用這種調節(jié)器可以徹底消除驅動滯后誤差，補償由于間隙或摩擦引起的非線性誤差，甚至可以抵消機床的某些振動，從而達到提高工件形狀精度和降低表面粗糙度的要求。
2. 刀具系統(tǒng)
刀具系統(tǒng)在加工復雜型面時對生產(chǎn)效率和加工質量起決定性作用。在選用刀具系統(tǒng)時，必須首先從被加工年零件幾何形狀出發(fā)，合理采用刀具的種類。如圖1所示的工件，各個部位的幾何形狀差異很大。如果只采用球頭銑刀進行加工，則必須選用直徑很小的球頭銑刀，這樣就很難提高加工效率。另外，某些部位的圓弧半徑很小，即使用很小的球頭銑刀也無法加工。因此，考慮到生產(chǎn)效率和工件形狀兩方面的要求，在加工復雜型面的五軸聯(lián)動加工中心上必須配備其他類型的銑刀，如端銑刀和三面刃銑刀等。
圖2是一些選用銑刀類型。只要尺寸允許，不管是哪種形狀的刀具，切削刃宜采用機夾可轉位銑刀片。這樣的刀具由于刀片和刀體可以進行多種組合，且刀片和刀體可以在不同公司進行生產(chǎn)，所以可形成大規(guī)模專業(yè)化生產(chǎn)，既有利于提高刀具的質量，又有利于降低刀具的生產(chǎn)成本。
目前市場上的可轉位刀片，大多采用CVD鍍膜的硬質合金刀片。為了達到更高偽抗磨損性，可轉位刀片均采用多層鍍膜。比知用Al2O3可以提高刀片的化學穩(wěn)定性。用TiN和TiCN則可增強刀片的耐磨性。為了增強刀片的鋒利的程度，鍍膜除了可用低溫CVD方法生成外，還可以用PVD方法產(chǎn)生。有些加工對刀片的要求十分嚴格，刀片既要有鋒利的切削刃，以降低精加工表面的粗糙度，又要有極高的耐磨性，以保證工件的形狀精度。這種性情況下，必須采用多種鍍膜的組合。有的刀片為了確保使用過程上萬無一失，鍍膜層數(shù)可多達100層。
3. 工藝過程的優(yōu)化
刀具的壽命與進給量、切削速度和切削深度密切相關。最佳切削用量常常是一個很小的范圍，要根據(jù)具體的刀具與工件材料情況進行確定。
此外，切削策略如：走刀路徑的規(guī)劃，刀具軸線曲面法矢（曲面在該點的法向方向）或沿曲面切矢（曲面在該點的切線方向）的不同方式等，也是加工復雜型面的一個關鍵性因素。它不僅影響被加工工件的表面粗糙度，也影響到工件的形狀和尺寸精度。圖3是加工一個柱形曲面時采用的不同切削策略。在圓周方向進行切削，刀具軌跡要進行兩軸聯(lián)動插補。在用沿母線方向進行切削時，刀具只需作單軸的插補。另外，不同的切削方法，刀具的磨損差別很大，順銑時的刀具磨損明顯低于逆銑，往復銑削時的磨損遠遠大于單向銑削。
為了提高加工過程的穩(wěn)定性，優(yōu)化切削策略時，必須保證切削的連續(xù)性，同時盡可能減少走刀運動和空行程，以便縮短切削時間。粗銑鋼件時，必須保證連續(xù)順銑，盡量降低刀刃在切削過程中切削量波動的峰值。
加工圖4所示的工件時，假如采用圖5a所示的行切軌跡分區(qū)加工；刀具的運動很不合理，切削條件很不理想，加工時間需要33min，工件表面粗糙度為6～9μm。倘若改用圖5b所示的圈切軌跡分區(qū)進行加工，加工時間約需27min,工件的粗糙度也可降至2～4μm。
（轉載）
