模具高速銑削加工技術(shù)

1、模具高速銑削加工技術(shù)模具高速銑削加工技術(shù)摘要介紹了高速銑削在模具加工中的應(yīng)用以及影響，并簡(jiǎn)要的介紹了高速銑削機(jī)床的結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)和刀具。對(duì)高速加工的工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。關(guān)鍵詞高速銑削；模具加工一、前言在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中，隨著對(duì)塑件的美觀度及功能要求得越來越高，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得越來越復(fù)雜，模具的外形設(shè)計(jì)也日趨復(fù)雜，自由曲面所占比例不斷增加，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也設(shè)計(jì)得越來越復(fù)雜。這些都對(duì)模具加工技術(shù)提出了更高要求，不僅應(yīng)保證高的制造精度和表面

2、質(zhì)量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對(duì)高速加工技術(shù)研究的不斷深入，尤其在加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CADCAM軟件等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，高速加工技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于模具型腔的加工與制造中。數(shù)控高速切削加工作為模具制造中最為重要的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進(jìn)制造技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的切削加工，其切削速度、進(jìn)給速度有了很大的提高，而且切削機(jī)理也不相同。高速切削使切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率

3、提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動(dòng)幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時(shí)間毛坯材料的去除率增加了，切削時(shí)間減少了，加工效率提高了，從而縮短了產(chǎn)品的制造周期，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，高速加工的小量快進(jìn)使切削力減少了，切屑的高速排出減少了工件的切削力和熱應(yīng)力變形，提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的低

4、階固有頻率，而工件的表面粗糙度對(duì)低階頻率最為敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件(HRC45~HRC65)的加工過程中，采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序，從而避免了電極的制造和費(fèi)時(shí)的電加工，大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。對(duì)于一些市場(chǎng)上越來越需要的薄壁模具工件，高速銑削也可順利完成，而且在高速銑削CNC加工中心上，模具一次裝夾可完成多工步加工。高速加工技術(shù)對(duì)模具加工工藝產(chǎn)生了巨大影響，改變了傳統(tǒng)模具加工采用的“退火→

5、銑削加工→熱處理→磨削”或“電火花加工→手工打磨、拋光”等復(fù)雜冗長(zhǎng)的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。高速加工技術(shù)除可應(yīng)用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到了廣泛應(yīng)用。大量生產(chǎn)實(shí)踐表明，應(yīng)用高速切削技術(shù)可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時(shí)間，節(jié)約加工成本費(fèi)用近30%，模具表面加工精度可達(dá)1m，刀具切削效率可提高1倍。3先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)是保證模具復(fù)雜曲面高速加

6、工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，模具高速切削加工對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的基本要求為：a.高速的數(shù)字控制回路(Digitalcontrolloop)，包括：32位或64位并行處理器及1.5Gb以上的硬盤；極短的直線電機(jī)采樣時(shí)間。b.速度和加速度的前饋控制(Feedfwardcontrol)；數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的爬行控制(Jerkcontrol)。c.先進(jìn)的插補(bǔ)方法(基于NURBS的樣條插補(bǔ))，以獲得良好的表面質(zhì)量、精確的尺寸和高的幾何精度。d.預(yù)處理(Lookah

7、ead)功能。要求具有大容量緩沖寄存器，可預(yù)先閱讀和檢查多個(gè)程序段(如DMG機(jī)床可多達(dá)500個(gè)程序段，Simens系統(tǒng)可達(dá)1000~2000個(gè)程序段)，以便在被加工表面形狀(曲率)發(fā)生變化時(shí)可及時(shí)采取改變進(jìn)給速度等措施以避免過切等。e.誤差補(bǔ)償功能，包括因直線電機(jī)、主軸等發(fā)熱導(dǎo)致的熱誤差補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償?shù)裙δ堋４送?，模具高速切削加工?duì)數(shù)據(jù)傳輸速度的要求也很高。f.傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，如RS232串行口的傳輸速度為19.2

8、kb，而許多先進(jìn)的加工中心均已采用以太局域網(wǎng)(Ether)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，速度可達(dá)200kb。5.冷卻潤(rùn)滑高速加工采用帶涂層的硬質(zhì)合金刀具，在高速、高溫的情況下不用切削液，切削效率更高。這是因?yàn)椋恒娤髦鬏S高速旋轉(zhuǎn)，切削液若要達(dá)到切削區(qū)，首先要克服極大的離心力；即使它克服了離心力進(jìn)入切削區(qū)，也可能由于切削區(qū)的高溫而立即蒸發(fā)，冷卻效果很小甚至沒有；同時(shí)切削液會(huì)使刀具刃部的溫度激烈變化，容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，所以要采用油氣冷卻潤(rùn)滑的干式切削方式。

9、這種方式可以用高壓氣體迅速吹走切削區(qū)產(chǎn)生的切削，從而將大量的切削熱帶走，同時(shí)經(jīng)霧化的潤(rùn)滑油可以在刀具刃部和工件表面形成一層極薄的微觀保護(hù)膜，可有效地延長(zhǎng)刀具壽命并提高零件的表面質(zhì)量。三、高速切削加工的刀具刀具是高速切削加工中最活躍重要的因素之一，它直接影響著加工效率、制造成本和產(chǎn)品的加工精度。刀具在高速加工過程中要承受高溫、高壓、摩擦、沖擊和振動(dòng)等載荷，高速切削刀具應(yīng)具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，即具有良好的抗沖擊、耐磨損和抗熱疲勞的特

10、性。高速切削加工的刀具技術(shù)發(fā)展速度很快，應(yīng)用較多的如金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂層硬質(zhì)合金、(碳)氮化鈦硬質(zhì)合金TIC(N)等。在加工鑄鐵和合金鋼的切削刀具中，硬質(zhì)合金是最常用的刀具材料。硬質(zhì)合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。為提高硬度和表面光潔度，采用刀具涂層技術(shù)，涂層材料為氮化鈦(TiN)、氮化鋁鈦(TiALN)等。涂層技術(shù)使涂層由單一涂層發(fā)展為多層、多種涂層材料的涂層，已成為提高高速切削能力的關(guān)