高速加工技術(shù)在模具制造過程中的幾點思考

煙臺市機(jī)電工業(yè)學(xué)校 許秀舉 趙洪勝

高速切削技術(shù)具有高主軸轉(zhuǎn)速（8 000～50 000r/min）、高進(jìn)給（5～40m/min）和高切削速度（大于610m/min）等特點，不僅降低了切削力和切削溫度，而且非常有效地減少了切削過程中的自激振動，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量，同時提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，所以在模具制造行業(yè)中得到廣泛地應(yīng)用。在國內(nèi)，由于資金、技術(shù)等方面的原因，應(yīng)用高速切削生產(chǎn)模具還處于初期階段，還存在機(jī)床、刀具、工藝以及復(fù)雜的計算機(jī)編程技術(shù)等方面的一些問題需要解決。

1.機(jī)床方面

因為模具生產(chǎn)的多樣性和復(fù)雜性，對高速切削加工的數(shù)控機(jī)床要求也不盡相同，比如模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機(jī)床，模板、模架加工需要精密、高效數(shù)控機(jī)床等。目前我國高速機(jī)床的利用率3%～5%。模具企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膯挝毁徺I高速機(jī)床，從6 000～40 000r/min的都有。

高速機(jī)床的技術(shù)參數(shù)要求主要有以下幾點：

加工中心主軸大功率、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機(jī)床一般要達(dá)到15 000～20 000r/min。通常主軸轉(zhuǎn)速在10 000r/min以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工，達(dá)不到精加工的精度；無法達(dá)到400m/min以上的切削速度。

2.刀具方面

應(yīng)用于高速機(jī)床的切削刀具主要需要解決刀具成本、刀具壽命、適合于刀具的切削工藝參數(shù)等問題。根據(jù)不同的加工對象合理選擇刀具，如硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN和金剛石燒結(jié)層刀具，采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具表面精加工。根據(jù)Millstar公司的介紹TiAlN（鋁氮化鈦）超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金涂層刀具由于潤滑條件好，比（TiCN）硬質(zhì)合金涂層刀具抗磨損性能更好，可用于切削模具鋼。

選用國產(chǎn)刀具，很少有推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)的，有必要做試驗，取得比較滿意的參數(shù)，最好選用固定的刀具生產(chǎn)廠家，減少試驗的次數(shù)，形成加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以提高設(shè)備有效利用率，降低生產(chǎn)成本，可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.工藝方面

高速切削加工模具的基本要求大致為高切削速度>400m/min。小直徑刀具，高轉(zhuǎn)速；小進(jìn)給量，小刀紋。每齒0.01～0.1mm；切削負(fù)載連續(xù)穩(wěn)定，減少突變，緩?fù)司忂M(jìn)；保持單刃切削；保持均勻精加工余量。

高速切削加工要求正確的選擇刀具路徑和編程，保持切削載荷平穩(wěn)和相對平穩(wěn)的進(jìn)給量和進(jìn)給速度，在平面切削中使用圓弧拐角。盡量避免拐角的銑削運動以及工件外的進(jìn)刀與退刀運動，直接從輪廓進(jìn)入下一個深度。或者采用螺旋線或斜向進(jìn)給切入。在高速切削過程中要保持恒定每刃進(jìn)給，提高質(zhì)量，延長刀具壽命。

4.軟件方面

高速切削技術(shù)對CAM軟件在生成刀具軌跡時要具備以下功能：①保持刀具軌跡的平穩(wěn)，避免突然加速或減速。②應(yīng)避免刀具軌跡走刀方向的突然變化，以免因局部過切而造成刀具或設(shè)備的損壞。③殘留余量加工或者清根加工是提高加工效率的重要手段，一般應(yīng)采用多次加工或采用系列刀具從大到小加工，避免用小刀一次加工完成，還應(yīng)避免全力寬切削。④下刀或行間過渡部分最好采用傾斜式下刀、螺旋下刀或圓弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料；行間采用圓弧連接。⑤刀具軌跡裁剪修復(fù)功能也很重要，可通過精確裁剪減少空刀，提高效率，也可用于零件局部變化時的編程，此時只需修改變化的部分，無須對整個模型進(jìn)行重編。⑥刀具軌跡編輯功能非常重要，避免多余空走刀、抬刀，可通過對刀具軌跡鏡像、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)等操作，避免重復(fù)計算。⑦可提供優(yōu)秀的可視化仿真加工模擬與過切檢查。

在Delcam PowerMILL、UG、MasterCAM等軟件中，都開始對高速切削加工編程技術(shù)進(jìn)行研究，開發(fā)了高速切削自動編程軟件模塊，以上問題都得到了較好地解決。尤其是Delcam PowerMILL軟件更人性化，簡單易學(xué)，初學(xué)者上手很快。因其豐富的加工策略、強(qiáng)大的后臺編輯功能、高速的運算速度和開放的二次開發(fā)接口，都為高速切削提供了便利。

5.結(jié)語

總之，模具市場對高速加工有強(qiáng)烈需求，但是技術(shù)跟不上。起步晚，基礎(chǔ)較差，整體技術(shù)水平不高，發(fā)展緩慢。需要各個方面協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加大投入，綜合利用各個方面力量推動高速切削在模具制造中的應(yīng)用。我們希望，通過各方面的努力，在市場需求的推動下，通過技術(shù)進(jìn)步，像汽車、機(jī)床、家電一樣，在不遠(yuǎn)的將來，我國不但要成為模具生產(chǎn)大國，而且要成為模具生產(chǎn)強(qiáng)國。

模具的加工技術(shù)在不斷的變革當(dāng)中，從20世紀(jì)80年代以全手工為主的型腔制作，到現(xiàn)在由數(shù)控加工中心為主導(dǎo)的自動化模具加工，科技的發(fā)展讓模具行業(yè)生機(jī)勃勃。