加工模具零件的數(shù)控銑工藝改進(jìn)策略探討
2018-7-17 來(lái)源： 晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：龔真蕊
摘 要：隨著我國(guó)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)不斷迅速發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)機(jī)械加工精度的要求準(zhǔn)確性越高。現(xiàn)如今，數(shù)控銑工工藝在機(jī)械零件生產(chǎn)加工中應(yīng)用非常廣泛，但是加工誤差問(wèn)題也是其難以解決的問(wèn)題。此文中對(duì)加工精度不高的問(wèn)題進(jìn)行分析，從而提出數(shù)控銑床加工磨具零件中的特別注意事項(xiàng)和處理方法等，旨在全面提高模具零件加工精度。
關(guān)鍵詞：模具零件；數(shù)控銑工工藝；改進(jìn)；策略
0 引言
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，我國(guó)機(jī)械加工技術(shù)正處于高速發(fā)展階段，為提高我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)力提供了巨大貢獻(xiàn)。當(dāng)今，各個(gè)行業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用愈加廣泛，包括模具、航天、汽車(chē)、機(jī)械、電子等領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床能夠有效的解決復(fù)雜零件加工問(wèn)題，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了加工自動(dòng)化，在很大程度上提高了模具零件生產(chǎn)效率，降低人工投入成本。但是在數(shù)控銑床工藝實(shí)際應(yīng)用中，依然存在著難以解決的問(wèn)題。例如加工零件帶有斜面、結(jié)構(gòu)尺寸不精準(zhǔn)等。如果出現(xiàn)這一問(wèn)題，就需要投入二次加工，甚至是多次加工，從而保障模具零件加工精度，降低了生產(chǎn)效率。就需要對(duì)數(shù)控銑床工藝進(jìn)行逐步改進(jìn)，從而提高模具零件加工質(zhì)量和加工效率。
1 、數(shù)控技術(shù)發(fā)展背景與特點(diǎn)
1.1 數(shù)控技術(shù)發(fā)展背景
現(xiàn)如今，我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展尤為迅速，社會(huì)對(duì)模具產(chǎn)品的多樣性、功能性也提出了更高的要求。現(xiàn)如今市面上的模具產(chǎn)品更新速度逐漸增快，有好多品種小批量生產(chǎn)比重也不斷提升。再者，隨著現(xiàn)代航空運(yùn)輸和輕工消費(fèi)生產(chǎn)速度加快，各種復(fù)雜形式的零部件加工精度也不斷提高。在此背景下，數(shù)控加工技術(shù)會(huì)不斷朝向自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化方向發(fā)展，同時(shí)也對(duì)數(shù)控銑工藝改進(jìn)指明了方向。
1.2 數(shù)控銑工藝特點(diǎn)分析
（1）復(fù)雜工件加工能力強(qiáng)。數(shù)控銑工藝具有復(fù)雜工件加工的能力，例如數(shù)控銑加工輪船、機(jī)艙、國(guó)防軍工等，這些領(lǐng)域?qū)庸つ＞叩木确浅８撸⑶夜ぜY(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜。可以說(shuō)數(shù)控銑工藝加工效果會(huì)直接影響到最終產(chǎn)品的使用情況。數(shù)控銑加工的可控性可以完成普通加工工具無(wú)法加工的復(fù)雜任務(wù)，因此在當(dāng)今各個(gè)加工工業(yè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
（2）加工質(zhì)量高。數(shù)控銑工藝依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)程序控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，工作人員只需要在控制終端中輸入相關(guān)的加工信息，即可保證加工質(zhì)量，從而避免人工操作的誤差問(wèn)題。如果在加工過(guò)程中出現(xiàn)了誤差問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)整數(shù)控系統(tǒng)軟件即可實(shí)現(xiàn)誤差矯正，非常便捷。
（3）加工效率高。相比傳統(tǒng)的模具加工工藝相比，數(shù)控銑工藝在零件加工中可以有效提高加工效率，特別是對(duì)于五面體加工中心和柔性單元等設(shè)備來(lái)說(shuō)，在零件裝夾后即可實(shí)現(xiàn)絕大部分的施工，這樣即可避免多次裝夾所造成的加工誤差問(wèn)題，減少服務(wù)操作流程，從而進(jìn)一步提高模具加工效率。
（4）柔性高。柔性主要是體現(xiàn)在進(jìn)行多種模具加工過(guò)程中，只需要對(duì)編程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)不同種類模具加工，通常不需要專門(mén)定制專用工具夾，這樣接口大大縮短模具生產(chǎn)周期，并且可以降低成本，從而更好的適應(yīng)各種模具加工，滿足批量生產(chǎn)的需求。
2 、數(shù)控銑床加工工藝與問(wèn)題
通過(guò)選用不同類型的銑刀，比較建工過(guò)程中刀具和所加工零件斜
面接觸情況，對(duì)比數(shù)控銑床加工斜面零件精度，從而進(jìn)行深度探究。
2.1 倒角立銑刀加工
通常情況下，立銑刀加工中的刀具參數(shù)為：主軸速度為 1200r/min；進(jìn)給量 100mm/min；平頭立銑刀直徑 Φ14mm；刀尖倒角β=30 °。采用倒角立銑刀加工方法，加工表面會(huì)出現(xiàn)一定的殘留物，并且還多出了因?yàn)榈谰弑坏沟舨糠值臍埩舨糠郑虼耍黾恿吮砻嫔系臍埩粑铮硐朊婧突鶞?zhǔn)點(diǎn)的距離也不符合標(biāo)準(zhǔn)，想要處理掉基準(zhǔn)點(diǎn)中的殘留量，其理想面和所得面之間的距離也不符合標(biāo)準(zhǔn)，最終導(dǎo)致所得到的工件上存在一定的誤差問(wèn)題。如果在此基礎(chǔ)上繼續(xù)加工制造，則沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)線，這樣很難加工出符合設(shè)計(jì)尺寸的零部件。
2.2 不倒角立銑刀加工方法
刀具加工參數(shù)：主軸速度 1200r/min；進(jìn)給量 100mm/min；立銑刀直徑 Φ14 mm；刀尖半徑為 R=0。為了能夠更好觀察數(shù)控機(jī)床的加工情況，在理論上可以將刀具和斜面接觸情況進(jìn)行理想化設(shè)計(jì)，沿著模具零件的峰、谷兩側(cè)進(jìn)行加工，但是在實(shí)際應(yīng)用中，加工表面依然存在殘留問(wèn)題，可以通過(guò)精加工工序去除殘留量，并得到要求尺寸。如果在刀具加工參數(shù)設(shè)置過(guò)程中，降低加工增量值，可以得到更小的峰值，因此表面殘留量也會(huì)有所降低，同時(shí)也能夠降低加工難度。但實(shí)際加工中恰恰相反，不僅會(huì)增加工序、增加加工時(shí)間，同時(shí)也會(huì)降低工作效率。可見(jiàn)，不倒角立銑刀加工方法理論上非常理想，但是在實(shí)踐中有著各種問(wèn)題，倒角不可能為零，如果刀具不倒角會(huì)大大降低強(qiáng)度和剛度，提高刀具的磨損度，甚至出現(xiàn)崩刃問(wèn)題，加工出的零件也表面粗糙、不夠理想。因此不會(huì)采用不倒角立銑刀加工法。
3 、加工模具零件的數(shù)控銑工藝改進(jìn)策略
上述表明，如果采用不倒角銑刀能夠保障加工質(zhì)量，想要得到更加理想的斜面，需要在銑削之后進(jìn)行精加工處理掉斜面刀痕即可，但該種方法會(huì)導(dǎo)致刀具磨損和崩刃問(wèn)題，因此不采用不倒角立銑刀。為了能夠提高加工精度和降低表面粗糙度，可以從以下幾點(diǎn)出發(fā)：
3.1 改進(jìn)加工方式
在加工過(guò)程中，需要保證刀具斜面上的穩(wěn)定性，不能突然變化刀具的運(yùn)動(dòng)方向，在斜面和斜面間的圓弧位置需要降低銑削給進(jìn)速度。道具與零件斜面一旦接觸，后刀面和零件會(huì)生產(chǎn)較大的摩擦力，這種情況會(huì)產(chǎn)生刀具共振問(wèn)題，在刀具運(yùn)行到斜面圓弧位置時(shí)，切入角和銑削長(zhǎng)度也會(huì)增加，銑削切削度會(huì)變薄。由于銑刀的彈性形變會(huì)造成讓刀現(xiàn)象，再加上逆銑時(shí)和順銑時(shí)的狀態(tài)不同，彈性變形會(huì)產(chǎn)生共振，從而造成過(guò)切問(wèn)題。這就需要關(guān)注切削量，由于切削量選擇是否合理直接影響著整個(gè)零件加工質(zhì)量。這就需要控制好切削量和切削速度，降低共振現(xiàn)象，這樣即可保證加工出更加理想的加工面。如果剛度允許的條件下，需要保證切削量（切削深度）與加工深度相等，這樣對(duì)降低走刀次數(shù)有著很好的作用。
3.2 合理設(shè)置道具路徑
在設(shè)置銑刀加工路徑時(shí)，需要掌握模具零件的加工精度和表面粗糙度，同時(shí)要盡量減少走刀路線，降低空刀幾率。可以在零件相鄰兩行切刀路之間采用一定半徑的孤獨(dú)給予過(guò)渡，在軟件所提供道路光順化設(shè)置之后，相鄰行切路中的行間移刀中增加一定半徑的圓弧過(guò)渡，并在另外一側(cè)進(jìn)行過(guò)渡設(shè)置，這樣即可避免出現(xiàn)兩次走到之間突然轉(zhuǎn)彎的情況，讓銑刀更加自然移動(dòng)到下一個(gè)加工路線上。如果加工斜面是等高的情況，可以采用一定半徑的圓弧過(guò)渡方法。在兩個(gè)模具兩層間增加半圓弧度孤獨(dú)，這樣不僅能夠滿足刀路平滑需求，同時(shí)也能夠緩解螺旋下刀減少切削阻力問(wèn)題，大大降低道具的磨損度。
3.3 內(nèi)斜面采用螺旋進(jìn)刀
由于垂直下刀會(huì)導(dǎo)致切削速度降低，增加銑刀和模具之間的切削力，從而提高銑刀的磨損度，同時(shí)也會(huì)提高模具表面的粗糙度。而選擇螺旋進(jìn)刀形式可以有效預(yù)防此類問(wèn)題。在應(yīng)用螺旋進(jìn)刀過(guò)程中，需要設(shè)置一個(gè)合理的螺旋直徑范圍，如果螺旋直徑小于設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低螺旋直徑，直到能夠下刀為止。同時(shí)，在應(yīng)用中有可能造成螺旋直徑過(guò)小，這樣就與垂直下刀無(wú)異，這就需要采用斜坡下刀方法，但是反復(fù)斜坡下刀會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，在模具表面留下刀痕。這就要在加工帶曲面的模具時(shí)，合理選擇加工方法。在精加工時(shí)，如果道具行間距離過(guò)小，即使采用一定半徑圓弧過(guò)渡也會(huì)因?yàn)橹睆教《a(chǎn)生近乎直線過(guò)渡，這時(shí)就需要采用擺線進(jìn)給的方法進(jìn)行加工，也就是通過(guò)兩個(gè)刀具之間的距離，從而避免產(chǎn)生半徑弧度過(guò)小而產(chǎn)生直線過(guò)渡問(wèn)題，從而保證模具零件的加工質(zhì)量。
3.4 優(yōu)化數(shù)控銑加工流程
通常情況下，數(shù)控銑加工模具需要做好前期準(zhǔn)備、方案設(shè)計(jì)、編程、最后定型四個(gè)環(huán)節(jié)。在前期準(zhǔn)備中，要提前設(shè)定模具零件，實(shí)現(xiàn)將可能出現(xiàn)的情況提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，找出在實(shí)際加工中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，掌握所有數(shù)據(jù)信息，并針對(duì)問(wèn)題提出合理的建議；在設(shè)計(jì)方案中，需要結(jié)合車(chē)間實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，細(xì)化到每個(gè)加工細(xì)節(jié)，將所有加工資源，如道具、設(shè)備機(jī)床等進(jìn)行分析，規(guī)定產(chǎn)品型號(hào)數(shù)據(jù)；編程環(huán)節(jié)作為中心環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)考慮不同加工零件的作用與功能，最大限度上發(fā)揮生產(chǎn)工具價(jià)值，能夠結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)化加工，通過(guò)前期準(zhǔn)備方案設(shè)計(jì)好道具運(yùn)行軌跡，之后通過(guò)模擬演練的方法觀察軌跡是否可行，如果存在偏差需要進(jìn)行調(diào)整；定型環(huán)節(jié)需要從頭到尾檢查整個(gè)流程的正確性，提高驗(yàn)收質(zhì)量品質(zhì)，從而不斷優(yōu)化加工工藝，保證加工中不會(huì)出現(xiàn)任何問(wèn)題。
4 、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，由于數(shù)控銑工藝在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，加工模具零件的尺寸誤差較大，并且斜面之間的弧度處會(huì)產(chǎn)生明顯的加工痕跡。這就需要加強(qiáng)對(duì)加工工藝的分析，提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，抓住在加工過(guò)程中的應(yīng)對(duì)事項(xiàng)，從改變傳統(tǒng)立銑刀加工工藝的弊端，提高模具零件的加工精度。
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