汽車模具如何使用五軸聯(lián)動(dòng)的高速銑床
1 模具廠高速銑床現(xiàn)狀
我們廠有一臺(tái)Rambudi五軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)減速很好,每當(dāng)曲率變化急劇時(shí),自動(dòng)減速,避免了高速時(shí)慣性對(duì)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(yùn)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)隨時(shí)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(gè)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(wàn)轉(zhuǎn),但對(duì)汽車模具來(lái)講,高速加工只適合平坦的外板件加工,因?yàn)檗D(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(gè)值。解決這個(gè)問(wèn)題的途徑就是分片加工,將平緩區(qū)域隔離出來(lái)單獨(dú)加工,為了避免刀具中心線速度為零的缺點(diǎn),可以適當(dāng)傾角加工。外板件比如發(fā)動(dòng)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(shuō)的平緩面必須要大,如果太小會(huì)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(lái),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(lái)高速加工的區(qū)域不足20%,這20%可以提高效率30%,那么整個(gè)凸模提高效率在5%以上,象發(fā)動(dòng)機(jī)罩車門等件還要高些有可以達(dá)到20%以上。如果一個(gè)零件只能分出一小片來(lái)高速加工,對(duì)整體而言不一定提高效率。
3高速編程注意事項(xiàng)
3.1 數(shù)模表面質(zhì)量的檢查
數(shù)模的質(zhì)量對(duì)高速加工起著很重要的作用,會(huì)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(yàn),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(wú)負(fù)角、工藝補(bǔ)充部分是否倒圓角等,保證實(shí)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(wèn)題。
2)通過(guò)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(shí)的公差,對(duì)表面加工質(zhì)量能造成的影響提前預(yù)計(jì)。
4)進(jìn)入U(xiǎn)G加工環(huán)境,對(duì)加工的數(shù)模進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)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(guò)渡面、圓角面易發(fā)生問(wèn)題,這一點(diǎn)很重要,高速加工時(shí)一但出現(xiàn)過(guò)切等錯(cuò)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(shí),采用分塊編程,把平坦和陡峭的面分開(kāi),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(duì)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(shí)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(jì)時(shí),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(diǎn)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(shí),采用順銑加工。
4.五軸聯(lián)動(dòng)功能
我們的高速銑床有五軸聯(lián)動(dòng)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(dòng)效果很好,而象葉輪等零件沒(méi)有五軸聯(lián)動(dòng)加工會(huì)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?yàn)槿绻@樣機(jī)床擺頭過(guò)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(lái)切削,也就失去了五軸聯(lián)動(dòng)的意義。還有一個(gè)重要的問(wèn)題,那就是如果用三聯(lián)動(dòng),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(dòng),機(jī)床的A軸與C軸是靠機(jī)床自身的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制的,這大大降低了機(jī)床的剛性,對(duì)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(kāi)始加工檢具,這給五軸聯(lián)動(dòng)很好的用武之地,檢具的材料主要是樹(shù)脂,材料軟,避免了五軸聯(lián)動(dòng)剛性差的缺點(diǎn)。檢具中變角度的輪廓,以及很多斜孔,使用五軸聯(lián)動(dòng)的程序極大的提高了加工效率,如果沒(méi)有五軸聯(lián)動(dòng),變刀軸的輪廓是靠球刀以仿型方式加工,有了五軸聯(lián)動(dòng)可以使用立銑刀以側(cè)刃加工,加工效率差別很大。