模具高速銑削加工實例分析及其關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)

吳茂海

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，刀具種類和材料也發(fā)生了很大的變化，為制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了很大的動力。模具高速銑削加工技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，是當(dāng)前模具制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，進一步提高了制造業(yè)的效率和質(zhì)量。本文主要對模具高速銑削加工的特點進行分析，并對其相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進行論述，討論模具高速銑削加工技術(shù)的應(yīng)用前景，從而實現(xiàn)制造業(yè)的長遠發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：模具；高速銑削；關(guān)鍵技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟綜合水平的提高，計算機技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)也隨之不斷發(fā)展，計算機技術(shù)、信息技術(shù)以及自動化技術(shù)與制造業(yè)的有效整合，促進了刀具材料的發(fā)展，為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了強大的動力支持，促使以數(shù)字化為代表的現(xiàn)代先進制造業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)。制造業(yè)中的模具加工技術(shù)也在這個背景下高速發(fā)展，模具高速加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)工作的重點之一，模具高速銑削技術(shù)是眾多技術(shù)中的一種，也是重要組成部分。模具制造中的關(guān)鍵技術(shù)還包括：成型技術(shù)、精密磨削技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及拋光技術(shù)等，這些技術(shù)的出現(xiàn)對模具制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義，模具高速銑削技術(shù)以及其他關(guān)鍵技術(shù)在模具制造業(yè)中的應(yīng)用具有很好的前景，通過這些先進的模具制造技術(shù)才能進一步提高模具制造的質(zhì)量和效率，提高制造業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，促進制造業(yè)的發(fā)展。

1.模具高速銑削加工的概念以及特點

模具制造中一般的銑削加工采用的是較低的進給速度和較大的切削參數(shù)，制造成本比較大，隨之模具制造技術(shù)的進步，模具制造技術(shù)出現(xiàn)了高速銑削加工技術(shù)，高速銑削技術(shù)降低了制造成本，實際運用過程中采用的是高的進給速度和比較小的切削參數(shù)。與一般的銑削加工技術(shù)相比，模具高速銑削加工技術(shù)具有以下特點：

1.1高效

高速銑削加工技術(shù)相比一般銑削加工技術(shù)，速度更快，提高了模具制造的效率。它的株洲轉(zhuǎn)速在15000r/min至40000r/min之間，甚至可以達到100000r/min，在切削鋼的時候，速度在傳統(tǒng)銑削加工速度上提高了5-10倍，在模具型腔加工的時候，比電火花加工的效率高5倍左右；

1.2精度高

與一般銑削加工相比，高速銑削加工的精度更高

1.3表面質(zhì)量高

高速銑削加工的速度快，所以工作過程中工件的溫升比較小，表面產(chǎn)生變質(zhì)層、微裂紋以及熱變形的可能性小，減少了模具制造的工作量，提高了模具制造的效率和質(zhì)量。

1.4可以加工硬度高的材料

這也是高速銑削加工的突出特點，它能夠加工一般銑削技術(shù)不能加工的高硬度材料，突破了銑削加工的限制，促進了模具制造技術(shù)的發(fā)展。

2.模具高速加工中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)

模具高速銑削加工中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)包括：刀具系統(tǒng)、機床系統(tǒng)、模具CAD軟件系統(tǒng)以及模具CNC控制系統(tǒng)。模具高速銑削加工技術(shù)在模具制造業(yè)中的運用，為模具制造業(yè)注入了強大的動力，帶動了模具制造業(yè)進一步發(fā)展。但是，在模具高速技術(shù)的實際運用過程中我們也不能忽視其構(gòu)成技術(shù)的關(guān)鍵性作用，下面展開高速銑削加工中關(guān)鍵技術(shù)的詳細論述》

2.1高速銑削的刀具系統(tǒng)

刀具系統(tǒng)是模具高速銑削加工技術(shù)的重要組成部分，主要包括：刀具材料、結(jié)構(gòu)以及刀柄。刀具系統(tǒng)對模具制造中進行高速銑削有重要作用，它直接影響模具制造中高速銑削的加工精度、質(zhì)量和成本。高速銑削時要承受高溫、摩擦以及沖擊等諸多力的作用，這就要求刀具材料必須具備較高的硬度、耐磨性、韌性以及較好的耐熱性，只有這樣才能保證高速銑削加工的順利工作和工件質(zhì)量，提高銑削工具的使用壽命?，F(xiàn)在常用的刀具材料包括：金剛石、硬度合金刀具以及陶瓷道具等，這些材料都具有較高的硬度和很好的耐熱性，能夠提高刀具系統(tǒng)的性能，對高速銑削加工在模具制造中的運用具有重要意義。但是，高速銑削加工過程中，由于強大的離心力作用，所以會出現(xiàn)夾緊機構(gòu)破壞或者刀片甩掉的情況，這些現(xiàn)象的出現(xiàn)都會產(chǎn)生不利的影響，高速加工中出現(xiàn)這些情況會造成安全事故的發(fā)生。高速銑削加工中刀具系統(tǒng)面臨的問題包括：刀具剛性不足、銑削重復(fù)精度不穩(wěn)定、加工過程產(chǎn)生的強大的離心力、不方便換刀等情況。為解決離心力作用引起的刀片甩掉問題，可以采用兩面定位的刀柄結(jié)構(gòu)；針對換刀問題，可以定期進行刀具檢查，及時更換刀具，避免工作過程中出現(xiàn)刀具問題或者臨時換刀；針對精度不穩(wěn)定的問題，可以采用信息技術(shù)和計算機技術(shù)，利用先進的技術(shù)提高精度穩(wěn)定程度。下圖為刀具示意圖：

2.2高速銑削的機床系統(tǒng)

機床機構(gòu)是磨具制造中的重要組成部分，也為高速銑削加工提供充分的保障，主要是能夠為高速銑削提供快速的進給速度。高速銑削加工會產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)速，高速主軸中的一些零件會在強大的離心作用下產(chǎn)生振動和變形，高速運轉(zhuǎn)過程中也會因為摩擦產(chǎn)生大量的熱和高溫，這都會高速主軸系統(tǒng)中的一些零件產(chǎn)生較大的破壞作用，對高速銑削的順利工作產(chǎn)生不利的影響。為保護高速主軸系統(tǒng)，提高機床系統(tǒng)的質(zhì)量，應(yīng)該提高主軸系統(tǒng)的剛度和回轉(zhuǎn)精度，減輕主軸系統(tǒng)的重量和慣性作用，提高主軸系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性，減小主軸系統(tǒng)中零件的振動和工作過程中產(chǎn)生的噪音，優(yōu)化主軸系統(tǒng)中的冷卻和潤滑系統(tǒng)，只有這樣才能提高高速主軸系統(tǒng)的質(zhì)量，保證高速銑削順林加工，提高機床系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。為了提高進給速度，在機床系統(tǒng)中可以采用小螺距大尺寸高質(zhì)量的滾珠絲杠，在保證高速銑削加工精度的同時提高進給速度。傳統(tǒng)機床系統(tǒng)的工作臺比較重，剛度也比較低，高速銑削加工中為保證加工質(zhì)量，工作臺質(zhì)量和剛度都得到了相應(yīng)的提高。機床系統(tǒng)是高速銑削加工中的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)，只有提高機床的質(zhì)量和安全性能，才能為高速銑削加工提供保障，從而提高高速銑削加工的精度和質(zhì)量，實現(xiàn)高速銑削加工技術(shù)在模具制造中的重要作用。下圖為高速銑削加工的機床系統(tǒng)：

2.3高速銑削的模具CAD軟件系統(tǒng)

模具制造技術(shù)中軟件系統(tǒng)的運用，進一步提高了模具加工的質(zhì)量，使得模具加工技術(shù)更加完善，模具CAD軟件系統(tǒng)的建立，使得模具制造更加直觀，主要是利用CAD軟件系統(tǒng)技術(shù)模擬模具的成型過程的虛擬模具，能夠更加直觀的對模具進行研究，在工作之前，解決工作過程中可能會遇到的問題，提高模具加工的質(zhì)量，提高工件的精度和質(zhì)量。現(xiàn)階段，CAD軟件系統(tǒng)在高速銑削加工技術(shù)中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對銑床刀具的自動調(diào)節(jié)，使的刀具的使用達到最佳方式，降低換刀的復(fù)雜程度，提高刀具安裝的質(zhì)量的穩(wěn)定性，為高速銑削加工提供保障。現(xiàn)在模具加工中常用的CAD軟件系統(tǒng)包括：UG、CAXA以及HSC2等，這些先進軟件系統(tǒng)在模具制造中的運用，具有至關(guān)重要的作用。除了CAD軟件系統(tǒng)，常用的模具軟件系統(tǒng)還包括CAE分析系統(tǒng)和CAM制造系統(tǒng)，這三種系統(tǒng)技術(shù)的有效整合，在模具制造業(yè)中具有重要意義。

2.4CNC控制系統(tǒng)

CNC控制系統(tǒng)能夠快速處理數(shù)據(jù)，優(yōu)化了對進給的控制，降低了程序段的循環(huán)時間，提高了高速銑削的查補精度，使得數(shù)據(jù)接口更加網(wǎng)絡(luò)化。總之，CNC控制系統(tǒng)在模具高速銑削加工中具有重要作用，除了上述作用之外，CNC控制系統(tǒng)還具有良好的減振功能，對于工件輪廓加工精度的提高有重要意義。

3.高速銑削加工實例

隨著信息通訊技術(shù)的發(fā)展，對零件功能的要求越來越高，零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，這里主要講石墨高速切削加工實例，石墨屬于典型的非均質(zhì)脆性材料，高速加工的時候容易出現(xiàn)顆粒狀的微細粉塵，也具有較強的吸塵能力，對銑削加工的刀具損害十分嚴重。下圖為石墨圖片：

高速銑削加工石墨的優(yōu)勢：切削速度大幅度提高，大約是一般銑床加工的5-10倍，刀具的耐用度也提高了70%左右，工件質(zhì)量也有所提高，大約為2級，降低了工件表面的粗糙度，工件溫升低，對于減少工件的熱變形具有重要意義，利用高速銑削加工還可以降低生產(chǎn)成本。

高速銑削加工中的不足：加工過程中產(chǎn)生的石墨粉塵進入主軸系統(tǒng)，會損害主軸系統(tǒng)，降低主軸系統(tǒng)各個零件的使用壽命，會出現(xiàn)裝夾不穩(wěn)的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較大的慣性離心力，給操作機床和操作人員帶來風(fēng)險，此外，石墨粉塵進入機床系統(tǒng)，會造成機器滑動面、絲杠和線性導(dǎo)軌的磨損，對機床系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響，石墨粉塵進入數(shù)控系統(tǒng)會影響數(shù)控系統(tǒng)判斷監(jiān)測的靈敏度和準(zhǔn)確度，甚至?xí)鹣到y(tǒng)短路事故的發(fā)生。

相關(guān)策略：首先，可以加強對主軸和進給系統(tǒng)的粉塵密封，降低石墨粉塵進入系統(tǒng)的可能性；其次，對機床工作區(qū)進行密封，可以將頂板進行完全的密封，使石墨粉塵無法進行機床系統(tǒng)；最后，可以在機床內(nèi)部裝置集成強力真空吸塵裝置，及時吸走加工過程中產(chǎn)生的石墨粉塵。

研究意義：通過高速銑削對石墨的加工可以發(fā)現(xiàn)高速銑削出現(xiàn)和推廣的重要意義，只有通過高速銑削技術(shù)可以突破傳統(tǒng)加工技術(shù)的限制，提高工件加工的質(zhì)量，促進模具制造業(yè)的發(fā)展。

下圖為利用高速銑削加工完成的石墨工件：

4.結(jié)束語

總之，高速銑削加工技術(shù)在模具加工中的運用具有重要意義，它能夠有效的提高模具加工的質(zhì)量和工件的精度，保證高速銑削中關(guān)鍵技術(shù)的質(zhì)量，才能提高模具加工的效率的質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速銑削的關(guān)鍵技術(shù)也在不斷的優(yōu)化，充分表明高速銑削在模具制造中的良好前景。

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