第２８卷第１７期 甘肃科技 Ｇａｎｓｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌ ｌｆ．２８ Ⅳ０．１７ Ｓｅｐ． ２０１２ ２０１２年９月 高速加工技术在模具加工中的应用 刘益萍 （长风信息集团，甘肃兰州７３００７０） 摘要：高速加工在实际应用中能解决新材料的加工问题，适应表面质量高、精度高、形状复杂的三维曲面加工，减 少和避免效率低的电火花加工，解决薄壁零件的加工问题，数控高速复合加工还可以减少搬运与装夹次数，避免重 复定位带来的ａｎｔ误差等，既提高了加工质量，又提高了加工效率。高速加工技术逐渐应用于加工铸铁和硬铝合 金，尤其是加工大型覆盖件冲压模、锻模、压铸模和注射模。在数控切削加工中有较强的实用价值，从而大大地提高 了加工效率及加工精度。 关键词：高速加工技术；模具加工；加工工艺 中图分类号：ＴＣ，６５９ 作为现代先进制造技术中最重要的共性技术之 一的高速加工技术代表了切削加工的发展方向，并 ｌ 模具高速加工对加工系统的要求 高速加工是一项先进的、复杂的系统工程技术， 与传统加工工艺技术相比，它对机床、刀具、刀柄、加 工工艺、控制系统、ＣＡＤ／ＣＡＭ软件等多项指标都有 逐渐成为切削加工的主流技术。高速切削中的“高 速”是一个相对概念，对于不同的加工方式及工件 材料，高速切削时采用的切削速度并不相同。一般 来说，高速切削采用的切削速度比常规切削速度高 ５—１０倍以上。由于高速切削技术的应用可显著提 较高要求。由于模具加工的特殊性以及高速加工技 术的自身特点，对模具高速加工工艺系统（加工机 高加工效率和加工精度、降低切削力、减小切削热对 工件的影响、实现工序集约化等。在现代模具的成 形制造中，由于模具的形面设计日趋复杂，自由曲面 床、数控系统、刀具等）提出了比传统模具加工更高 的要求。 １．１ 加工机床 所占比例不断增加，因此，对模具加工技术提出了更 高的要求，即不仅应保证高的制造精度和表面质量， 而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术 的研究不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具 系统、ＣＡＤ／ＣＡＭ软件等相关技术不断发展的推动 高速机床的主轴性能是实现高速切削加工的重 要条件。高速切削机床主轴的转速范围为１００００— １０００００ｍ／ｍｉｎ，并要求主轴具有快速升速、在指定位 置陕速准停的性能（即具有极高的角加减速度）。 １．２数控系统 下，高速加工技术已越来越多地应用于模具的制造 加工。 先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工 质量和效率的关键因素，其特性体现在加减预差补， 前馈控制，精确矢量补偿，最佳拐角减速、安全防护 高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影 响，改变了传统模具加工采用的“退火一铣削加工 一与实时监控等方面。模具高速切削加工对数控系统 的基本要求为：高速的数字控制回路；先进的基于 ＮＵＲＢＳ的样条插补计算方法，以获得良好的表面质 热处理一磨削”或“电火花加工一手工打磨、抛 光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加 工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于 淬硬模具型腔的直接加工（尤其是半精加工和精加 量、精确的尺寸和高的几何精度。 预处理功能。要求ＣＮＣ具有大容量缓冲寄存 器，可预先阅读和检查多个程序段（如１０００～２０００ 工）外，在电极加工、快速样件制造等方面也得到广 泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可 节省模具后续加工中约８０％的手工研磨时间，节约 加工成本费用近３０％，模具表面加工精度可达 １ ｍ，刀具切削效率可提高一倍。 个程序段），以便在被加工表面形状（曲率）发生变 化时可及时采取改变进给速度等措施以避免过切 等。 误差补偿功能，包括因直线电机、主轴等发热导 致的热误差补偿、象限误差补偿、测量系统误差补偿 第１７期 刘益萍：高速加工技术在模具加工中的应用 １３ 等功能。 此外，模具高速切削加工对数据传输速度的要 求也很高。传统的数据接口，如ＲＳ２３２串行口的传 输速度为１９．２ｋｂ，而高速加工中心均已采用以太局 域网进行数据传输，速度可达２００ｋｂ。 １．３高速切削刀具系统 高速切削刀具系统的主要发展趋势是空心锥部 和主轴端面同时接触的双定位式刀柄（如德国ＯＴＩ＂ 公司的ＨＳＫ刀柄），其轴向定位精度可达０．００１ｍｍ。 在高速旋转的离心力作用下，刀夹锁紧更为牢固，其 径向跳动不超过５ ｍ。用于高速切削加工的刀具 材料主要有硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、立方氮化硼 （ＰＣＢＮ）、聚晶金刚石等。为满足模具高速加工的 要求，刀具技术的发展主要集中在新型涂层材料与 涂层方法的研究、新型刀具结构的开发等方面。 ２模具高速加工工艺 ２．１ 粗加工 模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材 料去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。在 切削过程中因切削层金属面积发生变化，导致刀具 承受的载荷发生变化，使切削过程不稳定，刀具磨损 速度不均匀，加工表面质量下降。目前开发的许多 ＣＡＭ软件可通过以下措施保持切削条件恒定，从而 获得良好的加工质量。粗加工时工件轮廓形状对刀 具载荷的影响： １）恒定的切削载荷。通过计算获得恒定的切 削层面积和材料去除率，使切削载荷与刀具磨损速 率保持均衡，以提高刀具寿命和加工质量。 ２）避免突然改变刀具进给方向。 ３）避免将刀具埋人工件。如加工模具型腔时， 应避免刀具垂直插人工件，而应采用倾斜下刀方式 （常用倾斜角为２０。～３０。），最好采用螺旋式下刀以 降低刀具载荷；加工模具型芯时，应尽量先从工件外 部下刀然后水平切人工件。 ４）刀具切人、切出工件时应尽可能采用倾斜式 （或圆弧式）切人、切出，避免垂直切人、切出。 ５）采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受 力和加工硬化程度，提高加工质量。 ２．２半精加工 模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平 整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤为重 要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化 及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及 精加工表面质量。现有的模具高速加工ＣＡＤ／ＣＡＭ 软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩 余加工余量的大小及分希隋况采用合理的半精加工 策略。 ２．３精加工 模具的高速精加工策略取决于刀具与工件的接 触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面 斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲 面组合而成的复杂曲面加：工，应尽可能在一个工序 中进行连续加工，而不是对各个曲面分别进行加工， 以减少抬刀、下刀的次数。然而由于加工中表面斜 率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量，就可能造成 在斜率不同的表面上实际步距不均匀，从而影响加 工质量。组合曲面的加工Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ解决上述问 题的方法是在定义侧吃刀量的同时，再定义加工表 面残留面积高度，可保证走刀路径间均匀的侧吃刀 量，而不受表面斜率及曲率的，保证刀具在切削 过程中始终承受均匀的载 筒。一般情况下，精加工 曲面的曲率半径应大于刀：具半径的１．５倍，以避免 进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在 每次切人、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用 圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过 程的平稳性。 ２．４进给速度的优化 目前很多ＣＡＭ软件都具有进给速度的优化调 整功能：在半精加工过程中，当切削层面积大时降低 进给速度，而切削层面积小时增大进给速度。应用 进给速度的优化调整可使切削过程平稳，提高加工 表面质量。切削层面积的：赶小完全由ＣＡＭ软件自 动计算，进给速度的调整可由用户根据加工要求来 设置。 ３ 结语 模具高速加工技术是多种先进加工技术的集 成，不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工 机床、数控系统、高速切削刀具及ＣＡＤ／ＣＡＭ技术 等。大力发展和推广应用模具高速加工技术对促进 我国模具制造业整体技术水平和经济效益的提高具 有重要意义。 参考文献： ［１］艾兴．高速切削加工技：术［Ｍ］．北京：国防工业出版 社．２００３． ［２］ 闫华军．实战Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲＷｉｌｄｆｉｒｅ４．０中文版数控 加工［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００８．
