五金模具高速加工的技術應用

五金模具粗加工的主要目標是追求單位時間內的材料去除率，并為半精加工準備工件的幾何輪廓。在切削過程中因切削層金屬面積發生變化，導致五金刀具承受的載荷發生變化，使切削過程不穩定，五金刀具磨損速度不均勻，加工表面質量下降。

目前開發的許多CAM軟件可通過以下措施保持切削條件恒定，從而獲得良好的加工質量。恒定的切削載荷。通過計算獲得恒定的切削層面積和材料去除率，使切削載荷與刀具磨損速率保持均衡，以提高刀具壽命和加工質量。避免突然改變刀具進給方向。避免將刀具埋入工件。如加工模具型腔時，應避免刀具垂直插入工件，而應采用傾斜下刀方式(常用傾斜角為20°～30°)，最好采用螺旋式下刀以降低刀具載荷；加工模具型芯時，應盡量先從工件外部下刀然后水平切入工件。刀具切入、切出工件時應盡可能采用傾斜式(或圓弧式)切入、切出，避免垂直切入、切出。采用攀爬式切削(Climbcutting)可降低切削熱，減小刀具受力和加工硬化程度，提高加工質量。半精加工模具半精加工的主要目標是使工件輪廓形狀平整，表面精加工余量均勻，這對于工具鋼模具尤為重要，因為它將影響精加工時刀具切削層面積的變化及刀具載荷的變化，從而影響切削過程的穩定性及精加工表面質量。粗加工是基于體積模型(Volumemodel)，精加工則是基于面模型(Surfacemodel)。而以前開發的CAD/CAM系統對零件的幾何描述是不連續的，由于沒有描述粗加工后、精加工前加工模型的中間信息，故粗加工表面的剩余加工余量分布及最大剩余加工余量均是未知的。因此應對半精加工策略進行優化以保證半精加工后工件表面具有均勻的剩余加工余量。

優化過程包括：粗加工后輪廓的計算、最大剩余加工余量的計算、最大允許加工余量的確定、對剩余加工余量大于最大允許加工余量的型面分區(如凹槽、拐角等過渡半徑小于粗加工刀具半徑的區域)以及半精加工時刀心軌跡的計算等。現有的模具高速加工CAD/CAM軟件大都具備剩余加工余量分析功能，并能根據剩余加工余量的大小及分布情況采用合理的半精加工策略。如OpenMind公司的HyperMill和HyperForm軟件提供了束狀銑削(Pencilmilling)和剩余銑削(Restmilling)等方法來清除粗加工后剩余加工余量較大的角落以保證后續工序均勻的加工余量。Pro/Engineer軟件的局部銑削(Localmilling)具有相似的功能，如局部銑削工序的剩余加工余量取值與粗加工相等，該工序只用一把小直徑銑刀來清除粗加工未切到的角落，然后再進行半精加工；如果取局部銑削工序的剩余加工余量值作為半精加工的剩余加工余量，則該工序不僅可清除粗加工未切到的角落，還可完成半精加工。

精加工模具的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點，而刀具與工件的接觸點隨著加工表面的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化。對于由多個曲面組合而成的復雜曲面加工，應盡可能在一個工序中進行連續加工，而不是對各個曲面分別進行加工，以減少抬刀、下刀的次數。然而由于加工中表面斜率的變化，如果只定義加工的側吃刀量(Stepover)，就可能造成在斜率不同的表面上實際步距不均勻，從而影響加工質量。Pro/Engineer解決上述問題的方法是在定義側吃刀量的同時，再定義加工表面殘留面積高度(Scallopmachine)；HyperMill則提供了等步距加工(Equidistantmachine)方式，可保證走刀路徑間均勻的側吃刀量，而不受表面斜率及曲率的限制，保證刀具在切削過程中始終承受均勻的載荷。

一般情況下，精加工曲面的曲率半徑應大于刀具半徑的1.5倍，以避免進給方向的突然轉變。在模具的高速精加工中，在每次切入、切出工件時，進給方向的改變應盡量采用圓弧或曲線轉接，避免采用直線轉接，以保持切削過程的平穩性。進給速度的優化目前很多CAM軟件都具有進給速度的優化調整功能：在半精加工過程中，當切削層面積大時降低進給速度，而切削層面積小時增大進給速度。應用進給速度的優化調整可使切削過程平穩，提高加工表面質量。切削層面積的大小完全由CAM軟件自動計算，進給速度的調整可由用戶根據加工要求來設置。

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