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五轴高速加工中心在模具加工中的优势应用点

2019-07-10 10:25:24

 五轴高速加工中心在模具加工中的优势应用点

 高速加工中心

 模具侧壁的加工

为了便于产品脱模,模具模腔侧壁通常设计为具有一定斜度的平面。使用传统的三轴加工中心加工通常有两种办法进行加工:一种采用球形或环形的刀具,将斜面与曲面等效处理,这种加工方式刀具与工件为点接触,加工的效率非常低下;另一种采用定制斜度的锥形刀具,利用刀具侧刃进行高带宽切削,这种加工方式刀具只适用一个斜度的斜面加工,并且因为刀具长度较长、端部变细,导致刀具刚性较差,加工效果不一致。使用五轴联动加工中心加工模具侧壁,对于凸形模具侧壁, 可以通过改变刀具的轴向,使刀具的轴线与模具侧壁相互垂直,利用盘形铣刀或直径较大的平头铣刀进行端铣, 以获得更好的加工质量。对于凹形模具侧壁,则无需采用定制斜度的锥形刀具,可直接使用通用的圆柱形球头或环形刀具,通过刀具轴向的倾斜实现侧刃铣削,在大幅降低刀具成本的同时,也减少了刀具的更换提高效率。

模具曲面的加工

模具的曲面部分加工,是模具加工中耗费时间与成本的。使用三轴加工中心加工模具的曲面,主要是利用球头铣刀的球形端部进行切削。球头铣刀具有确定的球心以及半径,使自由曲面的加工切削点计算简化, 刀具轨迹计算效率得以提升。在曲面曲率、曲面法向变化较大的曲面加工中,刀具切削的工作点产生大幅变化, 但在一定的主轴转速下,球头铣刀其球头上各个点由于其相对于旋转轴的半径不同,切削线速度相差甚远,加工后的曲面表面质量一致性较差。如果加工的曲面存在法向量与刀具轴线平行的点,则采用球头铣刀加工该点时切削速度为零。这意味着刀具在加工该点及该点附近的位置时,主要是依靠挤压而非切削实现加工。这种加工状态不仅会对机床和刀具产生较大的损伤,曲面的加工质量也无法满足需求。使用五轴联动加工中心加工模具曲面,对于凸形曲面可采用刀具圆柱面进行侧刃加工, 相比于端部切削,侧刃切削方式可以增加刀具与工件的接触带宽,提高切削效率。对于凹形的曲面可采用环形刀具代替球形刀具进行加工。环形刀具与球形刀具都具有法向自适应性,但环形刀具的优势在于环面轴向曲率半径与刀具直径不相关,加工小曲率半径区域时,环形刀具的刚性更优。对于环形刀具的环面上各点,其旋转半径的变化较小,加工的表面质量一致性更好。通过刀具轴线的变换,可以避免环形刀具端部平面对曲面的过切,使环形刀具更适用于模具曲面的加工,提高加工质量。

 模具曲面微细结构雕刻

为了产品的美观与功能,越来越多产品的表面上会增加花纹、标志等,而在模具上进行微细结构的雕刻十分困难。使用三轴加工中心与锥形尖端雕刻刀,只能对模具水平平面或较为平缓的水平曲面进行微细结构雕刻。这种加工方式由于刀具尖端线速度非常低、刀具尖端脆弱易断,加工效率低而且可加工的部位受限。使用五轴联动加工中心加工模具曲面微细结构则可以配合单刃铣刀,甚至利用平头铣刀的尖角部分,通过刀具轴线伴随曲面法向改变的加工姿态与路径,对模具任意曲面进行微细雕刻,并能使加工的微细结构服从曲面法向的变化,达到更好的加工精度与质量。

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 结语

在模具的数控加工工序中,与传统的三轴加工中心相比,五轴加工中心不仅能够完成更高精度、更高质量的加工作业,而且能够更合理利用刀具、延长刀具的使用寿命与减少使用的刀具类型。并且使用五轴加工中心能大幅简化使用三轴加工中心难以完成的加工任务。五轴加工作为一种先进的加工方式,如何进行利用,以提升模具加工过程中的精度与效率,仍具有持续探讨的价值。






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