高速銑削在模具制造業(yè)中的運(yùn)用

   如今，在中央政府提出“加快工業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)、振興東北老工業(yè)基地”的指導(dǎo)思想下，東北三省又迎來了建國以來的又一次契機(jī)，在國有企業(yè)優(yōu)化重組、吸引外資等方面都取得了長足進(jìn)步。在機(jī)械制造行業(yè)高速發(fā)展的今天，高速加工也越來越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)制作中來。目前，高速加工主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天業(yè)、模具制造業(yè)等。

　 “工業(yè)發(fā)展、模具先行”。尤其是在東北沿海城市大連，這種表現(xiàn)尤為突出。隨著國企增資擴(kuò)建模具車間/模具分廠、在連的日資企業(yè)逐漸把在日本的模具制造廠轉(zhuǎn)移到了大連、大部分模具也由原來的日本供應(yīng)轉(zhuǎn)向了本區(qū)域采購等等一系列機(jī)遇，大連的模具業(yè)成倍數(shù)地增長，專業(yè)模具制造商日俱規(guī)模，高速銑削被越來越多地應(yīng)用到模具加工中來。

　　眾所周知，減少電火花加工=縮短制作周期=降低生產(chǎn)成本。在模具制作過程中，電極制作、電火花加工、手工拋光是模具加工中的輔助工序，既費(fèi)時又費(fèi)力。隨著高速加工的發(fā)展，以30,000轉(zhuǎn)——60,000轉(zhuǎn)主軸，用R0.15mm——R0.3mm的端銑刀，來作深腔、清角、光潔度的加工，勢必取代絕大部分放電加工。

　　但是，高速加工需要靠機(jī)床、刀具、軟件、編程、夾具等一套完整的系統(tǒng)來保證的，每一方面都缺一不可，所以，雖然高速加工是模具制造業(yè)未來趨勢，我們也要一步一步來學(xué)習(xí)、掌握這門新的加工技術(shù)。

　　目前，在我們大連地區(qū)，有高速加工中心的廠家不多，如：共立精機(jī)、鴻圓精密、華錄模塑等，機(jī)床轉(zhuǎn)速在12,000轉(zhuǎn)——30,000轉(zhuǎn)不等，主要用于銅/石墨電極制作、精密模具部件制作。在今年八月份大連國際機(jī)床展上，據(jù)他們的領(lǐng)導(dǎo)及操作員反映，從使用效果來看，未達(dá)到理想的高速效果。我想在這期《勁鋒》期刊的一角，把我所了解的高速加工闡述一下，希望以下內(nèi)容對您及貴公司有所啟發(fā)、有所幫助，也歡迎您來訪或來電提出您的高見，愿與您共同探討高速加工。 

　　 首先，我們先來討論一下：

為什么需要高速銑削：
1、 面對成本壓力，要降低生產(chǎn)成本；
2、面對竟?fàn)帀毫�，要縮短制作周期；
3、減少電火花加工，減少電極加工；
4、減少手工工作，得到更好的光潔度；
5、薄壁件，不得不采用高速銑；
6、超硬鋼銑削——高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給、小切深高速加工目標(biāo)： 
1、高精度
2、高光潔度
3、最短的加工時間
高速加工的要點： 
1、速度快、穩(wěn)定性高的控制系統(tǒng)
2、精確的刀路編程
3、高速、高剛性、同心度高的刀具系統(tǒng)
4、快速、精準(zhǔn)的裝夾系統(tǒng)
　　 
　　 在簡要地了解了以上信息后，暫時拋開高速加工中心母機(jī)不談，我們再從以下四個方面來論述一下影響高速加工的幾點因素：

一、 高速加工中心對控制系統(tǒng)的要求：

　　 高速加工追求高精度和高光潔度，在CAM計算機(jī)輔助設(shè)計中，用點逼進(jìn)法來加工圓弧，這樣產(chǎn)生的NC程序多達(dá)十幾兆到幾十兆，這就需要控制系統(tǒng)有非常高的數(shù)據(jù)處理能力，一般要有1秒鐘內(nèi)處理5000~10000條數(shù)據(jù)的能力，不然機(jī)床會在加工到尖角位或轉(zhuǎn)彎位停頓甚至死機(jī)。
1、 開放式控制系統(tǒng)。如：Heidenhaim、Siemens、Fanuc等，處理器PⅢ1000MHz以上，并可根據(jù)需要自行升級，具有更好的通用性、柔性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，保證高速加工下的可靠性和安全性。
2、 程序塊處理時間為0.1ms，即每秒可處理10，000個以上程序塊，10，000個以上程序塊超前看功能。
3、 自動控制加速度功能�？筛鶕�(jù)高精度或高速加工要求，對機(jī)床運(yùn)行做出調(diào)整。如：轉(zhuǎn)角減速，避免過切現(xiàn)象產(chǎn)生。
4、 及時升級最新的控制系統(tǒng)版本，通過更優(yōu)化的曲線計算和插補(bǔ)，獲得更好的加工精度和表面質(zhì)量，同時可將加工時間縮短20%。

二、 高速加工中心對刀路編程的要求： 

1、 編程界面為ISO，點與點之間隙極小，有時候少于0.001mm 
2、 高精度編程軟件
3、 復(fù)雜編程策略：·粗加工·半精加工·精加工 
參考資料：高速主軸規(guī)格
主軸轉(zhuǎn)數(shù) 功率 最大刀具直徑
36000rpm，17kw Φ20mmMAX
42000rpm，14kw Φ15mmMAX
60000rpm，15kw Φ8mmMAX

三、 高速加工中心對刀具的要求：
　　 刀具與機(jī)床是相輔相成，共同發(fā)展的，高速加工當(dāng)然對刀具也有著很高的要求：
　　 高速加工刀具
1、類型：整體式、機(jī)夾式、可調(diào)式
2、材質(zhì)：超細(xì)微粒硬質(zhì)合金、PCD（聚晶金剛石）、CBN（立方氮化硼）或金剛石沉積涂層刀具等。
提示：*高速銑削必須使用硬質(zhì)合金或以上刀具，除了比白鋼刀具有良好的切削性能外，還具有撞刀時斷裂，保護(hù)主軸的特點；

*使用球頭銑刀時，應(yīng)注意有效加工直徑；
*不能用白鋼刀；
*盡量小的懸伸；
*順銑； 
　　 刀具的預(yù)調(diào)和管理
1、 刀具長度和直徑的測量。因為刀具公差一開始即被嚴(yán)格控制，減少機(jī)床撞刀，工件質(zhì)量得到提高，降低廢品率。
2、 識別刀具磨損狀況。通過對刀具切削刃的磨損分析，調(diào)整切削參數(shù)，從而提高產(chǎn)品精度，降低刀具非合理損耗。
3、 刀具預(yù)調(diào)、刀具管理。刀具經(jīng)過預(yù)調(diào)和測量，不需機(jī)內(nèi)對刀，保證生產(chǎn)的連續(xù)性，可以使數(shù)控加工設(shè)備的生產(chǎn)效率至少提高12.5%；使整個庫存管理更方便，在刀具成本上可以降低至少20%的年費(fèi)用。

目前，世界上刀具測量儀器以德國產(chǎn)最優(yōu)、最專業(yè)，如：德國ZOLLER、德國WALTER等。 

四、 高速加工中心對刀具夾持系統(tǒng)的要求：

1、 HSK刀柄在高速加工中被廣泛應(yīng)用。
　　 在高轉(zhuǎn)速、高離心率的情況下，HSK刀柄與主軸的結(jié)合將更加緊密、更具剛性，3萬rpm以上應(yīng)為首選。
2、 刀具與夾刀頭的同心度，直接影響加工精度。
　　 熱脹式刀柄是專為高速機(jī)設(shè)計的，具有高剛性、高同心度的性能特點，同心度達(dá)0.003mm以下。現(xiàn)在各大刀具制造商都陸續(xù)推出了熱脹式刀柄，其中性價比極高的品牌為臺灣“正河源SYIC”高速機(jī)系列刀具。刀柄規(guī)格：BT、DAT、CAT、HSK；適合轉(zhuǎn)數(shù)：從8000rpm~30000rpm，具有高剛性、高同心度的性能特點。

3、 為配合熱脹刀柄使用，需配置“加熱/冷卻機(jī)”。
　　 快速加熱原理：由加熱器內(nèi)之感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻磁力，使刀桿感應(yīng)渦流而直接發(fā)熱，加熱到450℃以上，然后將刀具放入刀柄，待冷卻后，使刀柄與刀具全面接觸，完全解決了索咀式刀柄只有五點抓住刀具的缺點。加熱迅速，僅需15s~20s；冷卻約需30s。
　　 現(xiàn)有幾種品牌加熱、冷卻機(jī)可供參考：
1） 臺灣正河源 加熱機(jī)
2） 德國HAIMAR 加熱&冷卻機(jī) （二合一式）
3） 德國ZOLLER 對刀、加熱&冷卻機(jī) （三合一式）

4、 高速加工對刀柄及刀具系統(tǒng)要有很高的動平衡性。
　　 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速達(dá)30,000rpm或以上時，主軸、刀柄、刀具三者在旋轉(zhuǎn)時應(yīng)具有極高的同心度及動平衡能力。否則轉(zhuǎn)速越高離心力越大，當(dāng)其達(dá)到系統(tǒng)的臨界狀態(tài)，將會使刀柄、刀具系統(tǒng)發(fā)生激振，其結(jié)果是加工質(zhì)量下降，刀具壽命縮短，使主軸軸承磨損，造成主軸損壞。
消除刀具系統(tǒng)不平衡的方法有三種：
1） 加動平衡環(huán)
2） 加配重螺釘
3） 在刀柄上鉆或銑去不平衡質(zhì)量
　　 但是，以上方法都需要有刀具動平衡儀精確地計算出需要調(diào)整的量，方可實施。
　　 目前，德國HAIMAR的刀具動平衡儀最為專業(yè)，廣泛應(yīng)用于模具制造、航空航天、汽車、刀具生產(chǎn)等行業(yè)，如：海爾模具、株州硬質(zhì)合金工具廠、瓦爾特（工具）等用戶。

五、 高速加工中心對夾具的要求：

　　 購買高速加工中心的目的就是要縮短制作時間，
如圖5所示：用普通加工中心90分鐘加工的2D電極，在高速加工中心上1分鐘就完成了。但是大家可能忽略了此電極在加工中心上的裝夾時間，大約需15~25分鐘；銑完的電極，在電火花機(jī)安裝校正的時間又花掉30分鐘，而放電加工僅需30分鐘。這種不合理現(xiàn)象，往往成為高速加工的瓶頸。

　　解決這個瓶頸問題，我們可以使用柔性的工具系統(tǒng)，不單消除了裝夾、找正中的人為誤差，又減少了高檔設(shè)備的停機(jī)時間，使生產(chǎn)效率與模具質(zhì)量翻倍提高。如：瑞士EROWA工具系統(tǒng)，重復(fù)裝夾精度在±0.001mm以內(nèi)，機(jī)械手自動換裝和手動換裝僅需10秒鐘。

　　在最近一年中，我也先后去了瑞士、日本及上海等地的一些精密模具制造廠參觀。在勞動力少、工資高的瑞士，一家叫瓦勒伯佰科的公司，專業(yè)生產(chǎn)精密塑料模具和沖模，現(xiàn)場操作者只有17人，操控著25臺精密數(shù)控設(shè)備，又負(fù)責(zé)模具裝配，沒有專職的鉗工，而年銷售額350萬美元，人均14萬美元；在日本黛杰（DIJET）的一個專做硬質(zhì)合金模具的電加工車間，也只看到了一位操作者在操控著5臺設(shè)備。

　　也就是說，除了有先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床外，夾具系統(tǒng)是貫穿生產(chǎn)過程始終的。減少裝夾時間，解放勞動力，使機(jī)床連續(xù)生產(chǎn)，才能最終降低生產(chǎn)成本。

　　綜上所述，高速加工的確是一套系統(tǒng)的加工技術(shù)，離不開軟件編程、刀具、夾具的配合。每一位運(yùn)籌帷幄的領(lǐng)導(dǎo)人都希望他的投資能盡快地得到回報，那么，及時地“更新知識”，果斷地“先人一步”，將是您制勝的法寶。勁鋒人也不斷地汲取世界先進(jìn)的機(jī)加理念，將理論運(yùn)用到實踐中來，為客戶提供更完善的方案與技術(shù)服務(wù)，希望能與您共同進(jìn)步！