大型模具加工存在問題的解決方案
現(xiàn)在市場對外觀質量好的大型模具的需求量迅速增長。從純平電視到汽車儀表板，設計者們正在把模具越做越大，越做越復雜?？紤]到這個現(xiàn)實情況，大型模具加工就為很多模具廠提供了參與競爭的機遇。
那么，為什么大家不都來生產大型模具呢?這是因為要想進入這個市場會遇到很多障礙，zui重要的一點就是大型模具的加工非常困難這個先入為主的觀念。原來的技術加工大型模具有循環(huán)周期長、進給速率慢、裝夾次數(shù)多和長時間的手工拋光等困難。然而，高性能加工技術卻使得大型模具加工更加類似于小型模具加工。隨著新技術的出現(xiàn)，大型模具加工的解決方案也出現(xiàn)了。
大型模具加工問題
大型模具的尺寸和重量為加工帶來巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)常需要額外的勞動、工具、多次機床設置以及潛在的誤差。
如果選擇了合適的加工中心來加工大型模具，就可以減少其中的許多問題，同時也能夠減少裝夾次數(shù)，換刀次數(shù)和其他潛在的精度問題。
大型模具加工中zui大的花費是機床成本。能夠生產大型模具的機床都很昂貴，因此，擁有多臺這種機床（一臺用于粗加工，另一臺用于精加工）是進入這一市場的巨大障礙。但當你選擇了合適的機器，就可以在同一臺機床上同時進行粗加工和精加工，即使用同樣的機床設置也能保持性。
加工大型模具機床設計
為了回答大家普遍關注的大型機床度和機床設置問題，我們必須研究一臺大型模具加工中心必要的幾個設計特征。
（1）鑄鐵床身和帶熱處理功能的主軸
任何一臺用來加工大型部件的機床的首要設計就要有大型的鑄鐵床身和帶熱處理功能的主軸。鑄鐵仍是制作床身的zui穩(wěn)定的材料，能夠增加機床剛性和散熱性能。
至于主軸，則必須采用內部技術來冷卻與軸承摩擦帶來的熱量，以確保主軸瓦不會燒壞或者由于熱膨脹產生誤差。
這些特征都很重要因為大型模具加工需要的時間要比小型模具加工時間長，而且增加了對模具所受的應力和熱量。沒有好的機床構造，機床就會因為以上兩個因素而不能制造出高質量的模具。因此要限制機床震動和處理熱積累問題。
大多受大型模具加工通常都需要幾天時間，這意味著由于在加工的時候，外部條件會發(fā)生變化，要達到想要的度，就必須考慮到這些變化。一臺不是用來切削大型模具的機床在環(huán)境溫度為10 攝氏度的情況下機床立柱溫度會改變 6 度，也會導致軸心角平面發(fā)生 0.070毫米的變化。
（2）熱量穩(wěn)定技術
從另一個方面來說，如果應用了熱量穩(wěn)定技術，相同的環(huán)境變化只會讓機床立柱發(fā)生3 度的變化，或者使軸心角平面改變 0.030毫米 。因此，機床設計要考慮到環(huán)境熱量影響，避免外部空氣影響零件的加工。如果選擇的機床熱穩(wěn)定性能良好，就會減少零件表面加工問題，從而減少手工拋光的需要。
（3）主軸轉速
需要考慮的第二個特征就是主軸轉速。主軸轉速應該至少 20,000轉/分，金屬除去速度應該至少為 30英寸/分。例如，一臺大型模具的加工中心的橫向和切削進給速率應為 787英寸/分。
（4）精度
如果想要在同一臺機床上完成大型模具的拋光和粗加工，精度是很重要的。選擇的加工中心的定位精度和可重復精度都要同小型機床類似。
使用一臺大型模具加工中心，其定位精度為± 0.000060 英寸（± 0.0015 毫米），可重復精度為± 0.000040 英寸 （ ± 0.001 毫米） 。還需要記住的就是的螺距度也是很重要的，必須保證在 5 微米之內。
（5）反饋分辨率
為了測量加工的度，必須留意機床的反饋分辨率。以1 微米的反饋分辨率做標準，誤差是很常見的。當反饋分辨率為 0.050 微米的時候，此時的拋光是近乎的?？刂品直媛省⒐鈻欧答伔直媛屎?，細螺距的滾珠絲杠都能夠改進表面拋光。
（6）主軸
另一個需要考慮的機床設計問題就是主軸。大型模具機床的主軸應該能夠進行預先毛坯加工，半精加工和高質量精加工。作為一個基準，表面拋光的誤差應該在 2 微米左右。這種高質量精加工特征對合模沿口和生成分型線尤為重要，許多模具廠家為了彌補機床加工的誤差而不得不進行手工拋光。由于大型機器要更加昂貴，購買多臺機床來完成這三個任務是不太現(xiàn)實的。
除此之外，主軸震動和增長應該zui小來實現(xiàn)刀具壽命的zui大化，這樣才能滿足大型模具加工要求的超長銑削時間。例如，正在用大型模具加工中心加工大型儀表板模具，使用直徑為16毫米的cbn刀刃以314英寸/分的經(jīng)給速率加工，表面拋光效果為0.336微米ra，3.02 微米 rmax，你的刀具壽命應該大于30小時。在加工大型模具的時候，刀具的成本飛速增加，使用能延長刀具壽命的機床每加工一個模具能夠節(jié)省數(shù)千美元的刀具成本。
（7）可移動多軸頭
在加工模具，尤其是復雜大型模具時，可移動多軸頭是的特性。一個可變幾何形狀的軸頭設計能夠進行三軸聯(lián)動加工，能夠銑削深型腔和冷卻洞，而且可以在一次裝夾后進行其他很多切削組合。因為工件的尺寸和重量都帶來很長的機床設置時間，運用三軸加工功能來減少設置次數(shù)能夠大幅度提高加工大型模具的能力而不影響度。并且多軸頭的設計能夠進行斜孔加工，通過把主軸傾斜到*角度就可以讓刀具更容易的接近銑削點。
多軸頭設計也讓用戶能夠運用更短的刀具。短刀具通常都會更堅硬，更，也能夠防止主軸和刀具與工作臺發(fā)生碰撞。zui后，多軸頭設計能夠運用刀刃來替代刀頭加工以改進表面拋光。
（8）切屑管理
切屑管理是加工大型模具的一個嚴重的問題。一些大型模具加工中心在臺面下有 18 個排屑孔， 為的是更可靠的接住切屑，但是這樣就忽視了工作臺位置。4 條內置鏈狀傳送帶朝著機器的前端高速傾泄碎片。機床和立柱都有罩子覆蓋著，以避免新切割好的滾燙的切屑和冷卻劑直接接觸機床的鑄鐵表面。立柱和機床以及機床下面周圍的部分都是相互隔離的，這樣就能消除由于車間溫度變化和震動而引起的鑄鐵機床的溫度變化。
如果沒有有效的切屑管理體系，大型模具機器就必然會出現(xiàn)故障或熱積累問題。
（9）高壓冷卻功能
選擇一個大型模具加工中心的zui后一個重要的特征就是高壓冷卻劑。例如，用 2+3 的方法鉆有角度的孔，需要 壓力為1000帕的冷卻劑來保證有效的切屑排放和更的切割。如果沒有高壓冷卻劑，刀具就會阻擋切屑出孔，碎片就會被多次切削。如果能夠有效的加工有角度的孔就能夠消除設置時間，也不再需要多余的機床來進行槍鉆加工，因為槍鉆用來加工帶角度的孔。
大型模具加工實例
（1）圓形、菱形和正方形
這個例子的目的就是在多重地點中展示銑削加工。用于機械制造中的零件常常被要求在不同的地點都可以實現(xiàn)加工的精度化。
在所有的機床控制器中，刀路往往會被記錄成簡單而常規(guī)的圓形（順時針方向 go2 和逆時針方向 g03 ）。這樣就使得機床可以型芯來進行高精度加工而且不受其他編程軟件的影響。這也展示了機床使用多重進給率來進行高精度加工的能力。
通常情況下機床被限制使用單一進給速率來進行精度加工。
側間隙和補償被用來使單一進給率達到zui大化，而這種進給率可能會被使用得zui普遍。這樣我們可以預見，如果使用單一的進給率來進行生產，其產生的錯誤馬上就會暴露出來。
（2）成角度的鉆孔例子
這一例子的目的就是顯示當鉆大型孔時所使用的 2 + 3 的硬度。一個標準的、成型的高速鋼鉆孔機常常被用于材料的鉆孔。
一個標準的、成型的高速鋼鉆常常被用于材料的鉆孔。對于買家來說，他們不希望他們花錢買大型硬質合金鉆刀時出任何差錯。因為這種規(guī)模的硬質合金鉆刀價格太昂貴了。
高速鉆刀不能達到硬質合金鉆刀的加工水平，但對很多生產廠家都是可以使用這種鉆刀。
（3）儀表板加工實例
這個例子是一個關于大型模具加工中心加工能力的測試。目的就是測試一次設置下使用所有的軸頭功能進行加工。這個加工要求一次設置、一臺機床。
這種情況下的零件需要在盡可能的情況下利用一臺三軸加工機床進行粗加工、半精加工和高質量精加工。顯然這有些困難。多軸加工用于要傾斜工具角度來縮短加工長度的加工領域。不使用多軸加工機床來完成全部工作的原因是設備的堅硬程度以及不具備這樣多的功能。所以這個問題很簡單，就是要使用多臺多軸加工機床來完成整個加工工作。
上面這些不同的例子以及是否有多軸加工機床的參與使得每個例子的決定因素都不相同。但是我們可以看出來，在所有案例中有一個共同的因素，那就是在使用更小直徑的時候更高的軸轉速與更簡短的加工工序的結合都是必需的。
多軸加工機床可以取代單軸加工機床來完成更復雜難度更高的加工工作。這僅僅需要花費整個加工時間的5%到10%。當零件的加工由一個三軸加工機床轉移到多軸加工機床時，零件的加工時間也會隨之大幅增加。
總結
現(xiàn)在的工藝就可以成功地加工現(xiàn)在和未來的大型模具，前提是你要知道大型模具加工中的問題和解決這些問題的機床設計特征，這樣大型模具的加工就和小型模具的加工非常相似了。
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大型模具加工問題
大型模具的尺寸和重量為加工帶來巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)常需要額外的勞動、工具、多次機床設置以及潛在的誤差。
如果選擇了合適的加工中心來加工大型模具，就可以減少其中的許多問題，同時也能夠減少裝夾次數(shù)，換刀次數(shù)和其他潛在的精度問題。
大型模具加工中zui大的花費是機床成本。能夠生產大型模具的機床都很昂貴，因此，擁有多臺這種機床（一臺用于粗加工，另一臺用于精加工）是進入這一市場的巨大障礙。但當你選擇了合適的機器，就可以在同一臺機床上同時進行粗加工和精加工，即使用同樣的機床設置也能保持性。
加工大型模具機床設計
為了回答大家普遍關注的大型機床度和機床設置問題，我們必須研究一臺大型模具加工中心必要的幾個設計特征。
（1）鑄鐵床身和帶熱處理功能的主軸
任何一臺用來加工大型部件的機床的首要設計就要有大型的鑄鐵床身和帶熱處理功能的主軸。鑄鐵仍是制作床身的zui穩(wěn)定的材料，能夠增加機床剛性和散熱性能。
至于主軸，則必須采用內部技術來冷卻與軸承摩擦帶來的熱量，以確保主軸瓦不會燒壞或者由于熱膨脹產生誤差。
這些特征都很重要因為大型模具加工需要的時間要比小型模具加工時間長，而且增加了對模具所受的應力和熱量。沒有好的機床構造，機床就會因為以上兩個因素而不能制造出高質量的模具。因此要限制機床震動和處理熱積累問題。
大多受大型模具加工通常都需要幾天時間，這意味著由于在加工的時候，外部條件會發(fā)生變化，要達到想要的度，就必須考慮到這些變化。一臺不是用來切削大型模具的機床在環(huán)境溫度為10 攝氏度的情況下機床立柱溫度會改變 6 度，也會導致軸心角平面發(fā)生 0.070毫米的變化。
（2）熱量穩(wěn)定技術
從另一個方面來說，如果應用了熱量穩(wěn)定技術，相同的環(huán)境變化只會讓機床立柱發(fā)生3 度的變化，或者使軸心角平面改變 0.030毫米 。因此，機床設計要考慮到環(huán)境熱量影響，避免外部空氣影響零件的加工。如果選擇的機床熱穩(wěn)定性能良好，就會減少零件表面加工問題，從而減少手工拋光的需要。
（3）主軸轉速
需要考慮的第二個特征就是主軸轉速。主軸轉速應該至少 20,000轉/分，金屬除去速度應該至少為 30英寸/分。例如，一臺大型模具的加工中心的橫向和切削進給速率應為 787英寸/分。
（4）精度
如果想要在同一臺機床上完成大型模具的拋光和粗加工，精度是很重要的。選擇的加工中心的定位精度和可重復精度都要同小型機床類似。
使用一臺大型模具加工中心，其定位精度為± 0.000060 英寸（± 0.0015 毫米），可重復精度為± 0.000040 英寸 （ ± 0.001 毫米） 。還需要記住的就是的螺距度也是很重要的，必須保證在 5 微米之內。
（5）反饋分辨率
為了測量加工的度，必須留意機床的反饋分辨率。以1 微米的反饋分辨率做標準，誤差是很常見的。當反饋分辨率為 0.050 微米的時候，此時的拋光是近乎的?？刂品直媛省⒐鈻欧答伔直媛屎?，細螺距的滾珠絲杠都能夠改進表面拋光。
（6）主軸
另一個需要考慮的機床設計問題就是主軸。大型模具機床的主軸應該能夠進行預先毛坯加工，半精加工和高質量精加工。作為一個基準，表面拋光的誤差應該在 2 微米左右。這種高質量精加工特征對合模沿口和生成分型線尤為重要，許多模具廠家為了彌補機床加工的誤差而不得不進行手工拋光。由于大型機器要更加昂貴，購買多臺機床來完成這三個任務是不太現(xiàn)實的。
除此之外，主軸震動和增長應該zui小來實現(xiàn)刀具壽命的zui大化，這樣才能滿足大型模具加工要求的超長銑削時間。例如，正在用大型模具加工中心加工大型儀表板模具，使用直徑為16毫米的cbn刀刃以314英寸/分的經(jīng)給速率加工，表面拋光效果為0.336微米ra，3.02 微米 rmax，你的刀具壽命應該大于30小時。在加工大型模具的時候，刀具的成本飛速增加，使用能延長刀具壽命的機床每加工一個模具能夠節(jié)省數(shù)千美元的刀具成本。
（7）可移動多軸頭
在加工模具，尤其是復雜大型模具時，可移動多軸頭是的特性。一個可變幾何形狀的軸頭設計能夠進行三軸聯(lián)動加工，能夠銑削深型腔和冷卻洞，而且可以在一次裝夾后進行其他很多切削組合。因為工件的尺寸和重量都帶來很長的機床設置時間，運用三軸加工功能來減少設置次數(shù)能夠大幅度提高加工大型模具的能力而不影響度。并且多軸頭的設計能夠進行斜孔加工，通過把主軸傾斜到*角度就可以讓刀具更容易的接近銑削點。
多軸頭設計也讓用戶能夠運用更短的刀具。短刀具通常都會更堅硬，更，也能夠防止主軸和刀具與工作臺發(fā)生碰撞。zui后，多軸頭設計能夠運用刀刃來替代刀頭加工以改進表面拋光。
（8）切屑管理
切屑管理是加工大型模具的一個嚴重的問題。一些大型模具加工中心在臺面下有 18 個排屑孔， 為的是更可靠的接住切屑，但是這樣就忽視了工作臺位置。4 條內置鏈狀傳送帶朝著機器的前端高速傾泄碎片。機床和立柱都有罩子覆蓋著，以避免新切割好的滾燙的切屑和冷卻劑直接接觸機床的鑄鐵表面。立柱和機床以及機床下面周圍的部分都是相互隔離的，這樣就能消除由于車間溫度變化和震動而引起的鑄鐵機床的溫度變化。
如果沒有有效的切屑管理體系，大型模具機器就必然會出現(xiàn)故障或熱積累問題。
（9）高壓冷卻功能
選擇一個大型模具加工中心的zui后一個重要的特征就是高壓冷卻劑。例如，用 2+3 的方法鉆有角度的孔，需要 壓力為1000帕的冷卻劑來保證有效的切屑排放和更的切割。如果沒有高壓冷卻劑，刀具就會阻擋切屑出孔，碎片就會被多次切削。如果能夠有效的加工有角度的孔就能夠消除設置時間，也不再需要多余的機床來進行槍鉆加工，因為槍鉆用來加工帶角度的孔。
大型模具加工實例
（1）圓形、菱形和正方形
這個例子的目的就是在多重地點中展示銑削加工。用于機械制造中的零件常常被要求在不同的地點都可以實現(xiàn)加工的精度化。
在所有的機床控制器中，刀路往往會被記錄成簡單而常規(guī)的圓形（順時針方向 go2 和逆時針方向 g03 ）。這樣就使得機床可以型芯來進行高精度加工而且不受其他編程軟件的影響。這也展示了機床使用多重進給率來進行高精度加工的能力。
通常情況下機床被限制使用單一進給速率來進行精度加工。
側間隙和補償被用來使單一進給率達到zui大化，而這種進給率可能會被使用得zui普遍。這樣我們可以預見，如果使用單一的進給率來進行生產，其產生的錯誤馬上就會暴露出來。
（2）成角度的鉆孔例子
這一例子的目的就是顯示當鉆大型孔時所使用的 2 + 3 的硬度。一個標準的、成型的高速鋼鉆孔機常常被用于材料的鉆孔。
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高速鉆刀不能達到硬質合金鉆刀的加工水平，但對很多生產廠家都是可以使用這種鉆刀。
（3）儀表板加工實例
這個例子是一個關于大型模具加工中心加工能力的測試。目的就是測試一次設置下使用所有的軸頭功能進行加工。這個加工要求一次設置、一臺機床。
這種情況下的零件需要在盡可能的情況下利用一臺三軸加工機床進行粗加工、半精加工和高質量精加工。顯然這有些困難。多軸加工用于要傾斜工具角度來縮短加工長度的加工領域。不使用多軸加工機床來完成全部工作的原因是設備的堅硬程度以及不具備這樣多的功能。所以這個問題很簡單，就是要使用多臺多軸加工機床來完成整個加工工作。
上面這些不同的例子以及是否有多軸加工機床的參與使得每個例子的決定因素都不相同。但是我們可以看出來，在所有案例中有一個共同的因素，那就是在使用更小直徑的時候更高的軸轉速與更簡短的加工工序的結合都是必需的。
多軸加工機床可以取代單軸加工機床來完成更復雜難度更高的加工工作。這僅僅需要花費整個加工時間的5%到10%。當零件的加工由一個三軸加工機床轉移到多軸加工機床時，零件的加工時間也會隨之大幅增加。
總結
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