[分享]汽車模具高速加工技術(shù) [復(fù)制鏈接]

     當(dāng)今企業(yè)的競爭集中表現(xiàn)在產(chǎn)品款式、新產(chǎn)品開發(fā)周期及產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模。模具作為新產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工裝，其設(shè)計與生產(chǎn)周期日益成為決定新產(chǎn)品開發(fā)周期的決定因素。在汽車工業(yè)中，過去新車型的開發(fā)周期一般為十年，現(xiàn)在縮短為二到三年，F(xiàn)ORD及TOYOTA新車型的開發(fā)周期僅為一年半，這一切都得益于企業(yè)模具設(shè)計與制造手段的現(xiàn)代化水平的提高。

    高速加工技術(shù)隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具技術(shù)的發(fā)展而日益成熟。極大的提高了模具加工速度、減少了加工工序、縮短甚至消除了耗時的鉗工修復(fù)工作，從而極大地縮短了模具的生產(chǎn)周期。模具的高速加工技術(shù)逐漸成為我國模具工業(yè)技術(shù)改造最主要的內(nèi)容之一。但什么是高速加工？高速加工與傳統(tǒng)加工在加工工藝上有什么區(qū)別？高速加工也對加工設(shè)備、刀具夾具及相應(yīng)的CAD/CAM系統(tǒng)提出了什么特殊的要求？高速加工有什么技術(shù)優(yōu)勢等問題一直成為我國模具行業(yè)的主要問題之一。

    英國Delcam公司是世界上最早致力與高速加工工藝及相應(yīng)CAD/CAM技術(shù)研究的專業(yè)CAD/CAM集成系統(tǒng)開發(fā)商之一。該公司也是世界上唯一擁有大型模具加工車間的CAD/CAM軟件系統(tǒng)開發(fā)商。Delcam公司模具車間自1985年購進(jìn)Briageport VF1000 高速加工中心多臺，用于進(jìn)行高速加工工藝的研究及高速加工專用CAM系統(tǒng)棗PowerMILL的開發(fā)。1995年公司引進(jìn)行程為6M 的Mecof 5軸聯(lián)動高速加工中心，以加強(qiáng)高速加工工藝及CAM系統(tǒng)的研究。1999年3月成功的舉辦了歐洲首次HSM技術(shù)研討會暨HSM現(xiàn)場加工展示會，來自世界各地的一百多位專家介紹了各自的經(jīng)驗。

    高速加工技術(shù)在我國剛剛起步，眾多企業(yè)非常關(guān)注高速加工的發(fā)展及在模具行業(yè)的應(yīng)用，以及高速加工的工藝特點，高速加工對設(shè)備、刀具的特殊要求以及高速加工對CAD/CAM系統(tǒng)的特殊要求。故將Delcam HSM技術(shù)研討會暨HSM現(xiàn)場加工展示會的資料整理成文，希望與我國從事模具高速加工的工程技術(shù)人員交流。本文所提出的觀點、所列出的數(shù)據(jù)僅代表個人觀點，特此說明。

　二．關(guān)于高速加工的定義

    六十多年前，Salomon提出高速加工的概念并對高速加工進(jìn)行了深入的研究。其研究成果表明：隨著切削線速度的增加，溫度及刀具磨損會劇烈增加，當(dāng)切削線速度達(dá)到超過某臨界值時，切削溫度及切削力會減小，然后又隨著切削速度的增加而急劇增加。從右圖可看出，以刀具磨損的切削力為限制條件，前一個低于該值的區(qū)域是一般傳統(tǒng)加工。后一個低于該值的區(qū)域為高速加工。由此也可看出，不同材料有不同的臨界值， 有其高速加工的特定范圍。刀具材料與質(zhì)量是高速加工最主要的限制條件之一。故高速加工不僅決定于主軸速度與刀具直徑，還與所切削的材料，刀具壽命及加工工藝等綜合因素有關(guān)。 6yXMre)YV  
 

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    高速加工是在航空鋁合金材料零件加工發(fā)展起來的，高水平合金涂層刀具的壽命不時主要的限制因素。高速加工主要受設(shè)備主軸速度及材料熔點的限制，一般主軸速度為每分鐘50000~60000轉(zhuǎn)或更高。本文主要關(guān)注塑料模具、壓鑄模具、沖壓模具及鍛模等合金模具鋼的高速加工，這種材料的硬度一般超過洛氏50度，故高速加工的限制因素主要是刀具壽命，而非鋁加工中主軸速度的限制。對于小型模具的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的加工，主軸速度可達(dá)40000轉(zhuǎn)以上。而大型汽車覆蓋件模具的加工，一般主軸速度12000轉(zhuǎn)/分以上的加工可稱為高速加工。 ~`o%Y"p%rv  
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     三．高速加工的分類及與傳統(tǒng)加工方式的優(yōu)勢

        Delcam高速加工的研究表明，高速加工按其目的而言應(yīng)分為兩類：以實現(xiàn)單位時間最大材料去除量為目的的高速加工以及以實現(xiàn)高質(zhì)量加工表面與細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)為目的的高速加工。任何模具的高速加工都是這兩類技術(shù)的綜合運用，模具生產(chǎn)作為系統(tǒng)工程而言，后者因極大地減少了鉗工拋光、修復(fù)時間，減少甚至消除了部分工序，對模具生產(chǎn)周期縮短起了更大的作用。

    與傳統(tǒng)加工方式相比，高速加工（HSM）的優(yōu)勢如下：

    HSM與傳統(tǒng)加工方式在模具制造工序上的變化：

    （2）高速加工可獲得高質(zhì)量的加工表面

    因高速加工采取了及小的進(jìn)給量與切深，故可獲得很高的表面質(zhì)量，有時甚至可以省去鉗工修光的工序，因表面質(zhì)量的提高省去了修光及點火花等工序所節(jié)約的時間。

 （3）簡化了加工工序

    傳統(tǒng)銑削加工只能在淬火之前進(jìn)行，因淬火造成的變形必須要手工修整或用電加工最終成型�，F(xiàn)在這些可以通過高速加工完成，省去了電極材料、電極加工編程及加工、以及電加工過程的所有費用，而且沒有電加工的表面硬化。另外，高速加工由于切削的減少，可使用更小直徑的刀具，可對加工出模具更小的圓角半徑及模具細(xì)節(jié)加工，節(jié)省掉部分加工或手工修整工藝。減少人工修光時間、簡化的工藝對縮短生產(chǎn)周期的貢獻(xiàn)甚至可超過高速加工速度提高的部分。

    （4）可十分方便地用于模具修復(fù)過程

    模具在使用過程往往需要多次修復(fù)，以延長使用壽命，過去主要是靠電加工來完成，采用高速加工可以更快地完成該工作，而且可使用原NC程序，無須重新編制，盡可精確。

    四．高速加工（HSM）對機(jī)床、刀具的要求

    高速加工對機(jī)床的要求：

    a.高的主軸速度：12000~40000R.P.M

    b.高的進(jìn)給速度：40-60M/Min

    c.快速移動速度: 90M/MIN

    d.加速度為1G

    e.高剛性的機(jī)械結(jié)構(gòu)

    f.高穩(wěn)定、高剛度、冷卻良好的高速主軸

    g.精確的熱補(bǔ)償系統(tǒng)

    h.高速處理能力的控制系統(tǒng)（線性插補(bǔ)5-20Microns或NURBS插補(bǔ)功能）

    i.具有預(yù)處理能力（向前看）的控制系統(tǒng)

    高速加工對刀具及裝夾的要求：

    a.刀夾、刀具的加速度小于3G

    b.刀具的徑向跳動小于0.015MM

    c.一般刀長不大于四倍的刀具直徑

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    五．高速加工（HSM）對CAM系統(tǒng)的要求

    高速加工有著與傳統(tǒng)加工特殊的加工工藝要求. 而數(shù)控加工的數(shù)控指令包含了所有的工藝過程. 故應(yīng)用于高速加工的數(shù)控自動編程系統(tǒng)__CAM系統(tǒng)必須能夠滿足相應(yīng)的特殊要求.

    1. CAM系統(tǒng)應(yīng)具有高計算編程速度

    高速加工中采用非常小的切給量與切深，故NC程序比對傳統(tǒng)系統(tǒng)要求要大的多，故要求計算速度要快、要方便節(jié)約編程時間。另外快的編程速度使操作人員能夠?qū)Χ喾N加工工藝策略比較，以便采取最佳的工藝方案，并對刀具軌跡進(jìn)行編輯、優(yōu)化，以達(dá)到最佳的加工效率。

2.全程自動防過切處理能力及自動刀柄干涉檢查

    高速加工以傳統(tǒng)加工近10倍的切削速度加工. 一旦發(fā)生過切, 其后果不堪設(shè)想. 故CAM系統(tǒng)必須具有全程自動防過切處理能力. 傳統(tǒng)的曲面CAM系統(tǒng)是局部加工的概念, 極容易發(fā)生過切現(xiàn)象.一般都是靠人工選擇干預(yù)的辦法來防止. 很難保證過切防護(hù)的安全性. 只有新一代的、智能化的、面向?qū)ο蟮腃AM系統(tǒng)，防過切處理全部由系統(tǒng)自動完成，才能真正保證其安全性。

    高速加工的重要特征之一就是能夠使用較小直徑的刀具，加工模具的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)能夠自動提示最短夾刀長度并自動進(jìn)行刀具干涉檢查對高速加工非常重要。

    3．進(jìn)給率優(yōu)化處理功能

    為了能夠確保最大的切削效率，又保證在高速切削時加工的安全性。應(yīng)根據(jù)加工瞬時余量的大小，CAM系統(tǒng)自動對進(jìn)給率進(jìn)行優(yōu)化處理。以確保高速加工刀具受力狀態(tài)的平穩(wěn)性。