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浅析：模具制造中高速加工技术应用
发布时间：2012年12月20日
目前国内模具制造一般都釆用电火花加工成型，电加工模具的质量和数量在现代化生产的背景下，已经远远不能满足要求。高速加工技术的出现使模具制造技术登上了一个新台阶，本文在介绍高速加工技术在模具制造中的优越性的基础上，对采用的面向高速加工的加工机床特点和NCP系统工艺措施展开讨论，希望对行业发展有所帮助。
1模具高速加工的优越性
与常规切削加工相比，高速加工不论在速度还是质量上都具有不可比拟的优势，主要表现在以下几个方面：
（1）由于采用高的切削速度和高的进给速度，这就使得单位时间内处理的金属材料增多，大大提高了生产效率。此外，“一次过”技术真正实现了模具加工过程的精简化，用高速加工中心或高速铣床加工模具，可以一次作业完成型腔的粗、精加工和模具零件其它部位的机械加工，这就有效的减少了反复作业的时间，比传统的方法效率提高了好几倍。而且，高速加工过程不需要传统机床中的电极，也不需要后续的手工研磨与抛光程序，因此，使得模具的生产和开发效率都大大提高。
（2）在高速加工作业中，要达到提高零件表面质量的目的只需要采用较少的步距。高速生产过程中，高速切削以高于常规切速10倍左右的切削速度对零件进行高速加工，这就减少了表面粗糙化现象，一般来说多余的毛坯材料再被切割下来的瞬间就被带离工件，不会影响后续的处理，所以，通过高速加工技术生产出来的零件残余很少。
（3）在传统的切削作业中，由于作业时间长，工件内的热量散发不出去，从而导致材料质地变软变形，而由于高速加工时切削力大大降低、大部分切削热都随着切屑散发，所以因热量导致工件变形的情况很少发生。
（4）高速加工技术的主轴转速稳定，切削过程中产生的95%以上的热量都被切屑迅速带走。机床主轴以10000—80000r/min的高转速运转，激振频率和“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围相差很大，减小了共振作用造成的不稳定，使零件的整个加工过程平稳无冲击。所以，加工出来的部件不会出现划痕，凹凸等外观缺陷，表现出精度高，表面质量好的特点。使得零部件仅仅经过高速铣削的型腔处理，能达到磨削的水平，省去了很多传统中的精加工过程。
（5）在高速加工时，作业的切削温度较低，单位切削力较小，这就提高了切削工具的使用寿命和耐久度。
（6）能够加工形状复杂的硬质零件和薄壁零件。在高速加工机床作业时，切削力很小，主要依靠高速转动的阻抗力来实现零件的加工，这就使得加工过程简单许多。例如：在采用高速切削对淬火钢进行加工时，虽然淬火钢的硬度在60HRC以上，但是在采用高速加工技术时，不需要采用软化作用的切削液就能轻松完成，另外，由于在高速加工中，横向切削力很小，所以在复杂模具型腔中一些细筋和薄壁进行加工时方便了很多，薄壁类部件的厚度最小可以在1mm以下。
2高速加工机床要满足的要求
（1）因为高速转动过程中能够产生高温和压力，所以高速加工机床的主轴部件的材料要求很苛刻，要采用耐高温、能承受大负荷的轴承，而且主轴在热稳定性和刚性上要表现良好，离心力承载能力也要过关，轴承中要装有检测过热和自动冷却的装置。
（2）高速加工机床一般采用直线电机进行驱动，这样能够使进给系统的速度达到最佳，同时加速度的上升也更快。
（3）高性能的数控系统一台高速加工机床的核心。通过高速的运算与任务分配，能够有效解决运算速度低和伺服滞后，实现高速加工机床全公差控制、自动高速度运算的特性。
（4）通过相应的优化和改进，高速机床的结构都较轻，这样以方便便于操作，另一方面可以使结构获得较高的加速度。
（5）高速加工机床对刀具有严格的要求，从材料的选择上和力学结构的控制上要使其具有动态和静态双重环境下的刚性，在高速加工中普遍使用的HSK刀具一般用小锥度来代替传统的大锥度刀具，这样减少了刀具的损耗，将模具的精细程度提升了好几倍。
（6）高速加工要配有预览功能。一般在高速加工过程中，都要求其读取的加工代码需要有一定量的超前，这点的实现可以为作业提供另一种保障，一方面对刀具的进给速度进行控制；另一方面对发现的不合理轨迹进行修饰和改进。
3高速加工中ＮＣＰ系统性能和要求
NCP系统是高速加工系统的核心，为了适应高速加工中数据量大，处理需求快的特点，高速加工系统中的数据处理系统要具有较高的性能，具体来说，需要满足以下几点：
（1）NCP系统需要具备较快的计算编程速度。在高速加工中，因为对部件的精细程度要求比较严格，因此一般都采用非常小的进给量和切削深度，这就使得编程过程中的计算量要远远的大于传统中的量。另外高速加工工艺一般都要求在几种不同的方案中选出最佳方案，所以就需要进行进行几种方案的对比，这就要求数控系统具有很高的运算速度。
（2）编程系统对作业中出现的过切和干涉现象进行检查和规避。因为高速加工系统具有切削速度和进给速度快的特点，所以上述两种现象如果发生，会对生产造成严重的损失。过切现象在传统的模具数控加工中容易出现，因为传统的系统都是采用人工干预的手段来进行预防，这就造成了不能实时在场和可能会出现认为疏忽的情况，也降低了过切防护的安全性。
（3）自动编程系统，应该能够实现按照作业的实际情况实现对进给速度和切削速度的自动控制，这样就能保证加工过程中零部件的规格和标准能够达到要求，同时也创造了最佳切削条件，保证了操作人员的安全。
（4）编程系统应有刀具轨迹的编辑优化功能。在作业过程前，通过对刀具轨迹的逻辑排序与电脑中的工序自动优化程序来避免多余的空刀和避免重复计算，根据计算结果对刀具的移动、旋转、直线、曲线等操作进行顺序优化，用最少的步骤达到最佳的效果，提高作业效率。
（5）系统的变编程要能综合考虑多方面的因素，实现由一维运算到多维运算的转变。要能将工艺系统的参数、材料的最佳切削条件和机床的允许加速度等相关因素进行综合，自动确定不同曲率半径的圆弧段允许的进给速度的变化程度，这样不仅能够满足高速加工对工作过程中切削线的随时变化，而且还能够多方位的兼顾部件的切削完美性。
4结束语
作为现代制造业的领先技术之一，高速加工技术,是在市场经济的发展和电子科学技术的更新下发展产生的。除了自身逐渐发展成为综合性系统工程技术之外,同时也实现了在多个领域和多个方面的应用。高速加工在提高模具制造速度和效率的同时，还能保证模具的质量。在高端设备日新月异和新材料不断去得进步的今天，相关的改进和完善也将更加趋于合理。
(中国机械网)
