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摘 要： 當(dāng)今社會(huì)，大型模具的需求量迅速增長(zhǎng)，從純平電視機(jī)到汽車的儀表板，設(shè)計(jì)者一直在推進(jìn)模具的尺寸和復(fù)雜性。鑒于這個(gè)事實(shí)以及巨大的市場(chǎng)需求，許多工廠都在大型模具加工這一領(lǐng)域?qū)で笕蚋?jìng)爭(zhēng)的良機(jī)。那么，為什么不是每個(gè)廠家都生產(chǎn)大型模具呢？這是因?yàn)槠渲杏泻芏鄿?zhǔn)入的障礙，重要的一點(diǎn)就是大型模具的加工非常困難。原有的技術(shù)導(dǎo)致了循環(huán)周期長(zhǎng)，進(jìn)步速率緩慢以及長(zhǎng)時(shí)間的手工拋光。然而，高性能的加工技術(shù)卻能夠使得大型模具加工和小型模具加工變得更加相似。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，關(guān)于大型模具的加工問題的解決方案也將隨之出現(xiàn)了。
1 大型模具的問題
處理大型模具的尺寸和重量是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。這意味著經(jīng)常要付出額外的勞動(dòng)、對(duì)專用工具的需求、多樣的設(shè)備以及潛在的誤差。如果選擇合適的加工中心來(lái)生產(chǎn)大型模具，許多問題就可以減輕或者避免，同時(shí)也能夠簡(jiǎn)化設(shè)備，完全轉(zhuǎn)變潛在的精確性問題。
生產(chǎn)大型模具大的花費(fèi)是機(jī)械成本。能夠生產(chǎn)大型模具的機(jī)器都非常昂貴，因此，擁有多功能的機(jī)器是進(jìn)入這一市場(chǎng)的首要條件，例如，加工毛坯和拋光。一旦選擇了合適的機(jī)器，即使在同一臺(tái)設(shè)備上，也能夠進(jìn)行毛坯加工和拋光，且保持精確性。
2 大型模具的機(jī)器設(shè)計(jì)
為了計(jì)量普遍的精確度和關(guān)注大型機(jī)器，我們必須研究一臺(tái)大型模具加工中心必要的幾個(gè)設(shè)計(jì)特性。
（1）鋼鐵鑄件和能夠處理熱量的心軸
任何一臺(tái)用來(lái)打磨大型部件的機(jī)器首要的設(shè)計(jì)就是大型的鋼鐵鑄件和一根能夠處理熱量的心軸。在機(jī)器成型、增強(qiáng)硬度和降低熱量等方面，鋼鐵鑄件仍然是穩(wěn)定的材料。
至于心軸，則必須采用內(nèi)部技術(shù)來(lái)進(jìn)行冷卻，以確保心軸不會(huì)自燃或者由于高溫產(chǎn)生誤差。
為了使大型模具的表面達(dá)到好的質(zhì)量要求，需要一臺(tái)機(jī)器和工具來(lái)大幅度減少二次放電加工和手工拋光的時(shí)間。加工大型模具通常都需要幾天的時(shí)間，由于在加工的時(shí)候，外部條件會(huì)發(fā)生變化，要達(dá)到必要的精確度，就必須考慮到這些變化。一臺(tái)不是用來(lái)切割大型模具的機(jī)器在室溫10攝氏度的情況下會(huì)改變6度機(jī)器圓柱的溫度，也會(huì)導(dǎo)致軸心角平面發(fā)生0.070mm的改變。
（2）熱量穩(wěn)定技術(shù)
從另一個(gè)方面來(lái)說，如果應(yīng)用了熱量穩(wěn)定技術(shù)，相同的環(huán)境變化會(huì)導(dǎo)致3度柱體的溫度變化，或者軸心角平面改變0.030mm。然而，機(jī)器的設(shè)計(jì)以包括了環(huán)境熱量影響，避免外部空氣影響部件的加工。如果選擇的機(jī)器是熱量恒定的，就會(huì)減少配料混合的難題，從而減少手工拋光的需要。
（3）速度
需要考慮的第二個(gè)特性就是速度。軸心的轉(zhuǎn)速應(yīng)該至少20,000 rpm，金屬更新的速度應(yīng)該至少為30 ipm.。例如，一臺(tái)大型模具的加工中心的切割速率應(yīng)為787 ipm。
（4）精確度
如果想要在同一臺(tái)機(jī)器上完成大型模具的拋光和毛坯加工，精確度是很重要的。選擇的加工中心必須能夠進(jìn)行類似的精確定位和小型機(jī)器的可重復(fù)性。
使用一臺(tái)大型模具加工中心，其精確定位為±0.000060英寸（±0.0015 mm），可重復(fù)性為± 0.000040 英寸 (±0.001 mm)。還需要提及的一點(diǎn)是， 的精確度也是很重要的，必須保證在5微米之內(nèi)。
（5）回饋反映
為了測(cè)量加工的精確度，必須清楚的意識(shí)到機(jī)器的反饋。標(biāo)準(zhǔn)為1微米的反饋是很常見的。當(dāng)反饋為0.050微米的時(shí)候，此時(shí)的拋光是近乎完美無(wú)瑕的�？刂坪鸵�(guī)定反饋，細(xì)分螺釘都能夠改進(jìn)表面拋光。
（6）軸心
另一個(gè)需要考慮的問題就是機(jī)器的軸心。大型模具機(jī)器的軸心應(yīng)該能夠預(yù)先進(jìn)行毛坯加工，半拋光和高質(zhì)量拋光。作為一個(gè)基準(zhǔn)，表面拋光的誤差應(yīng)該在2微米左右。這種細(xì)小的拋光特性在切斷和劃分直線的時(shí)候尤為重要，許多模具廠家為了彌補(bǔ)工具的誤差而不得不進(jìn)行手工拋光。由于大型機(jī)器要更加昂貴，購(gòu)買能夠完成這三個(gè)任務(wù)的多用機(jī)器是不太現(xiàn)實(shí)的。
可變幾何形狀臥式機(jī)器，可用于2+3加工大型的復(fù)雜模具。具有極高的精確度和免鉗表面拋光。
除此之外，軸心還應(yīng)該以小的震動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工具壽命的大化。例如，用一臺(tái)大型模具加工中心加工招牌，必須能夠有30多個(gè)小時(shí)的壽命和一個(gè)速率為314 ipm 的16mm CBN 插入式拋光工具，這樣才能達(dá)到表面拋光0.336 micron Ra, 3.02 micron Rmax。在加工大型模具的時(shí)候，工具的成本飛速增加，從工具成本上來(lái)看，每加工一個(gè)模具，能夠使得工具壽命大化的機(jī)器能夠節(jié)省數(shù)千美元。
（7）可移動(dòng)的，多軸頭
加工模具，尤其是復(fù)雜的大型模具，能夠移動(dòng)軸頭，多軸是好的特性。一個(gè)可變幾何形狀的頂部設(shè)計(jì)能夠同時(shí)進(jìn)行三軸加工，能夠深度打磨模具的孔和冷卻洞，同時(shí)也能在同一個(gè)設(shè)備上進(jìn)行其他的組合切割。因?yàn)楣ぜ某叽绾椭亓慷嫁D(zhuǎn)化為很長(zhǎng)的設(shè)備時(shí)間，運(yùn)用三軸來(lái)減少設(shè)備能夠大幅度提高廠家加工大型模具的能力而不影響精確度。并且多頭的設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行斜孔加工，軸頭可以被傾斜到一個(gè)恰到好處的角度以便讓銑削點(diǎn)更好的進(jìn)入。
多軸設(shè)計(jì)也能夠運(yùn)用更短小的工具。短小的工具通常都會(huì)更堅(jiān)硬，更精確，也能夠防止軸心和工具粘著在工作臺(tái)上。后，多軸的設(shè)計(jì)能夠運(yùn)用半徑邊緣來(lái)替代工具的頂端來(lái)改進(jìn)表面拋光。
（8）碎片管理
碎片管理是加工大型模具的一個(gè)嚴(yán)重的問題。一些大型模具的加工中心在臺(tái)面下有18個(gè)孔來(lái)接收這些碎片，4條內(nèi)置的鏈狀傳送帶朝著機(jī)器的前端高速傾泄碎片。機(jī)床和柱體都有罩子覆蓋著，以避免新切割好的滾燙的碎片和冷卻劑直接接觸到鋼鐵鑄件的表面。柱體和機(jī)床以及機(jī)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而引起的鋼鐵鑄件結(jié)構(gòu)的溫度變化。
如果沒有有效的碎片管理體系，大型模具機(jī)器就必然會(huì)出現(xiàn)故障或?qū)е聼崃繂栴}。
高壓冷卻劑
選擇一個(gè)大型模具加工中心后一個(gè)重要的特性就是高壓冷卻劑。例如，用2+3的方法鉆有角度的孔，需要1000psi的冷卻劑來(lái)保證有效的碎片排放和更精確的切割。如果沒有高壓冷卻劑，工具就會(huì)阻擋碎片出孔，碎片就會(huì)再被切割一次。如果能夠有效的加工有角度的孔就能夠消除裝備時(shí)間，也不再需要多余的機(jī)械來(lái)鉆洞。
3 大型模具的例子
（1）形狀的例子
這個(gè)例子的目的就是在多重地點(diǎn)中展示機(jī)械切削的簡(jiǎn)單的幾何原理。用于機(jī)械制造中的零件常常被要求在不同的地點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)加工的精度化。
在普通的加工控制中，刀路往往會(huì)被保持成簡(jiǎn)單而常規(guī)的圓形（順時(shí)針方向GO2 和逆時(shí)針方向G03）。這樣就使得機(jī)械可以圍繞核心來(lái)進(jìn)行高精度工作而且不受其他操作軟件的影響。這也是機(jī)械使用多重進(jìn)給率來(lái)進(jìn)行精度機(jī)械加工的案例展示。
很典型地，機(jī)械設(shè)備常常被局限于單一進(jìn)給率來(lái)進(jìn)行精度加工。側(cè)間隙和補(bǔ)償被用來(lái)使單一進(jìn)給率達(dá)到大化，而這種進(jìn)給率可能會(huì)被使用得普遍。這樣我們可以預(yù)見，如果使用單一的進(jìn)給率來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，其產(chǎn)生的錯(cuò)誤馬上就會(huì)暴露出來(lái)。
（2）成角度的鉆孔例子
這一例子的目的就是顯示當(dāng)鉆大型孔時(shí)所使用的2＋3的硬度。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、成型的高速鋼鉆孔機(jī)常常被用于材料的鉆孔。對(duì)于買家來(lái)說，他們不希望他們花錢買大型碳化鉆孔機(jī)時(shí)出任何差錯(cuò)。因?yàn)檫@種規(guī)模炭化鉆孔機(jī)價(jià)格太昂貴了。
高速鉆孔機(jī)不能達(dá)到炭化鉆孔機(jī)的加工水平，但對(duì)大多數(shù)生產(chǎn)廠家來(lái)說還是可以使用的。它可以用于大型鉆孔的標(biāo)準(zhǔn)加工。
（3）合作加工的例子
這個(gè)例子是一個(gè)關(guān)于大型模具加工中心工作能力的測(cè)試。測(cè)試的目的就是通過一步的設(shè)定在動(dòng)用所有能力的情況下來(lái)加工出一個(gè)大型的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)加工要求一步設(shè)置、一臺(tái)設(shè)置。
這種情況下的零件需要在盡可能的情況下利用一臺(tái)三軸加工機(jī)床進(jìn)行毛坯加工、半拋光和高質(zhì)量拋光。顯然這有些困難。多軸加工用于要傾斜工具角度來(lái)縮短加工長(zhǎng)度的加工領(lǐng)域。不使用多軸加工機(jī)床來(lái)完成全部工作的原因是設(shè)備的堅(jiān)硬程度以及不具備這樣多的功能。所以這個(gè)問題很簡(jiǎn)單，就是要使用多臺(tái)多軸加工機(jī)床來(lái)完成整個(gè)加工工作。
上面這些不同的例子以及是否有多軸加工機(jī)床的參與使得每個(gè)例子的決定因素都不相同。但是我們可以看出來(lái)，在所有案例中有一個(gè)共同的因素，那就是在使用更小直徑的時(shí)候更高的軸心速與更簡(jiǎn)短的加工工序的結(jié)合都是必需的。
多軸加工機(jī)械可以取代單一的機(jī)械加工機(jī)械來(lái)完成更復(fù)雜難度更高的加工工作。
這僅僅需要花費(fèi)整個(gè)加工中的5％到10％的加工時(shí)間。
當(dāng)零件的加工由一個(gè)三軸加工機(jī)床轉(zhuǎn)移到多軸加工機(jī)床時(shí)，零件的加工時(shí)間也隨之增加了。
評(píng)：新技術(shù)的出現(xiàn)為大型模具的加工提供了很好的解決方案，在實(shí)際的生產(chǎn)操作中，只要您心中始終考慮著大型模具的加工問題以及本文所為您介紹的有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)要點(diǎn)，那么大型模具和小型模具的加工將越來(lái)越相似，越來(lái)越簡(jiǎn)單。
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