模具制造中高速加工技術的應用淺析

摘要：目前國內模具型腔一般都釆用電火花加工成型，電加工模具的質量和數量在現代化生產的背景下，已經遠遠不能滿足要求。高速加工技術的出現使模具制造技術登上了一個新臺階，本文在介紹高速加工技術在模具制造中的優越性的基礎上，對采用的面向高速加工的加工機床特點和NCP系統工藝措施展開討論，希望對行業發展有所幫助。

關鍵詞：高速 模具 優越 工藝 編程系統

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)02(c)-0000-00

1模具高速加工的優越性

與常規切削加工相比，高速加工不論在速度還是質量上都具有不可比擬的優勢，主要表現在以下幾個方面：

（1）由于采用高的切削速度和高的進給速度，這就使得單位時間內處理的金屬材料增多，大大提高了生產效率。此外，“一次過”技術真正實現了模具加工過程的精簡化，用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以一次作業完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的機械加工，這就有效的減少了反復作業的時間，比傳統的方法效率提高了好幾倍。而且，高速加工過程不需要傳統機床中的電極，也不需要后續的手工研磨與拋光程序，因此，使得模具的生產和開發效率都大大提高。

（2）在高速加工作業中，要達到提高零件表面質量的目的只需要采用較少的步距。高速生產過程中，高速切削以高于常規切速10倍左右的切削速度對零件進行高速加工，這就減少了表面粗糙化現象，一般來說多余的毛坯材料再被切割下來的瞬間就被帶離工件，不會影響后續的處理，所以，通過高速加工技術生產出來的零件殘余很少。

（3）在傳統的切削作業中，由于作業時間長，工件內的熱量散發不出去，從而導致材料質地變軟變形，而由于高速加工時切削力大大降低、大部分切削熱都隨著切屑散發，所以因熱量導致工件變形的情況很少發生。

（4）高速加工技術的主軸轉速穩定，切削過程中產生的95%以上的熱量都被切屑迅速帶走。機床主軸以10000—80000 r/min的高轉速運轉，激振頻率和“機床—刀具—工件”系統的固有頻率范圍相差很大，減小了共振作用造成的不穩定，使零件的整個加工過程平穩無沖擊。所以，加工出來的部件不會出現劃痕，凹凸等外觀缺陷，表現出精度高，表面質量好的特點。使得零部件僅僅經過高速銑削的型腔處理，能達到磨削的水平，省去了很多傳統中的精加工過程。

（5）在高速加工時，作業的切削溫度較低，單位切削力較小，這就提高了切削工具的使用壽命和耐久度。

（6）能夠加工形狀復雜的硬質零件和薄壁零件。在高速加工機床作業時，切削力很小，主要依靠高速轉動的阻抗力來實現零件的加工，這就使得加工過程簡單許多。例如：在采用高速切削對淬火鋼進行加工時，雖然淬火鋼的硬度在60HRC以上，但是在采用高速加工技術時，不需要采用軟化作用的切削液就能輕松完成，另外，由于在高速加工中，橫向切削力很小，所以在復雜模具型腔中一些細筋和薄壁進行加工時方便了很多，薄壁類部件的厚度最小可以在1mm以下。

2 高速加工機床要滿足的要求

（1）因為高速轉動過程中能夠產生高溫和壓力，所以高速加工機床的主軸部件的材料要求很苛刻，要采用耐高溫、能承受大負荷的軸承，而且主軸在熱穩定性和剛性上要表現良好，離心力承載能力也要過關，軸承中要裝有檢測過熱和自動冷卻的裝置。

（2）高速加工機床一般采用直線電機進行驅動，這樣能夠使進給系統的速度達到最佳，同時加速度的上升也更快。

（3）高性能的數控系統一臺高速加工機床的核心。通過高速的運算與任務分配，能夠有效解決運算速度低和伺服滯后，實現高速加工機床全公差控制、自動高速度運算的特性。

（4）通過相應的優化和改進，高速機床的結構都較輕，這樣以方便便于操作，另一方面可以使結構獲得較高的加速度。

（5）高速加工機床對刀具有嚴格的要求，從材料的選擇上和力學結構的控制上要使其具有動態和靜態雙重環境下的剛性，在高速加工中普遍使用的HSK刀具一般用小錐度來代替傳統的大錐度刀具，這樣減少了刀具的損耗，將模具的精細程度提升了好幾倍。

（6）高速加工要配有預覽功能。一般在高速加工過程中，都要求其讀取的加工代碼需要有一定量的超前，這點的實現可以為作業提供另一種保障，一方面對刀具的進給速度進行控制；另一方面對發現的不合理軌跡進行修飾和改進。

3 高速加工中ＮＣＰ系統性能和要求

NCP系統是高速加工系統的核心，為了適應高速加工中數據量大，處理需求快的特點，高速加工系統中的數據處理系統要具有較高的性能，具體來說，需要滿足以下幾點：

（1）NCP系統需要具備較快的計算編程速度。在高速加工中，因為對部件的精細程度要求比較嚴格，因此一般都采用非常小的進給量和切削深度，這就使得編程過程中的計算量要遠遠的大于傳統中的量。另外高速加工工藝一般都要求在幾種不同的方案中選出最佳方案，所以就需要進行進行幾種方案的對比，這就要求數控系統具有很高的運算速度。

（2）編程系統對作業中出現的過切和干涉現象進行檢查和規避。因為高速加工系統具有切削速度和進給速度快的特點，所以上述兩種現象如果發生，會對生產造成嚴重的損失。過切現象在傳統的模具數控加工中容易出現，因為傳統的系統都是采用人工干預的手段來進行預防，這就造成了不能實時在場和可能會出現認為疏忽的情況，也降低了過切防護的安全性。

（3）自動編程系統，應該能夠實現按照作業的實際情況實現對進給速度和切削速度的自動控制，這樣就能保證加工過程中零部件的規格和標準能夠達到要求，同時也創造了最佳切削條件，保證了操作人員的安全。

（4）編程系統應有刀具軌跡的編輯優化功能。在作業過程前，通過對刀具軌跡的邏輯排序與電腦中的工序自動優化程序來避免多余的空刀和避免重復計算，根據計算結果對刀具的移動、旋轉、直線、曲線等操作進行順序優化，用最少的步驟達到最佳的效果，提高作業效率。

（5）系統的變編程要能綜合考慮多方面的因素，實現由一維運算到多維運算的轉變。要能將工藝系統的參數、材料的最佳切削條件和機床的允許加速度等相關因素進行綜合，自動確定不同曲率半徑的圓弧段允許的進給速度的變化程度，這樣不僅能夠滿足高速加工對工作過程中切削線的隨時變化，而且還能夠多方位的兼顧部件的切削完美性。

4 結束語

作為現代制造業的領先技術之一，高速加工技術，是在市場經濟的發展和電子科學技術的更新下發展產生的。除了自身逐漸發展成為綜合性系統工程技術之外，同時也實現了在多個領域和多個方面的應用。高速加工在提高模具制造速度和效率的同時，還能保證模具的質量。在高端設備日新月異和新材料不斷去得進步的今天，相關的改進和完善也將更加趨于合理。

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