模具制造中高速加工技術(shù)的應(yīng)用淺析

目前國(guó)內(nèi)模具型腔一般都釆用電火花加工成型，電加工模具的質(zhì)量和數(shù)量在現(xiàn)代化生產(chǎn)的背景下，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。高速加工技術(shù)的出現(xiàn)使模具制造技術(shù)登上了一個(gè)新臺(tái)階，本文在介紹高速加工技術(shù)在模具制造中的優(yōu)越性的基礎(chǔ)上，對(duì)采用的面向高速加工的加工機(jī)床特點(diǎn)和NCP系統(tǒng)工藝措施展開(kāi)討論，希望對(duì)行業(yè)發(fā)展有所幫助。 

模具高速加工的優(yōu)越性 

與常規(guī)切削加工相比，高速加工不論在速度還是質(zhì)量上都具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 

（1）由于采用高的切削速度和高的進(jìn)給速度，這就使得單位時(shí)間內(nèi)處理的金屬材料增多，大大提高了生產(chǎn)效率。此外，“一次過(guò)”技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)了模具加工過(guò)程的精簡(jiǎn)化，用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以一次作業(yè)完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的機(jī)械加工，這就有效的減少了反復(fù)作業(yè)的時(shí)間，比傳統(tǒng)的方法效率提高了好幾倍。而且，高速加工過(guò)程不需要傳統(tǒng)機(jī)床中的電極，也不需要后續(xù)的手工研磨與拋光程序，因此，使得模具的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)效率都大大提高。 

（2）在高速加工作業(yè)中，要達(dá)到提高零件表面質(zhì)量的目的只需要采用較少的步距。高速生產(chǎn)過(guò)程中，高速切削以高于常規(guī)切速10倍左右的切削速度對(duì)零件進(jìn)行高速加工，這就減少了表面粗糙化現(xiàn)象，一般來(lái)說(shuō)多余的毛坯材料再被切割下來(lái)的瞬間就被帶離工件，不會(huì)影響后續(xù)的處理，所以，通過(guò)高速加工技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的零件殘余很少。 

（3）在傳統(tǒng)的切削作業(yè)中，由于作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，工件內(nèi)的熱量散發(fā)不出去，從而導(dǎo)致材料質(zhì)地變軟變形，而由于高速加工時(shí)切削力大大降低、大部分切削熱都隨著切屑散發(fā)，所以因熱量導(dǎo)致工件變形的情況很少發(fā)生。 

（4）高速加工技術(shù)的主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，切削過(guò)程中產(chǎn)生的95%以上的熱量都被切屑迅速帶走。機(jī)床主軸以10000—80000r/min的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，激振頻率和“機(jī)床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍相差很大，減小了共振作用造成的不穩(wěn)定，使零件的整個(gè)加工過(guò)程平穩(wěn)無(wú)沖擊。所以，加工出來(lái)的部件不會(huì)出現(xiàn)劃痕，凹凸等外觀缺陷，表現(xiàn)出精度高，表面質(zhì)量好的特點(diǎn)。使得零部件僅僅經(jīng)過(guò)高速銑削的型腔處理，能達(dá)到磨削的水平，省去了很多傳統(tǒng)中的精加工過(guò)程。 

（5）在高速加工時(shí)，作業(yè)的切削溫度較低，單位切削力較小，這就提高了切削工具的使用壽命和耐久度。 

（6）能夠加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件。在高速加工機(jī)床作業(yè)時(shí)，切削力很小，主要依靠高速轉(zhuǎn)動(dòng)的阻抗力來(lái)實(shí)現(xiàn)零件的加工，這就使得加工過(guò)程簡(jiǎn)單許多。例如：在采用高速切削對(duì)淬火鋼進(jìn)行加工時(shí)，雖然淬火鋼的硬度在60HRC以上，但是在采用高速加工技術(shù)時(shí)，不需要采用軟化作用的切削液就能輕松完成，另外，由于在高速加工中，橫向切削力很小，所以在復(fù)雜模具型腔中一些細(xì)筋和薄壁進(jìn)行加工時(shí)方便了很多，薄壁類部件的厚度最小可以在1mm以下。 

高速加工機(jī)床要滿足的要求 

（1）因?yàn)楦咚俎D(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中能夠產(chǎn)生高溫和壓力，所以高速加工機(jī)床的主軸部件的材料要求很苛刻，要采用耐高溫、能承受大負(fù)荷的軸承，而且主軸在熱穩(wěn)定性和剛性上要表現(xiàn)良好，離心力承載能力也要過(guò)關(guān)，軸承中要裝有檢測(cè)過(guò)熱和自動(dòng)冷卻的裝置。 

（2）高速加工機(jī)床一般采用直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這樣能夠使進(jìn)給系統(tǒng)的速度達(dá)到最佳，同時(shí)加速度的上升也更快。 

（3）高性能的數(shù)控系統(tǒng)一臺(tái)高速加工機(jī)床的核心。通過(guò)高速的運(yùn)算與任務(wù)分配，能夠有效解決運(yùn)算速度低和伺服滯后，實(shí)現(xiàn)高速加工機(jī)床全公差控制、自動(dòng)高速度運(yùn)算的特性。 

（4）通過(guò)相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)，高速機(jī)床的結(jié)構(gòu)都較輕，這樣以方便便于操作，另一方面可以使結(jié)構(gòu)獲得較高的加速度。 

（5）高速加工機(jī)床對(duì)刀具有嚴(yán)格的要求，從材料的選擇上和力學(xué)結(jié)構(gòu)的控制上要使其具有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)雙重環(huán)境下的剛性，在高速加工中普遍使用的HSK刀具一般用小錐度來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大錐度刀具，這樣減少了刀具的損耗，將模具的精細(xì)程度提升了好幾倍。 

（6）高速加工要配有預(yù)覽功能。一般在高速加工過(guò)程中，都要求其讀取的加工代碼需要有一定量的超前，這點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)可以為作業(yè)提供另一種保障，一方面對(duì)刀具的進(jìn)給速度進(jìn)行控制；另一方面對(duì)發(fā)現(xiàn)的不合理軌跡進(jìn)行修飾和改進(jìn)。 

高速加工中ＮＣＰ系統(tǒng)性能和要求 

NCP系統(tǒng)是高速加工系統(tǒng)的核心，為了適應(yīng)高速加工中數(shù)據(jù)量大，處理需求快的特點(diǎn)，高速加工系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)要具有較高的性能，具體來(lái)說(shuō)，需要滿足以下幾點(diǎn)： 

（1）NCP系統(tǒng)需要具備較快的計(jì)算編程速度。在高速加工中，因?yàn)閷?duì)部件的精細(xì)程度要求比較嚴(yán)格，因此一般都采用非常小的進(jìn)給量和切削深度，這就使得編程過(guò)程中的計(jì)算量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于傳統(tǒng)中的量。另外高速加工工藝一般都要求在幾種不同的方案中選出最佳方案，所以就需要進(jìn)行進(jìn)行幾種方案的對(duì)比，這就要求數(shù)控系統(tǒng)具有很高的運(yùn)算速度。 

（2）編程系統(tǒng)對(duì)作業(yè)中出現(xiàn)的過(guò)切和干涉現(xiàn)象進(jìn)行檢查和規(guī)避。因?yàn)楦咚偌庸は到y(tǒng)具有切削速度和進(jìn)給速度快的特點(diǎn)，所以上述兩種現(xiàn)象如果發(fā)生，會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。過(guò)切現(xiàn)象在傳統(tǒng)的模具數(shù)控加工中容易出現(xiàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的系統(tǒng)都是采用人工干預(yù)的手段