汽車模具如何使用五軸聯(lián)動的高速銑床

我們廠有一臺Rambudi五軸聯(lián)動的高速銑床，最大裝夾刀具直徑20mm，主軸功率12kw，最大進(jìn)給10m/min，主軸轉(zhuǎn)速1000到15000r/min，F(xiàn)IDIA系統(tǒng)，機(jī)床自動減速很好，每當(dāng)曲率變化急劇時，自動減速，避免了高速時慣性對機(jī)床的損害，是比較典型的高速機(jī)床。

雖然高速銑床的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到15000轉(zhuǎn)，但目前只是在準(zhǔn)高速上運轉(zhuǎn)，加工平緩鑄鐵零件的轉(zhuǎn)速為7000到8000 r/min，進(jìn)給約6000mm/min，每齒進(jìn)給0.3-0.4 （mm/齒）左右,使用瓦爾特SΦ20球刀：P3202-D20 刀具材料：WXK15 。根據(jù)瓦爾特提供的《切削參數(shù)》查得該刀具在8000 r/min時已基本達(dá)到切削速度的上限。

2刀具切削分析

刀具的切削速度由刀具材料、被切削材料、還有刀具的參數(shù)如：前角、后角等共同決定，一旦選定了刀具，切削速度就確定了，但我們加工模具型面用的是球刀，轉(zhuǎn)速恒定的情況下，刀具各點的線速度不同，刀尖速度為零，刀徑處最大，汽車模具往往是復(fù)雜曲面，刀具切切削點隨時在變化，所以切削速度的變化范圍很大，這在很大程度上制約了汽車模具的高速加工。

目前，在個別企業(yè)高速加工參數(shù)已經(jīng)用到步距0.1mm轉(zhuǎn)速3萬轉(zhuǎn)，但對汽車模具來講，高速加工只適合平坦的外板件加工，因為轉(zhuǎn)速越高，刀具的線速度變化范圍越大，而刀具允許的切削速度范圍遠(yuǎn)小于這個值。解決這個問題的途徑就是分片加工，將平緩區(qū)域隔離出來單獨加工，為了避免刀具中心線速度為零的缺點，可以適當(dāng)傾角加工。外板件比如發(fā)動機(jī)罩的拉延模，產(chǎn)品部分平緩，可以進(jìn)行高速加工，工藝補(bǔ)充部分就不適合高速加工，內(nèi)板件幾乎除了壓料面以外找不出平緩面，這里說的平緩面必須要大，如果太小會因分片太多而提刀多，刀具軌跡很短而頻繁拐彎反而不利于高速加工。即便是外板件有些也分不出多少來，比如前圍，外露面較少，平坦區(qū)域也就較少，拉延模凸模能分出來高速加工的區(qū)域不足20％，這20％可以提高效率30％，那么整個凸模提高效率在5％以上，象發(fā)動機(jī)罩車門等件還要高些有可以達(dá)到20％以上。如果一個零件只能分出一小片來高速加工，對整體而言不一定提高效率。

3高速編程注意事項

3.1 數(shù)模表面質(zhì)量的檢查

數(shù)模的質(zhì)量對高速加工起著很重要的作用，會直接影響刀軌的光順性，進(jìn)而影響效率和質(zhì)量。根據(jù)我們以往的經(jīng)驗，在模具型面進(jìn)行加工前提前進(jìn)行數(shù)模表面的質(zhì)量分析是非常有必要的。

（1）分析的主要內(nèi)容：

產(chǎn)品型面的光順性、裂縫和缺陷、在拉延方向有無負(fù)角、工藝補(bǔ)充部分是否倒圓角等，保證實物加工質(zhì)量。

（2）分析方法：

1）用斷面曲率梳和高斯半徑進(jìn)行的產(chǎn)品型面光順性分析,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)模表面質(zhì)量問題。

2）通過視圖操作、偏差分析等，檢查數(shù)模是否存在扭曲、重疊、裂縫等缺陷。

3）加工型面數(shù)模精度的分析，分析數(shù)模在制作時的公差，對表面加工質(zhì)量能造成的影響提前預(yù)計。

4）進(jìn)入UG加工環(huán)境，對加工的數(shù)模進(jìn)行驗證，對有異常的面（被加工面顯示虛線方框），提前處理，防止扎刀現(xiàn)象的發(fā)生。要分析仔細(xì)，尤其是較小的過渡面、圓角面易發(fā)生問題，這一點很重要，高速加工時一但出現(xiàn)過切等錯誤，可能造成很大的事故。

3．2 型面分片及接刀原則

（1）模具型面加工時，采用分塊編程，把平坦和陡峭的面分開，以改善加工工藝性，提高加工效率。如圖1所示，平坦區(qū)域的程序1就可以考慮使用高速加工。

（2 ）走刀方式

對于外覆蓋件的拉延模，要有足夠的重視，盡量沿車身方向走刀加工，如圖2所示。

（3 ）進(jìn)刀退刀方式

在進(jìn)刀和退刀時采用圓弧切入切出的進(jìn)退刀方式。為不要留下駐刀痕，提高加工表面光潔度和精度，在程序設(shè)計時,在切入和切出位置附加一段圓弧程序段，使該圓弧段在加工初始切削點處，與初始切削元素相切，這樣刀具以圓弧方式切入工件，保證被加工表面的光潔度，如圖3所示。

（4）順逆銑的選擇

型面加工當(dāng)走刀方式是按固定方向加工時，采用順銑加工。

4.五軸聯(lián)動功能

我們的高速銑床有五軸聯(lián)動的功能，但我認(rèn)為在汽車模具中不是很適合，如果加工比較大而且規(guī)則的零件，用五軸聯(lián)動效果很好，而象葉輪等零件沒有五軸聯(lián)動加工會很困難，但是汽車模具型面比較復(fù)雜，不可能始終沿零件法向，因為如果這樣機(jī)床擺頭過于嚴(yán)重，肯定與模具型面干涉，既然做不到刀具始終用相同的區(qū)域來切削，也就失去了五軸聯(lián)動的意義。還有一個重要的問題，那就是如果用三聯(lián)動，機(jī)床的A軸與C軸是靠液壓系統(tǒng)鎖死的，如果用五軸聯(lián)動，機(jī)床的A軸與C軸是靠機(jī)床自身的驅(qū)動系統(tǒng)控制的，這大大降低了機(jī)床的剛性，對保持五軸精度極為不利，并且五軸的插補(bǔ)速度要比三軸低。

最近，我廠開始加工檢具，這給五軸聯(lián)動很好的用武之地，檢具的材料主要是樹脂，材料軟，避免了五軸聯(lián)動剛性差的缺點。檢具中變角度的輪廓，以及很多斜孔，使用五軸聯(lián)動的程序極大的提高了加工效率，如果沒有五軸聯(lián)動，變刀軸的輪廓是靠球刀以仿型方式加工，有了五軸聯(lián)動可以使用立銑刀以側(cè)刃加工，加工效率差別很大。