大型模具加工问题的解决方案

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现在市场对外观质量好的大型模具的需求量迅速增长。从纯平电视到汽车仪表板，设计者们正在把模具越做越大，越做越复杂。考虑到这个现实情况，大型模具加工就为很多模具厂提供了参与全球竞争的机遇。
　　那么，为什么大家不都来生产大型模具呢?这是因为要想进入这个市场会遇到很多障碍，最重要的一点就是大型模具的加工非常困难这个先入为主的观念。原来的技术加工大型模具有循环周期长、进给速率慢、装夹次数多和长时间的手工抛光等困难。然而，高性能加工技术却使得大型模具加工更加类似于小型模具加工。随着新技术的出现，大型模具加工的解决方案也出现了。
　　大型模具加工问题
　　大型模具的尺寸和重量为加工带来巨大的挑战。经常需要额外的劳动、专用工具、多次机床设置以及潜在的误差。
　　如果选择了合适的加工中心来加工大型模具，就可以减少其中的许多问题，同时也能够减少装夹次数，换刀次数和其他潜在的精度问题。
　　大型模具加工中最大的花费是机床成本。能够生产大型模具的机床都很昂贵，因此，拥有多台这种机床(一台用于粗加工，另一台用于精加工)是进入这一市场的巨大障碍。但当你选择了合适的机器，就可以在同一台机床上同时进行粗加工和精加工，即使用同样的机床设置也能保持精确性。
　　加工大型模具机床设计
　　为了回答大家普遍关注的大型机床精确度和机床设置问题，我们必须研究一台大型模具加工中心必要的几个设计特征。
　　(1)铸铁床身和带热处理功能的主轴
　　任何一台用来加工大型部件的机床的首要设计就要有大型的铸铁床身和带热处理功能的主轴。铸铁仍是制作床身的最稳定的材料，能够增加机床刚性和散热性能。
　　至于主轴，则必须采用内部技术来冷却与轴承摩擦带来的热量，以确保主轴瓦不会烧坏或者由于热膨胀产生误差。
　　这些特征都很重要因为大型模具加工需要的时间要比小型模具加工时间长，而且增加了对模具所受的应力和热量。没有好的机床构造，机床就会因为以上两个因素而不能制造出高质量的模具。因此要限制机床震动和处理热积累问题。
　　大多受大型模具加工通常都需要几天时间，这意味着由于在加工的时候，外部条件会发生变化，要达到想要的精确度，就必须考虑到这些变化。一台不是用来切削大型模具的机床在环境温度为10 摄氏度的情况下机床立柱温度会改变 6 度，也会导致轴心角平面发生 0.070毫米的变化。
　　(2)热量稳定技术
　　从另一个方面来说，如果应用了热量稳定技术，相同的环境变化只会让机床立柱发生3 度的变化，或者使轴心角平面改变 0.030毫米 。因此，机床设计要考虑到环境热量影响，避免外部空气影响零件的加工。如果选择的机床热稳定性能良好，就会减少零件表面加工问题，从而减少手工抛光的需要。
　　(3)主轴转速
　　需要考虑的第二个特征就是主轴转速。主轴转速应该至少 20,000转/分，金属除去速度应该至少为 30英寸/分。例如，一台大型模具的加工中心的横向和切削进给速率应为 787英寸/分。
　　(4)精度
　　如果想要在同一台机床上完成大型模具的抛光和粗加工，精度是很重要的。选择的加工中心的定位精度和可重复精度都要同小型机床类似。
　　使用一台大型模具加工中心，其定位精度为± 0.000060 英寸(± 0.0015 毫米)，可重复精度为± 0.000040 英寸 ( ± 0.001 毫米) 。还需要记住的就是的螺距精确度也是很重要的，必须保证在 5 微米之内。
　　(5)反馈分辨率
　　为了测量加工的精确度，必须留意机床的反馈分辨率。以1 微米的反馈分辨率做标准，误差是很常见的。当反馈分辨率为 0.050 微米的时候，此时的抛光是近乎完美的。控制分辨率、光栅反馈分辨率和，细螺距的滚珠丝杠都能够改进表面抛光。
　　(6)主轴
　　另一个需要考虑的机床设计问题就是主轴。大型模具机床的主轴应该能够进行预先毛坯加工，半精加工和高质量精加工。作为一个基准，表面抛光的误差应该在 2 微米左右。这种高质量精加工特征对合模沿口和生成分型线尤为重要，许多模具厂家为了弥补机床加工的误差而不得不进行手工抛光。由于大型机器要更加昂贵，购买多台机床来完成这三个任务是不太现实的。
　　除此之外，主轴震动和增长应该最小来实现刀具寿命的最大化，这样才能满足大型模具加工要求的超长铣削时间。例如，正在用大型模具加工中心加工大型仪表板模具，使用直径为16毫米的CBN刀刃以314英寸/分的经给速率加工，表面抛光效果为0.336微米Ra，3.02 微米 Rmax，你的刀具寿命应该大于30小时。在加工大型模具的时候，刀具的成本飞速增加，使用能延长刀具寿命的机床每加工一个模具能够节省数千美元的刀具成本。
　　(7)可移动多轴头
　　在加工模具，尤其是复杂大型模具时，可移动多轴头是最好的特性。一个可变几何形状的轴头设计能够进行三轴联动加工，能够铣削深型腔和冷却洞，而且可以在一次装夹后进行其他很多切削组合。因为工件的尺寸和重量都带来很长的机床设置时间，运用三轴加工功能来减少设置次数能够大幅度提高加工大型模具的能力而不影响精确度。并且多轴头的设计能够进行斜孔加工，通过把主轴倾斜到最佳角度就可以让刀具更容易的接近铣削点。
　　多轴头设计也让用户能够运用更短的刀具。短刀具通常都会更坚硬，更精确，也能够防止主轴和刀具与工作台发生碰撞。最后，多轴头设计能够运用刀刃来替代刀头加工以改进表面抛光。
　　(8)切屑管理
　　切屑管理是加工大型模具的一个严重的问题。一些大型模具加工中心在台面下有 18 个排屑孔， 为的是更可靠的接住切屑，但是这样就忽视了工作台位置。4 条内置链状传送带朝着机器的前端高速倾泄碎片。机床和立柱都有罩子覆盖着，以避免新切割好的滚烫的切屑和冷却剂直接接触机床的铸铁表面。立柱和机床以及机床下面周围的部分都是相互隔离的，这样就能消除由于车间温度变化和震动而引起的铸铁机床的温度变化。
　　如果没有有效的切屑管理体系，大型模具机器就必然会出现故障或热积累问题。
　　(9)高压冷却功能
　　选择一个大型模具加工中心的最后一个重要的特征就是高压冷却剂。例如，用 2+3 的方法钻有角度的孔，需要 压力为1000帕的冷却剂来保证有效的切屑排放和更精确的切割。如果没有高压冷却剂，刀具就会阻挡切屑出孔，碎片就会被多次切削。如果能够有效的加工有角度的孔就能够消除设置时间，也不再需要多余的机床来进行枪钻加工，因为枪钻最适合用来加工带角度的孔。
　　大型模具加工实例
　　(1)圆形、菱形和正方形
　　这个例子的目的就是在多重地点中展示铣削加工。用于机械制造中的零件常常被要求在不同的地点都可以实现加工的精度化。
　　在所有的机床控制器中，刀路往往会被记录成简单而常规的圆形(顺时针方向 GO2 和逆时针方向 G03 )。这样就使得机床可以型芯来进行高精度加工而且不受其他编程软件的影响。这也展示了机床使用多重进给率来进行高精度加工的能力。
　　通常情况下机床被限制使用单一进给速率来进行精度加工。
　　侧间隙和补偿被用来使单一进给率达到最大化，而这种进给率可能会被使用得最普遍。这样我们可以预见，如果使用单一的进给率来进行生产，其产生的错误马上就会暴露出来。
　　(2)成角度的钻孔例子
　　这一例子的目的就是显示当钻大型孔时所使用的 2 + 3 的硬度。一个标准的、成型的高速钢钻孔机常常被用于材料的钻孔。
　　一个标准的、成型的高速钢钻常常被用于材料的钻孔。对于买家来说，他们不希望他们花钱买大型硬质合金钻刀时出任何差错。因为这种规模的硬质合金钻刀价格太昂贵了。
　　高速钻刀不能达到硬质合金钻刀的加工水平，但对很多生产厂家都是可以使用这种钻刀。
　　(3)仪表板加工实例
　　这个例子是一个关于大型模具加工中心加工能力的测试。目的就是测试一次设置下使用所有的轴头功能进行加工。这个加工要求一次设置、一台机床。
　　这种情况下的零件需要在尽可能的情况下利用一台三轴加工机床进行粗加工、www.vtoall.com半精加工和高质量精加工。显然这有些困难。多轴加工用于要倾斜工具角度来缩短加工长度的加工领域。不使用多轴加工机床来完成全部工作的原因是设备的坚硬程度以及不具备这样多的功能。所以这个问题很简单，就是要使用多台多轴加工机床来完成整个加工工作。
　　上面这些不同的例子以及是否有多轴加工机床的参与使得每个例子的决定因素都不相同。但是我们可以看出来，在所有案例中有一个共同的因素，那就是在使用更小直径的时候更高的轴转速与更简短的加工工序的结合都是必需的。
　　多轴加工机床可以取代单轴加工机床来完成更复杂难度更高的加工工作。这仅仅需要花费整个加工时间的5%到10%。当零件的加工由一个三轴加工机床转移到多轴加工机床时，零件的加工时间也会随之大幅增加。