高速加工技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是速度與切削效率 

優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品短期交貨 

隨著用戶(hù)需求多樣化，希望縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造周期的呼聲也在提高。作為批量生產(chǎn)零部件時(shí)不可缺少的金屬 模具，其制造和用這個(gè)模具生產(chǎn)的鍛造部件、鑄造部件也達(dá)到優(yōu)質(zhì)、短時(shí)間交貨的方法，是使切削工具、磨削砂輪高速旋轉(zhuǎn)。在此以模具切削加工技術(shù)為主，說(shuō)明一下為實(shí)現(xiàn)高精度、高效率加工的關(guān)鍵制造工藝。

為何要高速切削加工 

加工中心的加工時(shí)間，是包括了排出鐵屑的切削時(shí)間和交換工具、軸的定位時(shí)間等非切削時(shí)間組成的。在加工鍛造、鑄造的引擎等部件時(shí)，為縮短同一產(chǎn)品的批量加工時(shí)間，盡量縮短非切削時(shí)間是有效的�，F(xiàn)在有高速自動(dòng)工具交換裝置，也實(shí)現(xiàn)了100m／min以上高速化的軸的快速進(jìn)給。
        
在加工金屬模具的形狀部位時(shí)，切削時(shí)間占的比率較高，因此想辦法提高切削效率對(duì)于縮短加工時(shí)間會(huì)產(chǎn)生很大的效果。
         
現(xiàn)在看一看高速加工的有利之點(diǎn)。首先是加工精度和加工效率。高速加工的進(jìn)刀量使每刃為小進(jìn)給，使工具高速旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工，這就提高了進(jìn)給速度。結(jié)果是降低了切削阻力，抑制了剛性較低工具在加工中的變形，使形狀精度得到提高。
        
 最近的切削工具在切削鐵方面的材料時(shí)，100-500m／min的切削速度成為推薦條件得到開(kāi)發(fā)。這樣，高速加工的效率同過(guò)去的加工相比可以提高兩倍。
         
再是切削發(fā)熱。進(jìn)行切削時(shí)切削點(diǎn)的發(fā)熱，是工具的前傾面、后隙面的摩擦熱和鐵屑被剪斷變形導(dǎo)致的發(fā)熱為主，隨著切削速度的提高，整體發(fā)熱量會(huì)增加，但90％以上被鐵屑吸收，熱傳導(dǎo)基本上不會(huì)到工具、工件上。很好地利用這一特點(diǎn)，就可以在抑制工具磨損的同時(shí)提高加工效率。
         
能夠很好地運(yùn)用上述有利之點(diǎn)，是高速加工成功地達(dá)到高精度、高效率的關(guān)鍵。下面再看一看金屬模具加工的特點(diǎn)、為實(shí)現(xiàn)高速切削的設(shè)備、刀具、工具CAM等。  
        
細(xì)微直線(xiàn)組成的金屬模具形狀     
       
 加工模具形狀部位采用的數(shù)據(jù)，是把要達(dá)到的3次元曲面以微細(xì)的點(diǎn)群進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)，屬于大量微細(xì)直線(xiàn)的集結(jié)。加工中心按照這微細(xì)直線(xiàn)動(dòng)作時(shí)，要使直線(xiàn)和直線(xiàn)相接部分保證加工精度，就要按照銜接部分的折曲角度和直線(xiàn)長(zhǎng)度的比率降低切削進(jìn)給速度，通過(guò)銜接部位后，需要反復(fù)進(jìn)行達(dá)到切削進(jìn)給速度時(shí)的加減速。 
        
就像開(kāi)汽車(chē)一樣，在大的R彎道上可以高速通過(guò)，但在V字形彎道時(shí)，如果不充分減速，汽車(chē)就會(huì)越出道路。 
        
因此，對(duì)于加工中心各進(jìn)給軸的指令都是以非常短的間隔作出指示的。變化進(jìn)給軸的加速度、對(duì)進(jìn)給軸進(jìn)行移動(dòng)指令時(shí)，從停止?fàn)顟B(tài)到達(dá)到指令的進(jìn)給速度有個(gè)必要的距離。例如，作出5m／min的進(jìn)給速度指示時(shí)，原來(lái)加工中心采用的1．6m／s²的進(jìn)給軸加速度就要達(dá)到2．2mm的加速距離，如使用高加速的9．8/s²時(shí)，就成為0．4mm的短加速距離。 再引用一下開(kāi)車(chē)的例子，就像大型卡車(chē)(低加速機(jī))和賽車(chē)(高加速機(jī))并排啟動(dòng)，看哪一輛先達(dá)到預(yù)定的速度一樣。
         
 一般來(lái)說(shuō)，模具形狀部位加工用的NC數(shù)據(jù)，很多是2mm到3mm以下，短的也有為0.1mm以下的�，F(xiàn)在有提高刀具軌跡公差、生產(chǎn)更高精度模具的傾向，因此也有時(shí)將線(xiàn)分長(zhǎng)縮短，這樣，低加速的加工中心作出高速的進(jìn)給速度指示時(shí)，實(shí)際的進(jìn)給速度也不會(huì)達(dá)到指示的速度。也就是說(shuō)僅提高了進(jìn)給指令速度，不會(huì)縮短加工時(shí)間，為提高加工效率，需要有高加速、高速進(jìn)給軸的加工中心。 
        
高速加工中心 
        
這幾年，進(jìn)給結(jié)構(gòu)采用高導(dǎo)引滾珠絲杠或直線(xiàn)電機(jī)，加減速度從9.8到19.6m/s²、進(jìn)給速度從60m/min到120m/min的高速快速進(jìn)給加工中心正在商品化。
        
可是，并非所有這些設(shè)備都能有效地進(jìn)行金屬模具的高速加工。正如前面所述，模具形狀部位的加工 是三次元曲面，這在加工時(shí)就需要頻繁地加減速。為做到保持指標(biāo)精度的同時(shí)進(jìn)行加工，就要在不能因快 速的加減速產(chǎn)生的慣性導(dǎo)致機(jī)械本體變形方面下功夫。 
       
高速模具加工設(shè)備是將導(dǎo)軌配置于移動(dòng)體的兩端，各軸的移動(dòng)體都有兩端支持，是以?xún)擅嬷�撐的狀態(tài)支 持高剛性的。滾珠絲杠每個(gè)軸都是移動(dòng)體兩端各有兩個(gè)的配置，這樣重心附近也能驅(qū)動(dòng)，能夠適應(yīng)60m/min、 9.8m/s²的高速快速加減速的進(jìn)給。 

高速刀具 
        
刀夾是使機(jī)械和工具結(jié)合的要素，原來(lái)只約束錐面的BT夾具，在主軸回轉(zhuǎn)速度超過(guò)20,000min-1時(shí)，錐口會(huì)由于離心膨脹而張開(kāi)，刀頭的振擺就會(huì)加大。刀頭的振擺直接影響工具壽命，這就會(huì)使工具壽命縮短。于是，為做到高速加工，就必須采用可約束錐面和端面兩個(gè)面的雙面高速夾具。關(guān)于此類(lèi)型夾具，HSK和KM公司，還有其他夾具廠(chǎng)家都提出了有特長(zhǎng)的夾具方案。

工具的保持方式從離心膨脹及加工精度考慮，多采用高速旋轉(zhuǎn)時(shí)也具有可靠精度的熱壓配合式夾具。原來(lái) 采用的簡(jiǎn)夾控制方式也提高了精度，可用于高速加工。 
        
用于高速的切削工具 
        
由于使用超微原料的超微粒子超硬開(kāi)發(fā)得到推進(jìn)，硬度和韌性值得到提高，使得高速高效加工成為可能。 又由于開(kāi)發(fā)出了在工具表面施以耐熱性和硬度都非常好的涂層，更具提高壽命的效果。在硬度和耐熱性方 面具有比超硬還好的性質(zhì)的CBN、最近又出現(xiàn)了提高CBN含量的燒結(jié)體，實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果顯示，超過(guò)1，000m/min的切削速度時(shí)，工具磨損也很少。 
         
CAM 
         
CAM將切削出來(lái)的形狀以點(diǎn)群數(shù)據(jù)表示，這樣，決定工具移動(dòng)軌跡的刀具對(duì)于實(shí)現(xiàn)高精度加工起到很大作用。為達(dá)到較高的形狀精度，就要盡量減少切削阻力的變動(dòng)，需采用相對(duì)固定工具變形量的切削方法。 
         
實(shí)現(xiàn)了這一方法的是等高線(xiàn)加工 
         
等高線(xiàn)加工是高度在同樣位置時(shí)的連續(xù)切削，工具和工件的接觸位置不產(chǎn)生變化。這樣，鐵屑的厚度是固 定的，切削阻力的變動(dòng)就很小。這種加工方法對(duì)豎壁等可達(dá)到很細(xì)小的節(jié)距型縫，但加工緩面時(shí)節(jié)距就會(huì)變 粗，使得表面光潔度不理想。最近在型縫較粗的地方加上了使型縫輸出的功能，從而得到很好的加工面。 
        
將點(diǎn)群進(jìn)行直線(xiàn)插補(bǔ)時(shí)，需要在短時(shí)間處理大量的NC數(shù)據(jù)，如果CNC裝置能力不足時(shí)，就要產(chǎn)生NC 數(shù)據(jù)處理的等待時(shí)間，這會(huì)導(dǎo)致進(jìn)給軸控制不能平緩，使加工面出現(xiàn)凹凸現(xiàn)象。
         
為提高處理速度，采用圓弧插補(bǔ)和NURBS插補(bǔ)可以消除NC數(shù)據(jù)處理的等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高速高精度加 工。實(shí)際已有報(bào)告顯示，研制出了對(duì)模具形狀部位的直線(xiàn)插補(bǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)，平均線(xiàn)分長(zhǎng)度粗工序時(shí) 為5倍、精加工序?yàn)?倍，適合高速切削的NC數(shù)據(jù)。 

削減了手工研磨工序 
        
曲軸模具是以放電加工方式對(duì)形狀部位進(jìn)行加工，對(duì)于電加工后的痕跡都是用手工研磨方法去掉的。這 是因?yàn)榍�軸模具需采用深雕加工法，但工具探出的長(zhǎng)度與工具直徑比大時(shí)，切削面則容易發(fā)生“振顫” 而不會(huì)得到良好的加工面。
         
也有引用上述高速加工技術(shù)，使用高剛性主軸的加工中心、采用降低切削阻力的工具徑路和高剛性工 具，得到平滑理想的加工面，從而削減手工研磨工序的做法。
        
為實(shí)現(xiàn)高速切削加工，就需采用相應(yīng)高速的加工中心、可適應(yīng)快速進(jìn)給的刀具軌跡、考慮到加工中心特性的有編制NC數(shù)據(jù)功能的CAM、再加上可以進(jìn)行高速、高效加工的切削工具、振擺小的工具刀夾等， 注重提高這些周邊技術(shù)，并將這些技術(shù)都充分運(yùn)用到切削加工技術(shù)中去，總之是需要多方面的協(xié)調(diào)配合。