硬質(zhì)材料高速銑削技術(shù)

　　在模具制造工藝中，采用硬質(zhì)材料銑削加工技術(shù)可以取代某些最昂貴和最費(fèi)時(shí)的加工步驟，可消除或大大減少電極銑削、EDM加工、磨削、拋光、在壓力機(jī)上的逐點(diǎn)修整等工作。

　　一、在“核桃殼”內(nèi)加工

　　硬質(zhì)材料銑削技術(shù)是高速加工技術(shù)的一個(gè)分支。高速加工技術(shù)的核心是以緊密的步距進(jìn)行多道輕微切削加工，從而使加工面上只留下極微小的刀具加工痕跡。其目標(biāo)是為了使加工面大大減少對(duì)后續(xù)加工的要求。對(duì)于刀具而言，為了達(dá)到有效的切屑負(fù)荷，刀具進(jìn)給速度和主軸速度必須大大提高，以便超過(guò)傳統(tǒng)加工工藝中應(yīng)用的正常加工速度，因此將該工藝命名為“高速加工”。高速進(jìn)給也使刀具的走刀量大大提高，因此加工工件的速度要比采用傳統(tǒng)的方法更快。

　　硬質(zhì)材料銑削技術(shù)又比高速加工的概念前進(jìn)了一步。高速輕型切削與高速主軸相結(jié)合的方式可有效地加工淬硬狀態(tài)下的鋼材，這樣可保持材料原有的特性。同時(shí)，采用小直徑圓頭端面銑刀進(jìn)行緊密步距間隔的高速加工，其所加工的表面光潔度接近手工打磨和拋光的水平。因?yàn)殇摬氖窃诖阌驳那闆r下加工的，因此無(wú)需后面的熱處理、消除應(yīng)力或磨削等工序。更重要的是，這一工藝也可以代替許多加工費(fèi)用極高的EDM加工工藝。

　　采用硬質(zhì)材料銑削加工技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)是可以保證十分精密的公差尺寸(±10mm)，這一點(diǎn)對(duì)于模具加工來(lái)說(shuō)是彌足珍貴的。加工后的模具不需由人工逐點(diǎn)修整，而且由于加工后達(dá)到無(wú)需手工修整的程度，模具的幾何形狀完全與CAD設(shè)計(jì)模型相吻合。而且模具配合面的加工也達(dá)到了無(wú)需任何修整的水平。其概念是沿著分型線，一般在模腔一端，精確地稍微加工一點(diǎn)，使其略低于公稱尺寸。這樣，當(dāng)模具兩半閉合時(shí)，可使模具接觸面之間留出一點(diǎn)間隙，但該間隙非常小(一般只有0.2mm)，這樣，在注塑時(shí)可以讓一部分塑料流出來(lái)，不過(guò)模具仍然能有效地保持閉合狀態(tài)。而且，當(dāng)熔融的塑料注入模具時(shí)，這一間隙也可以讓空氣從縫隙中排除出去，不需要事先通風(fēng)。角落上的小接觸墊塊繼續(xù)保留這一間隙，否則閉合面之間就不能互相接觸。一般來(lái)說(shuō)，這些配合面之間的干擾問(wèn)題必須在逐點(diǎn)修整和匹配過(guò)程中解決，現(xiàn)在就不存在這一問(wèn)題了。在模芯和模腔閉合時(shí)，因有了這一間隙，消除了表面之間的相互影響，因此分型面完全得到了保護(hù)，所生產(chǎn)的零件不會(huì)出現(xiàn)飛邊。

　　二、從刀尖上提高效率

　　掌握硬質(zhì)材料銑削技術(shù)可能是一種挑戰(zhàn)。了解硬質(zhì)材料銑削技術(shù)的方法就是要懂得如何去保護(hù)刀具的刀尖。集中力量，努力使刀具的刀尖能夠安全有效地進(jìn)行切削。將這一切有條不紊地進(jìn)行管理，那么端銑刀的刀尖就能與加工的材料融合在一起，自由地進(jìn)行切削加工。如果系統(tǒng)中的任何一部分受到忽視或中斷，那么刀具的刀尖就會(huì)遭殃，整個(gè)工藝就會(huì)失敗。

　　以端銑刀工作的問(wèn)題為例，以下列出了應(yīng)當(dāng)注意的幾項(xiàng)主要因素：

　　1、刀具

　　一般采用圓頭端銑刀進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工。帶有兩條排屑槽的圓頭端銑刀專門(mén)用于精加工，在硬質(zhì)材料銑削加工中，這些精加工用的刀具非常關(guān)鍵。作為精加工用的圓頭端銑刀必須滿足兩個(gè)關(guān)鍵的要求：刀具必須具有一個(gè)近乎完美的半徑和實(shí)際上毫無(wú)瑕疵的切削刃。刀刃的半徑精度必須極高，這樣，無(wú)論是高或低的排屑槽都不會(huì)引起金屬排屑的不平均狀態(tài)，以免影響幾何形狀、降低表面質(zhì)量和刀具使用壽命，車間內(nèi)用于精加工的端銑刀，其半徑精度至少應(yīng)達(dá)到±10mm。偶爾也使用過(guò)0.3mm直徑的圓頭端銑刀，其半徑精度為±5 mm。

　　排屑槽的切削刃必然會(huì)出現(xiàn)一些微量的切屑、斷裂或其他不規(guī)則形狀。出現(xiàn)這些缺陷說(shuō)明它們?cè)诮佑|工件時(shí)，發(fā)生加速磨損現(xiàn)象。這種情況會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)比較粗糙的光潔度，縮短刀具的使用壽命。刀具的使用壽命是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素，因?yàn)楫?dāng)機(jī)床處于無(wú)人化操作時(shí)，車間完全依賴于端銑刀能工作到所期望的期限。

　　OSG公司和NS工具公司一類的供貨商可以提供滿足上述規(guī)格要求的刀具，但其價(jià)格要比標(biāo)準(zhǔn)的刀具高得多。使用這一質(zhì)量等級(jí)的刀具是絕對(duì)必要的，費(fèi)用不應(yīng)成為一個(gè)問(wèn)題。這些刀具是模具加工的基礎(chǔ)，使用它們可省去模具的拋光工序和對(duì)模具的逐點(diǎn)修整工藝，在硬質(zhì)材料銑削加工工藝中，添置這些刀具是十分重要的投資。

　　2、刀柄

　　刀柄可以對(duì)端銑刀的半徑和刀刃質(zhì)量起到保護(hù)作用。采用熱套安裝的刀柄帶有HSK接口，可提供最好的保護(hù)。采用熱套夾緊的方法，其偏置量極低，優(yōu)于現(xiàn)今任何一種夾緊方法，使刀具的偏心旋轉(zhuǎn)減低到最低程度。因?yàn)槠�置誤差會(huì)導(dǎo)致刀具一個(gè)排屑槽的過(guò)量切削，增加那個(gè)排屑槽上的切削負(fù)荷，從而縮短刀具的使用壽命。HSK接口是一種強(qiáng)制性使用的接口，因?yàn)榕c其他錐套夾持方式相比，它更加堅(jiān)固耐用、精度更高，可更安全地夾緊到主軸上。

　　3、主軸

　　正如刀柄用于保護(hù)端銑刀的刀刃和精密的半徑，主軸用于保護(hù)刀具和刀柄組件的整體性。當(dāng)然，主軸的設(shè)計(jì)還應(yīng)具有硬質(zhì)材料銑削加工所需要的高速旋轉(zhuǎn)性能�？刂浦鬏S所產(chǎn)生的熱量和振動(dòng)是非常重要的。直接驅(qū)動(dòng)的主軸(不通過(guò)齒輪或皮帶傳動(dòng))及其內(nèi)冷方式專門(mén)適用于硬質(zhì)材料的銑削加工。

　　4、機(jī)床的結(jié)構(gòu)

　　在探討這類機(jī)床的主軸問(wèn)題時(shí)可以與機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)分開(kāi)討論，盡管它們都屬于機(jī)床不可分割的一部分。毫無(wú)疑問(wèn)，硬質(zhì)材料銑削加工對(duì)機(jī)床的剛性要求非常高。當(dāng)然，其整體精度也非常重要。

　　這類機(jī)床的某些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同于通用型機(jī)床，其中包括：配有重型基座和立柱(這類機(jī)床的重量超過(guò)9.08t);配有中心冷卻主軸;主軸箱中安裝線性滾子軸承;雙重支承的絲杠。

　　最重要的是應(yīng)當(dāng)盡量降低機(jī)床的震動(dòng)和累積誤差，這些因素可能會(huì)影響到刀具的切削精度，因此對(duì)每一因素必須嚴(yán)格控制。

　　三、編程軟件

　　然而，一臺(tái)剛性良好、反應(yīng)靈敏的機(jī)床，其性能取決于NC的編程輸入。在硬質(zhì)材料銑削加工中，編程輸入對(duì)驅(qū)動(dòng)CNC的刀具運(yùn)行軌跡則有一定影響。

　　當(dāng)加工淬硬的材料時(shí)，為了保證安全、精確定位切削，刀具理想的圓角半徑和刀刃是很重要的，但還得依賴于機(jī)床“平穩(wěn)的運(yùn)行”。正因?yàn)檫@個(gè)原因，大部分CAM軟件都不適于硬質(zhì)材料的銑削加工。生成刀具運(yùn)行路線的算法不是專為這種硬質(zhì)材料銑削加工所設(shè)計(jì)，因?yàn)楹笳咭�求按公差平穩(wěn)、精確地運(yùn)動(dòng)，允許模具車間繞開(kāi)模具制造工藝的全部加工步驟。

　　由日本人開(kāi)發(fā)的CAM-TOOL編程軟件可以根據(jù)直接從幾何形狀所取的測(cè)量點(diǎn)，來(lái)計(jì)算刀具的加工路線。實(shí)際上，這些點(diǎn)可通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)定的、最適配這些點(diǎn)的曲線連接起來(lái)，然后用直線段將分布于輪廓圖網(wǎng)眼中的每一個(gè)三角形的中心點(diǎn)連接起來(lái)，然后將它們相互對(duì)照。由于所產(chǎn)生的路徑是一系列的曲線，因此刀具加工路線中定義的運(yùn)動(dòng)在短線段創(chuàng)建的方向上缺乏陡峭的變化。試圖讓帶有微米級(jí)反饋分辨率的機(jī)床沿著這些線段運(yùn)動(dòng)，一定會(huì)產(chǎn)生不良的效果，使加工的刀具處于危險(xiǎn)的境地。

　　四、集中全部?jī)?yōu)勢(shì)

　　當(dāng)?shù)毒叩牡都馀c編程軟件的連接鏈不存在任何薄弱環(huán)節(jié)時(shí)，硬質(zhì)材料銑削加工技術(shù)就能達(dá)到預(yù)期的可靠目的。正是由于這一原因，無(wú)人化操作才變得切實(shí)可行。然而，對(duì)硬質(zhì)材料的銑削加工，日常使用的無(wú)人化操作模式并不是一個(gè)選項(xiàng)或是作為一種獎(jiǎng)勵(lì)。機(jī)床幾乎24h不停運(yùn)轉(zhuǎn)的目的是為了支付機(jī)床本身的代價(jià)，以便回收投資。無(wú)人化操作更體現(xiàn)了機(jī)床低勞務(wù)投入和高產(chǎn)出的目標(biāo)。而且這一工藝也替代了鉗工幾百個(gè)小時(shí)的模具打磨和逐點(diǎn)修整等需要支付高昂勞務(wù)費(fèi)用的工作。

　　對(duì)于購(gòu)置模具的客戶而言，其好處是顯而易見(jiàn)的，因此他們?nèi)绱似惹械叵Ｍ�硬質(zhì)材料銑削加工技術(shù)應(yīng)該成為模具制造商必不可少的一項(xiàng)加工工藝。在模具制造工藝中，采用硬質(zhì)材料銑削加工技術(shù)可以取代某些最昂貴和最費(fèi)時(shí)的加工步驟，可消除或大大減少電極銑削、EDM加工、磨削、拋光、在壓力機(jī)上的逐點(diǎn)修整等工作。由于這一原因，硬質(zhì)材料銑削加工是一項(xiàng)關(guān)系到模具車間成敗的關(guān)鍵技術(shù)。