模具制造中高速加工技術(shù)的應用淺析

目前國內(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)遠遠不能滿足要求。高速加工技術(shù)的出現(xiàn)使模具制造技術(shù)登上了一個新臺階，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，對采用的面向高速加工的加工機床特點和NCP系統(tǒng)工藝措施展開討論，希望對行業(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，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 

（1）由于采用高的切削速度和高的進給速度，這就使得單位時間內(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”技術(shù)真正實現(xiàn)了模具加工過程的精簡化，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械加工，這就有效的減少了反復作業(yè)的時間，比傳統(tǒng)的方法效率提高了好幾倍。而且，高速加工過程不需要傳統(tǒng)機床中的電極，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)和開發(fā)效率都大大提高。 

（2）在高速加工作業(yè)中，要達到提高零件表面質(zhì)量的目的只需要采用較少的步距。高速生產(chǎn)過程中，高速切削以高于常規(guī)切速10倍左右的切削速度對零件進行高速加工，這就減少了表面粗糙化現(xiàn)象，一般來說多余的毛坯材料再被切割下來的瞬間就被帶離工件，不會影響后續(xù)的處理，所以，通過高速加工技術(shù)生產(chǎn)出來的零件殘余很少。 

（3）在傳統(tǒng)的切削作業(yè)中，由于作業(yè)時間長，工件內(nèi)的熱量散發(fā)不出去，從而導致材料質(zhì)地變軟變形，而由于高速加工時切削力大大降低、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，切削過程中產(chǎn)生的95%以上的熱量都被切屑迅速帶走。機床主軸以10000—80000r/min的高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，激振頻率和“機床—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，使零件的整個加工過程平穩(wěn)無沖擊。所以，加工出來的部件不會出現(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。使得零部件僅僅經(jīng)過高速銑削的型腔處理，能達到磨削的水平，省去了很多傳統(tǒng)中的精加工過程。 

（5）在高速加工時，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）能夠加工形狀復雜的硬質(zhì)零件和薄壁零件。在高速加工機床作業(yè)時，切削力很小，主要依靠高速轉(zhuǎn)動的阻抗力來實現(xiàn)零件的加工，這就使得加工過程簡單許多。例如：在采用高速切削對淬火鋼進行加工時，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，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，所以在復雜模具型腔中一些細筋和薄壁進行加工時方便了很多，薄壁類部件的厚度最小可以在1mm以下。 

高速加工機床要滿足的要求 

（1）因為高速轉(zhuǎn)動過程中能夠產(chǎn)生高溫和壓力，所以高速加工機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關(guān)，軸承中要裝有檢測過熱和自動冷卻的裝置。 

（2）高速加工機床一般采用直線電機進行驅(qū)動，這樣能夠使進給系統(tǒng)的速度達到最佳，同時加速度的上升也更快。 

（3）高性能的數(shù)控系統(tǒng)一臺高速加工機床的核心。通過高速的運算與任務分配，能夠有效解決運算速度低和伺服滯后，實現(xiàn)高速加工機床全公差控制、自動高速度運算的特性。 

（4）通過相應的優(yōu)化和改進，高速機床的結(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）高速加工機床對刀具有嚴格的要求，從材料的選擇上和力學結(jié)構(gòu)的控制上要使其具有動態(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，將模具的精細程度提升了好幾倍。 

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

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，為了適應高速加工中數(shù)據(jù)量大，處理需求快的特點，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，具體來說，需要滿足以下幾點： 

（1）NCP系統(tǒng)需要具備較快的計算編程速度。在高速加工中，因為對部件的精細程度要求比較嚴格，因此一般都采用非常小的進給量和切削深度，這就使得編程過程中的計算量要遠遠的大于傳統(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，所以就需要進行進行幾種方案的對比，這就要求數(shù)控系統(tǒng)具有很高的運算速度。 

（2）編程系統(tǒng)對作業(yè)中出現(xiàn)的過切和干涉現(xiàn)象進行檢查和規(guī)避。因為高速加工系統(tǒng)具有切削速度和進給速度快的特點，所以上述兩種現(xiàn)象如果發(fā)生，會對生產(chǎn)造成嚴重的損失。過切現(xiàn)象在傳統(tǒng)的模具數(shù)控加工中容易出現(xiàn)，因為傳統(tǒng)的系統(tǒng)都是采用人工干預的手段