用PCD和CBN刀具高速干銑削

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　孫季初 編譯 

　　即使對(duì)于日常使用的簡(jiǎn)單物品(如牙刷或洗澡用具)設(shè)計(jì)人員也越來(lái)越多地采用難加工的具有任意曲面的三維模具。因而，刀具和模具制造業(yè)就不得不面臨著對(duì)用于鋼模電火花加工所必需的電極的設(shè)計(jì)和制造木斷提高的要求。人們經(jīng)常不用電火花加工的方法而直接通過(guò)高速硬銑來(lái)加工復(fù)雜的三維模具。除了合適的機(jī)床和加工工藝外決定性的首先是刀具在硬銑和加工石墨電極時(shí)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果。  

　　CAD-CAM一體化設(shè)計(jì)  

　　Quattroform股份有限公司，在Ettenheim/Baden的精密模具制造廠專(zhuān)門(mén)致力于具有復(fù)雜的三維幾何形狀的零件的注塑模的加工。這個(gè)企業(yè)設(shè)計(jì)和制造特別是用于多色和多組分注塑的注塑模。設(shè)計(jì)人員通過(guò)軟盤(pán)或遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸(ISDN)得到要求的圖紙和數(shù)據(jù)。由此他們從CAD-AM系統(tǒng)上得到所需注塑模的總圖和單個(gè)零件圖。他們以并行工程的形式也越來(lái)越多地與用戶(hù)緊密地合作進(jìn)行設(shè)計(jì)和方案制訂，以便優(yōu)化零件性能、鋼模加工和注塑過(guò)程。  

　　CNC程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)車(chē)間內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)。需要時(shí)，機(jī)床操作者可以從服務(wù)器中調(diào)出程序把它輸入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的存儲(chǔ)器內(nèi)。如果操作者在機(jī)床上對(duì)程序進(jìn)行了優(yōu)化，那么他便將新的程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)再送回服務(wù)器或者工藝和NC編程部門(mén)。由此確保始終提供NC程序的現(xiàn)行版本，并可以為所有參與編程和工藝制訂的員工使用。  

　　用CBN硬銑  

　　對(duì)于洗澡用具來(lái)說(shuō)，Ettenheim的設(shè)計(jì)人員和模具制造者開(kāi)發(fā)了鋼制模具。它幾乎完全是硬加工而成的。只有銑刀無(wú)法到達(dá)的、帶有小的過(guò)渡圓角的部分還用電火花加工。銑削后只需略作手工拋光，以便產(chǎn)生錚亮的表面。這里硬銑首先具有精度高的優(yōu)點(diǎn)。  
  
　　為了確保在注塑時(shí)或輕金屬壓鑄時(shí)模具在分型面處保持密封，在加工以后這一部位的精度必須高于0.01mm。在尺寸較小的注塑模中精度必須保持在5µm至3µm范圍內(nèi)。這只有用硬銑才能達(dá)到。  

　　這種方法還有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即在銑削時(shí)直接形成硬的、封閉表面。取消了為去除因電火花加工后形成的所謂軟化層所進(jìn)行的昂貴的、大多是手工的后續(xù)加工。  

　　用帶有立方氮化硼(CBN)刀片的銑刀精加工鋼模。圖2中所示的銑刀加工碎硬的鑄鋼時(shí)，能在切削速度為600m/min，單齒進(jìn)給量高達(dá)0.2mm的條件下精加工。因此，模具制造者推薦可用比普通刀具高的切削速度和單齒進(jìn)給量進(jìn)行加工。經(jīng)驗(yàn)表明這樣將達(dá)到更長(zhǎng)的使用壽命和更好的表面質(zhì)量。因?yàn)镃BN刀片易崩裂，必須盡可能選擇連續(xù)的。不中斷的切削的銑削方案。在精銑和硬銑大表面三維形面時(shí)，一般是很容易實(shí)現(xiàn)的。   
  
　　Lahr公司的CBN刀具可以提供直徑3mm至32mm的環(huán)面和球頭銑刀。直徑12mm以下的圓柱形刀柄由硬質(zhì)合金制成。這在高速銑削時(shí)特別合適，因?yàn)橐环矫嬗操|(zhì)合金吸振性好，另一方面在撞刀時(shí)刀具脆性斷裂，減小刀具碎片四處飛射的危險(xiǎn)。  

小直徑環(huán)面銑刀特別適合于銑削窄而深的溝槽和小的圓角。對(duì)于高的表面質(zhì)量和安全的銑削來(lái)說(shuō)，起決定性作用的是短的懸伸長(zhǎng)度和裝夾在精細(xì)平衡過(guò)的刀桿內(nèi)(HSK-E)。銑刀安裝在液壓拉緊或熱收縮夾頭內(nèi)。這在徑向跳動(dòng)精度很高的情況下能可靠地傳遞大的扭矩。  

　　用聚晶金剛石銑削石墨零件  

　　Ettenheim的模具制造廠利用相同尺寸的帶有聚晶金剛石(PCD)刀片的刀具銑削石墨電極。用硬質(zhì)合金刀具銑削石墨時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)或者在較短的切削行程以后，刀刃就已經(jīng)嚴(yán)重磨損。因此，在銑削一批20件石墨電極時(shí)必須較早地并要經(jīng)常地更換銑刀。另外，由于刀具切削刃的磨損會(huì)導(dǎo)致超過(guò)0.01mm的形狀誤差和幾何誤差。  

　　因此，許多工藝專(zhuān)家用 PCD銑刀在瑞士 Mikron Nidau公司生產(chǎn)的高速切削銑床上銑削石墨電極。采用PCD銑刀的主要原因是聚晶金剛石刀具在銑削石墨時(shí)有很高的耐磨性。因此，現(xiàn)在可以不用換刀就能一次加工20件牙刷電極。其中由于刀刃磨損所引起的形狀和幾何誤差保持在小于0.01mm的范圍內(nèi)。  
  
　　Mikron公司用于硬銑石墨及銅電極加工的HSM700高速切削銑床與硬質(zhì)合金刀具相比，PCD銑刀可以達(dá)到10倍的使用壽命。與目前常用的實(shí)體硬質(zhì)合金的銑刀相比減少5至7次換刀。加工時(shí)間只有目前的三分之一至四分之一�？梢栽�700m/min的切削速度和0.2mm至0.25mm單齒進(jìn)給量的情況下精銑石墨電極。高速切削銑床精銑一個(gè)電極需要約25分鐘。  

　　機(jī)床具備一個(gè)帶PC的數(shù)控系統(tǒng)。10M字節(jié)的貯存容量可以貯存很多任意曲面的NC程序。只有1ms的語(yǔ)句更換時(shí)間使得有可能在很高的進(jìn)給速度時(shí)銑削。通過(guò)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)可以通過(guò)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與其他計(jì)算機(jī)直接交換數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化的工件安裝和在交換工作臺(tái)上的多工件夾緊有利于縮短輔助時(shí)間和準(zhǔn)備時(shí)間。  

　　盡管PCD刀具費(fèi)用較高，Ettenheim的模具制造廠用這種刀具加工還是比較經(jīng)濟(jì)�？梢匀∠�硬質(zhì)合金刀具的刃磨和與此有關(guān)的場(chǎng)地費(fèi)用。PCD刀刃非常鋒利，也就是說(shuō)沒(méi)有刀棱圓角。這使得精加工可以達(dá)到所要求的小于0.01mm的尺寸和幾何形狀精度，而不需要費(fèi)用高昂的后續(xù)手工加工，通過(guò)采用PCD和CBN刀具加工時(shí)間總共可以降低到目前的三分之一至四分之一。