五金模具高速加工技術(shù)應(yīng)用范圍簡(jiǎn)介

    粗加工模具粗加工的主要目標(biāo)是追求單位時(shí)間內(nèi)的材料去除率，并為半精加工準(zhǔn)備工件的幾何輪廓。
    在切削過(guò)程中因切削層金屬面積發(fā)生變化，導(dǎo)致刀具承受的載荷發(fā)生變化，使切削過(guò)程不穩(wěn)定，刀具磨損速度不均勻，加工表面質(zhì)量下降。目前開發(fā)的許多CAM軟件可通過(guò)以下措施保持切削條件恒定，從而獲得良好的加工質(zhì)量。恒定的切削載荷。通過(guò)計(jì)算獲得恒定的切削層面積和材料去除率，使切削載荷與刀具磨損速率保持均衡，以提高刀具壽命和加工質(zhì)量。避免突然改變刀具進(jìn)給方向。
    避免將刀具埋入工件。如加工模具型腔時(shí)，應(yīng)避免刀具垂直插入工件，而應(yīng)采用傾斜下刀方式(常用傾斜角為20°～30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具載荷；加工模具型芯時(shí)，應(yīng)盡量先從工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件時(shí)應(yīng)盡可能采用傾斜式(或圓弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削(Climb cutting)可降低切削熱，減小刀具受力和加工硬化程度，提高加工質(zhì)量。
    半精加工模具半精加工的主要目標(biāo)是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻，這對(duì)于工具鋼模具尤為重要，因?yàn)樗鼘⒂绊懢�加工時(shí)刀具切削層面積的變化及刀具載荷的變化，從而影響切削過(guò)程的穩(wěn)定性及精加工表面質(zhì)量。粗加工是基于體積模型(Volume model)，精加工則是基于面模型(Surface model)。
    而以前開發(fā)的CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)零件的幾何描述是不連續(xù)的，由于沒(méi)有描述粗加工后、精加工前加工模型的中間信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此應(yīng)對(duì)半精加工策略進(jìn)行優(yōu)化以保證半精加工后工件表面具有均勻的剩余加工余量。
    優(yōu)化過(guò)程包括：粗加工后輪廓的計(jì)算、最大剩余加工余量的計(jì)算、最大允許加工余量的確定、對(duì)剩余加工余量大于最大允許加工余量的型面分區(qū)(如凹槽、拐角等過(guò)渡半徑小于粗加工刀具半徑的區(qū)域)以及半精加工時(shí)刀心軌跡的計(jì)算等�，F(xiàn)有的模具高速加工CAD/CAM軟件大都具備剩余加工余量分析功能，并能根據(jù)剩余加工余量的大小及分布情況采用合理的半精加工策略。如Open Mind公司的Hyper Mill和Hyper Form軟件提供了束狀銑削(Pencil milling)和剩余銑削(Rest milling)等方法來(lái)清除粗加工后剩余加工余量較大的角落以保證后續(xù)工序均勻的加工余量。Pro/Engineer軟件的局部銑削(Local milling)具有相似的功能，如局部銑削工序的剩余加工余量取值與粗加工相等，該工序只用一把小直徑銑刀來(lái)清除粗加工未切到的角落，然后再進(jìn)行半精加工；如果取局部銑削工序的剩余加工余量值作為半精加工的剩余加工余量，則該工序不僅可清除粗加工未切到的角落，還可完成半精加工。
    精加工模具的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點(diǎn)，而刀具與工件的接觸點(diǎn)隨著加工表面的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化。對(duì)于由多個(gè)曲面組合而成的復(fù)雜曲面加工(見(jiàn)圖2)，應(yīng)盡可能在一個(gè)工序中進(jìn)行連續(xù)加工，而不是對(duì)各個(gè)曲面分別進(jìn)行加工，以減少抬刀、下刀的次數(shù)。然而由于加工中表面斜率的變化，如果只定義加工的側(cè)吃刀量(Step over)，就可能造成在斜率不同的表面上實(shí)際步距不均勻，從而影響加工質(zhì)量。
    Pro/Engineer解決上述問(wèn)題的方法是在定義側(cè)吃刀量的同時(shí)，再定義加工表面殘留面積高度(Scallop machine)；Hyper Mill則提供了等步距加工(Equidistant machine)方式，可保證走刀路徑間均勻的側(cè)吃刀量，而不受表面斜率及曲率的限制，保證刀具在切削過(guò)程中始終承受均勻的載荷。一般情況下，精加工曲面的曲率半徑應(yīng)大于刀具半徑的1.5倍，以避免進(jìn)給方向的突然轉(zhuǎn)變。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時(shí)，進(jìn)給方向的改變應(yīng)盡量采用圓弧或曲線轉(zhuǎn)接，避免采用直線轉(zhuǎn)接，以保持切削過(guò)程的平穩(wěn)性。
    進(jìn)給速度的優(yōu)化目前很多CAM軟件都具有進(jìn)給速度的優(yōu)化調(diào)整功能：在半精加工過(guò)程中，當(dāng)切削層面積大時(shí)降低進(jìn)給速度，而切削層面積小時(shí)增大進(jìn)給速度。應(yīng)用進(jìn)給速度的優(yōu)化調(diào)整可使切削過(guò)程平穩(wěn)，提高加工表面質(zhì)量。切削層面積的大小完全由CAM軟件自動(dòng)計(jì)算，進(jìn)給速度的調(diào)整可由用戶根據(jù)加工要求來(lái)設(shè)置。
    結(jié)語(yǔ)模具高速加工技術(shù)是多種先進(jìn)加工技術(shù)的集成，不僅涉及到高速加工工藝，而且還包括高速加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、高速切削刀具及CAD/CAM技術(shù)等。模具高速加工技術(shù)目前已在發(fā)達(dá)國(guó)家的模具制造業(yè)中普遍應(yīng)用，而在我國(guó)的應(yīng)用范圍及應(yīng)用水平仍有待提高，大力發(fā)展和推廣應(yīng)用模具高速加工技術(shù)對(duì)促進(jìn)我國(guó)模具制造業(yè)整體技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要意義。