技術(shù)

 1引言  

    作為現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)中最重要的共性技術(shù)之一的高速加工技術(shù)代表了切削加工的發(fā)展方向，并逐漸成為切削加工的主流技術(shù)。高速切削中的“高速”是一個(gè)相對概念，對于不同的加工方式及工件材料，高速切削時(shí)采用的切削速度并不相同。一般來說，高速切削采用的切削速度比常規(guī)切削速度高5～10倍以上。由于高速切削技術(shù)的應(yīng)用可顯著提高加工效率和加工精度、降低切削力、減小切削熱對工件的影響、實(shí)現(xiàn)工序集約化等，因此已在航空航天、模具制造、汽車制造、精密機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。  

    在現(xiàn)代模具的成形制造中，由于模具的形面設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，自由曲面所占比例不斷增加，因此對模具加工技術(shù)提出了更高要求，即不僅應(yīng)保證高的制造精度和表面質(zhì)量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速加工技術(shù)的研究不斷深入，尤其在加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，高速加工技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于模具的制造加工。  

    高速加工技術(shù)對模具加工工藝產(chǎn)生了巨大影響，改變了傳統(tǒng)模具加工采用的“退火→銑削加工→熱處理→磨削”或“電火花加工→手工打磨、拋光”等復(fù)雜冗長的工藝流程，甚至可用高速切削加工替代原來的全部工序。高速加工技術(shù)除可應(yīng)用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM電極加工、快速樣件制造等方面也得到廣泛應(yīng)用。大量生產(chǎn)實(shí)踐表明，應(yīng)用高速切削技術(shù)可節(jié)省模具后續(xù)加工中約80%的手工研磨時(shí)間，節(jié)約加工成本費(fèi)用近30%，模具表面加工精度可達(dá)1µm，刀具切削效率可提高一倍。  

    2模具高速加工對加工系統(tǒng)的要求  

    由于模具加工的特殊性以及高速加工技術(shù)的自身特點(diǎn)，對模具高速加工的相關(guān)技術(shù)及工藝系統(tǒng)(加工機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具等)提出了比傳統(tǒng)模具加工更高的要求。  

    機(jī)床主軸  

    高速機(jī)床的主軸性能是實(shí)現(xiàn)高速切削加工的重要條件。高速切削機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速范圍為10,000～100,000m/min，并要求主軸具有快速升速、在指定位置快速準(zhǔn)停的性能(即具有極高的角加減速度)，因此高速主軸常采用液體靜壓軸承式、空氣靜壓軸承式、磁懸浮軸承式等結(jié)構(gòu)形式。  

    機(jī)床驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)  

    為滿足模具高速加工的需要，加工機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有下列特性：  

    高的進(jìn)給速度。研究表明，對于小直徑刀具，提高轉(zhuǎn)速和每齒進(jìn)給量有利于降低刀具磨損。目前常用的進(jìn)給速度范圍為20～30m/min，如采用大導(dǎo)程滾珠絲杠傳動(dòng)，進(jìn)給速度可達(dá)60m/min；采用直線電機(jī)則可使進(jìn)給速度達(dá)到120m/min。  

    高的加速度。對三維復(fù)雜曲面廓形的高速加工要求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有良好的加速度特性，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)加速度應(yīng)達(dá)到20～40m/s2。  

    高的速度增益因子(Velocitygainfactor)KV。為達(dá)到較高的三維輪廓?jiǎng)討B(tài)精度以及最小的滯后，一般要求速度增益因子KV=20～30(m/min)/mm。  

    數(shù)控系統(tǒng)  

    先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)是保證模具復(fù)雜曲面高速加工質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，模具高速切削加工對數(shù)控系統(tǒng)的基本要求為：  

    高速的數(shù)字控制回路(Digitalcontrolloop)。包括：32位或64位處理器及1.5Gb以上的硬盤；極短的直線電機(jī)采樣時(shí)間(<500µs)；速度和加速度的前饋控制(Feedforwardcontrol)；數(shù)字驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的爬行控制(Jerkcontrol)。  

    先進(jìn)的插補(bǔ)方法(基于NURBS的樣條插補(bǔ))，以獲得良好的表面質(zhì)量、精確的尺寸和高的幾何精度。