高速铣削工艺在模具加工中的应用.doc

高速铣削工艺在模具加工中的应用摘要高速铣削加工技术的应用，引起了模具加工业革命性的变化。本文总结了实际模具生产制造中应用高速加工技术的一点经验策略临界区域预加工策略，该策略能够有效保证高速铣削技术的合理应用，使得模具型腔的加工过程更具有科学性。关键字:高速铣削;加工策略;加工特征Application of High-Speed Milling Technology in Die & Mold ManufactureAbstractThe application of high-speed milling technology had aroused a revolutionary change in die &mold nidustry. This paper summarized some actual die & mold manufacturing experience atrategies in the application of high-speed processing technology the per-processing of critical region. The strategy can effectively guarantee high-speed milling of the rational application and make the mold cavity process more scientific .1引言模具是制造业中用量大、影响面广的工具产品。模具技术是衡量国家的科技水平的重要标志之一，没有高水平的模具就没有高质量的产品。由于模具型面一般都是十分复杂的自由曲面，并且硬度很高，采用常规的切削加工方法难以满足精度和形状要求。常规的加工方法是在退火后进行铣削加工，然后进行热处理、磨削或电火花加工，最后手工打磨、抛光，这样使得加工周期很长。特别是手工加工时间，要占整个加工周期的很大一部分。高速切削可以达到模具加工的精度要求，减少甚至取消了手工加工，并且由于新型刀具材料（如PCD、CBN、金属陶瓷等）的出现，高速铣削（HSM）可以加工硬度达到60HRC、甚至硬度更高的工作材料，可以加工淬硬后的模具，取代电火花加工和磨削加工。可以大大减少加工时间，简化加工过程，降低成本，具有十分广阔的应用前景。在工业发达国家，高速切削技术在模具制造业已经得到广泛的应用，极大的提高了模具的生产效率。图1所示为传统加工方式与高速加工方式的比较。图1 加工方式的比较a传统加工方式 b高速加工方式目前我国的切削技术还停留在较低的水平，机床所用的切削速度比先进工业国家约低的一个数量级，生产效率很低，经济效益不好。高速切削技术在模具工业中的应用更是凤毛麟角，主要原因是对高速加工技术的认识水平不高，加工工艺方法陈旧，未能充分发挥众多先进机床设备的性能。本文总结了实际模具加工中应用高速切削技术的一些经验，能够有效提高高速加工设备的利用率。2 高速铣削对加工工艺的要求高速铣削技术的应用,不可避免地涉及刀具切削路径规划的问题.高速加工并不是简单地将原有的普通切削加工工艺以高的主轴转速或快速的进给速度来运行,而是在充分发挥高速机床的性能和刀具的切削效率的基础上,以较小而恒定的切削负荷,高出普通切削几倍的切削速度和进给速度完成对工件的加工.这在一定程度上推翻了原有的加工加工理论及CAD/CAM路径规划方式.高速加工除对机床结构,功能部件,进给系统,刀具有很高的要求之外,加工路径也必须仔细地进行规划.为了避免刀具位置和切削速度的突然变化,输出光滑,平顺的刀具轨迹,高速加工时刀具路径规划应遵循如下原则:(1) 加工时平缓切入与平缓切出.(2) 路径之间平滑连接与过渡.(3) 尽可能减少刀具的换向次数与加工区域之间的跳转次数.(4) 切削过程中尽可能保持恒定的切削负荷及金属去除率.(5) 尽量保证精加工时余量均匀,以减少切削载荷的变化.(6) 确保刀具及机床主轴不过载.3临界区域预加工策略首先利用传统的CAM软件在每一个切削层生成等距环切刀具路径,对于加工条件比较差的关键区域(刀具路径曲率比较大或者刀具路径中的尖点),插入新的刀具路径单独加工,从而将加工区域分割为几个特征的组合,继而采用相应的加工策略单独加工.其基本思想是搜索环切路径中每周刀具路径中切削条件差的点并连接,将这些连线作为路径插入的参考线,参考线的获得是特征划分的关键.图2是加工一个型腔的过程,其基本步骤是:工件刀具轨迹提取临界区域螺旋钻孔螺旋扩孔螺旋开槽侧铣加工清角加工图2 型腔加工过程(1) 利用传统的CAM系统生成等距环切刀具路径.(2) 以等距环切刀具路径为参照,搜索得到关键区域的参考线.(3) 在参考线上选择钻孔加工方式进行螺旋钻孔并进行涡旋扩孔.(4) 以孔作为槽切或者沟切的入刀点,沿着参考线进行摆线槽切.(5) 其它区域则进行侧切加工.(6) 清角加工,利用摆线清角方式加工型腔中拐角处的余料.这个策略的特点是:(1) 关键区域采用适合高速加工的摆线加工方式进行槽切或者沟切,避免了刀具路径方向的突然改变,同时避免了刀具的全刀宽切削.(2) 侧铣加工时,前工序关键区域加工得到的沟槽可以起到对刀具的冷却作用,提高了刀具的寿命;而传统等距环切中刀具在每一切削层一般只有一次切入切出,随着加工时间的延长,刀具温度升高,从而影响刀具的寿命;而刀具切入和切出造成的载荷变化,可能通过设置刀具切入和切出方式为切向来避免.(3) 后续侧铣加工区域的曲率变化一般不明显,便于实现进给速度的控制和切削载荷的稳定.(4) 由于采用了高速加工的