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時的加工步驟，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后續(xù)加工的要求。對于刀具而言，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，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。因為鋼材是在淬硬的情況下加工的，因此無需后面的熱處理、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)點是可以保證十分精密的公差尺寸(±10mm)，這一點對于模具加工來說是彌足珍貴的。加工后的模具不需由人工逐點修整，而且由于加工后達(dá)到無需手工修整的程度，模具的幾何形狀完全與CAD設(shè)計模型相吻合。而且模具配合面的加工也達(dá)到了無需任何修整的水平。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，使其略低于公稱尺寸。這樣，當(dāng)模具兩半閉合時，可使模具接觸面之間留出一點間隙，但該間隙非常小(一般只有0.2mm)，這樣，在注塑時可以讓一部分塑料流出來，不過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，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。一般來說，這些配合面之間的干擾問題必須在逐點修整和匹配過程中解決，現(xiàn)在就不存在這一問題了。在模芯和模腔閉合時，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遭殃，整個工藝就會失敗。

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

　　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關(guān)鍵的要求：刀具必須具有一個近乎完美的半徑和實際上毫無瑕疵的切削刃。刀刃的半徑精度必須極高，這樣，無論是高或低的排屑槽都不會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)這些缺陷說明它們在接觸工件時，發(fā)生加速磨損現(xiàn)象。這種情況會導(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非常關(guān)鍵的因素，因為當(dāng)機(jī)床處于無人化操作時，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，但其價格要比標(biāo)準(zhǔn)的刀具高得多。使用這一質(zhì)量等級的刀具是絕對必要的，費用不應(yīng)成為一個問題。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模具的逐點修整工藝，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。因為偏置誤差會導(dǎo)致刀具一個排屑槽的過量切削，增加那個排屑槽上的切削負(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，因為與其他錐套夾持方式相比，它更加堅固耐用、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)生的熱量和振動是非常重要的。直接驅(qū)動的主軸(不通過齒輪或皮帶傳動)及其內(nèi)冷方式專門適用于硬質(zhì)材料的銑削加工。

　　4、機(jī)床的結(jié)構(gòu)

　　在探討這類機(jī)床的主軸問題時可以與機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)分開討論，盡管它們都屬于機(jī)床不可分割的一部分。毫無疑問，硬質(zhì)材料銑削加工對機(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)床的震動和累積誤差，這些因素可能會影響到刀具的切削精度，因此對每一因素必須嚴(yán)格控制。

　　三、編程軟件

　　然而，一臺剛性良好、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，編程輸入對驅(qū)動CNC的刀具運行軌跡則有一定影響。

　　當(dāng)加工淬硬的材料時，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)的運行”。正因為這個原因，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，因為后者要求按公差平穩(wěn)、精確地運動，允許模具車間繞開模具制造工藝的全部加工步驟。

　　由日本人開發(fā)的CAM-TOOL編程軟件可以根據(jù)直接從幾何形狀所取的測量點，來計算刀具的加工路線。實際上，這些點可通過數(shù)學(xué)規(guī)定的、最適配這些點的曲線連接起來，然后用直線段將分布于輪廓圖網(wǎng)眼中的每一個三角形的中心點連接起來，然后將它們相互對照。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動在短線段創(chuàng)建的方向上缺乏陡峭的變化。試圖讓帶有微米級反饋分辨率的機(jī)床沿著這些線段運動，一定會產(chǎn)生不良的效果，使加工的刀具處于危險的境地。

　　四、集中全部優(yōu)勢

　　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，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，無人化操作才變得切實可行。然而，對硬質(zhì)材料的銑削加工，日常使用的無人化操作模式并不是一個選項或是作為一種獎勵。機(jī)床幾乎24h不停運轉(zhuǎn)的目的是為了支付機(jī)床本身的代價，以便回收投資。無人化操作更體現(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小時的模具打磨和逐點修整等需要支付高昂勞務(wù)費用的工作。

　　對于購置模具的客戶而言，其好處是顯而易見的，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時的加工步驟，可消除或大大減少電極銑削、EDM加工、磨削、拋光、在壓力機(jī)上的逐點修整等工作。由于這一原因，硬質(zhì)材料銑削加工是一項關(guān)系到模具車間成敗的關(guān)鍵技術(shù)。