在過去的幾年里，世界范圍內(nèi)的模具制造業(yè)都得到了飛速的發(fā)展洗筛。數(shù)控機(jī)床和刀具技術(shù)的進(jìn)步極大地提高了模具制造的速度和精度综姜，這樣的結(jié)果是10年以前所無法想象的。今天出募，CAD/CAM已經(jīng)普及涌俘，高速加工也已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并已成為模具制造的必備技術(shù)之一蒂扇。

近年昔永，模具制造業(yè)發(fā)生了以下變化：

1．1990年，模具的一般交貨周期是24個月喝暂，5年后則要求少于12個月的交貨期缺钓，而今天則要求9個月甚至6個月的交貨周期。

2．模具的形狀更加復(fù)雜叫胁，尺寸更大凰慈，質(zhì)量更重汞幢。大的模具可以達(dá)到5500mm×3000mm，重量35t微谓。

3．模具的設(shè)計全部采用CAD設(shè)計森篷，模具的型面全部為數(shù)學(xué)模型，模具的形狀的檢測要求與數(shù)學(xué)模型吻合豺型，意味著必須用數(shù)控機(jī)床保證型面的幾何精度疾宏，手工打磨必須避免或極大程度的減小。

4．實型鑄造技術(shù)已廣泛應(yīng)用触创，模具的制造商提供準(zhǔn)確的3D鑄造模型坎藐，由專業(yè)的鑄造廠完成精密鑄造，使得鑄造毛坯的精度越來越高哼绑，意味極大程度地減小了粗加工的余量岩馍。

5．刀具技術(shù)的進(jìn)步使得刀具的切削速度提高，模具加工的切削線速度可以達(dá)到300～1200m/min抖韩。

6．機(jī)床浇沧、電主軸、刀具豹炊、計算機(jī)等方面的技術(shù)進(jìn)步以及編程工具的日益強(qiáng)大為10年來高速加工的廣泛應(yīng)用積累了大量的經(jīng)驗坏扣，10000～20000r/min轉(zhuǎn)速下的高速加工已經(jīng)成為模具制造必備的技術(shù)。

JOBS提供了新的形勢下模具加工的新的方案遂报，這種方案建立在JOBS 20余年的五軸高速機(jī)床的制造和經(jīng)驗则徒，為大量模具制造用戶提供整體的解決問題方案以及高可靠性和高質(zhì)量的JOBS高速加工機(jī)床的基礎(chǔ)上。

BUSS主軸自動更換系統(tǒng)

在大眾-斯克達(dá)工廠運轉(zhuǎn)著世界先進(jìn)的模具加工柔性制造系統(tǒng)（圖1）瞳弱，那是高效模具加工設(shè)備的一個典型的示例冠幕，也是BUSS系統(tǒng)最成功的案例之一。

該柔性系統(tǒng)由兩臺JOMACH245/BUSS組成纽债，每個機(jī)床帶有16-HSK63+16-ISO50刀庫雇蚁，每臺設(shè)備帶有6個附具頭，帶有6個托盤的柔性托盤把兩個機(jī)床連接起來倚痰。高效的加工來源于JOBS公司獨有的BUSS主軸更換系統(tǒng)讥高，它由可以自動更換的多個主軸頭組成。

剛性非常好的3軸頭具有45kW的切削功率系谐，用于2D的粗加工巾陕，可以使用φ160mm的面銑刀，90°銑頭可加工模具的側(cè)面蔚鸥。強(qiáng)力的五軸頭同樣具有45kW惜论，可以使用φ52mm的平頭刀對于3D的型面做粗加工，它還可以用于加工各種空間位置的孔系。然后利用25kW馆类、16000r/min的高速五軸頭對模具進(jìn)行半精加工和精加工混聊，對于模具的外部采用25或20mm的球頭刀，內(nèi)側(cè)用10mm的球頭刀進(jìn)行半精加工乾巧。在做精加工時刀具的切深小于0.3步距小于 0.5mm句喜，平均進(jìn)給速度可以達(dá)到12m/min，模具表面的殘余高度小于0.01mm沟于。250mm直徑的加長桿用于深腔部位的加工咳胃，避免了加長刀桿帶來的震動，250mm的90°加長銑頭用于加工導(dǎo)向槽的側(cè)面旷太，可以保證導(dǎo)向槽的精度展懈。由于采用了交換托盤，機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)動時間大大提高祟勿，可以達(dá)到6000h/年停柬。

當(dāng)然，并非所有的工廠都會投資如此先進(jìn)的柔性制造系統(tǒng)耀旅。選擇配有BUSS系統(tǒng)的單一設(shè)備（如JOMACH243BUSS或JOMACH245BUSS）也是一個非常好的選擇盯糠，這樣同樣可以在一次裝卡完成從粗加工到精加工的全部工序。如果將機(jī)床的床身加長一倍傅女，可以在一側(cè)加工洁揽，另一側(cè)裝卡，同樣可以提高主軸的運行效率原酷。目前杉轿，世界上已經(jīng)運行著十幾套這樣的機(jī)床了。

JIMS高效高速加工系統(tǒng)

JIMS是JOBS公司推出的另一套高效高速加工方案（圖2学虑、圖3 ）段辈，它是電主軸的更換系統(tǒng)唆海，它可以半自動更換38kW欲炉、200Nm、6000r/min的主軸赞季，31kW愧捕、125Nm、10000r/min的主軸申钩，40kW次绘、55Nm、18000r/min的主軸撒遣。建立在粗加工分開的加工概念基礎(chǔ)之上邮偎，JIMS解決方案是模具型面加工的全部方案。與一般的單主軸高速加工機(jī)床相比，JIMS有以下特點：

圖3 JIMS高速加工中心

1．切削能力

高速加工使用的主軸一般為電主軸轉(zhuǎn)速為15000r/min以上禾进，功率不小于15kW豁跑，其軸承為陶瓷軸承，直徑也很小泻云，不宜于承受低速重載艇拍，因此選用的加工速度一般在10000r/min附近，刀具直徑小于20mm宠纯，精加工的切削量在0.5mm以內(nèi)卸夕，這實際上解決的是零件表面的拋光。對于具有較大余量的型面的粗加工（指刀具直徑30mm以上脏猴，切深5mm以上）的和半精加工（切深5mm以內(nèi)）讨拷，一般達(dá)不到高效率加工，即便高速頭具有足夠的動力处鲜，但是考慮到加工可能帶來震動會影響陶瓷軸承的壽命姨痊，一般也不推薦使用。JIMS系統(tǒng)中可以選用6000r/min（普通軸承）和18000r/min的兩種電主軸笆赤，它們覆蓋了1800～18000r/min的全部的加工范圍购狈，可以勝任所有3D型面的粗加工、半精加工和精加工粮唯。

2． 刀具問題

理論上講杂猾，可以利用高速機(jī)床的小吃刀、快走刀的方式解決型面的粗加工和半精加工浇找，但這種方法必然會使刀具軌跡的長度加長签子。高速加工刀具一般采用整體硬合金的球頭刀，為了提高刀具的壽命搭为，在表面用TiAlN涂層缺西，刀刃不能重磨，刀具和刀柄的精度要求很高以適應(yīng)高速加工平衡的要求馒胆。刀具比較昂貴缨称，而且壽命有限。JIMS系統(tǒng)中的低速頭完全可以使用普通的國產(chǎn)刀具祝迂，只在高速加工時才使用價格昂貴的高速刀具睦尽，提高了高速機(jī)床的加工效率同時也降低了加工成本。

3． 零件的表面預(yù)處理

模具在進(jìn)入高速加工之前型雳，零件表面的處理的情況是影響高速效果的非常重要的因素当凡。一般要求模具型面上留有較為均勻的余量，避免在高速加工刀具突然切入引起震動影響刀具和主軸的壽命纠俭。這就要求在粗加工的過程中就考慮到型面的變化沿量，并提高對粗加工的要求，增加了粗加工的時間。JIMS提供的6000r/min的主軸可以對零件的表面做很好的預(yù)處理朴则，使得模具在進(jìn)入最后的精加工階段留有非常均勻的余量眷射，可以極大地提高模具最終的加工精度并可以高刀具和主軸的壽命。

4． 粗佛掖、精加工生產(chǎn)的協(xié)調(diào)

模具制造廠在購買高速加工設(shè)備時會經(jīng)常遇到粗只逐、精加工設(shè)備的匹配問題。國內(nèi)很多工程師認(rèn)為一臺高速加工機(jī)床至少可以和兩臺至三臺粗加工機(jī)床匹配虚蹋，而國外的很多工程師則認(rèn)為應(yīng)該為1：1的配置荞亩。不同的結(jié)論來自于不同的應(yīng)用水平，同時和刀具抄娜、模具的材料及毛坯的質(zhì)量有關(guān)驾腕，即使同一個工廠對不同的模具也有不同的最佳匹配效果。JIMS系統(tǒng)的6000r/min的主軸為生產(chǎn)的匹配提供了最佳的柔性砂彻。由于6000r/min的主軸有很強(qiáng)的加工能力它對于型面的加工速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的粗加工機(jī)床陷今，用戶可以適當(dāng)提高精加工機(jī)床的比例，提前將模具放到高速機(jī)床上處理利用搪狗，可以極大限度的提高高速機(jī)床的利用率吻毅。

5． 強(qiáng)力和高速五軸技術(shù)的應(yīng)用

JIMS系統(tǒng)提供了強(qiáng)力和高速兩個五軸頭，它使得在半精加工時就可以利用五軸的編程技術(shù)跛究，可以保證最終五軸高速加工的余量和精度妆墩。在很多情況下采用五軸加工技術(shù)可以應(yīng)用平面刀具，加大切削寬度重虑，提高表面光潔度践付，提高切削效率。在后面的一個零件加工過程的分析中可以看到五軸加工技術(shù)的應(yīng)用效果缺厉。

一個零件的初步加工

在這個分析中永高，我們加工的零件（圖4）材料為鑄鐵，局部的加工余量為（4～5mm）提针，裝卡部位無加工干涉命爬。我們推薦的加工方式如下：

圖4 一個零件的五軸加工

□ 大面積的低曲率平滑表面的半精加工采用(63R6的平面圓角刀（toric cutter），留下最大0.3mm的余量（這個加工過程為五軸聯(lián)動）关贵。

□ 狹窄面積的低曲率部位（如側(cè)肋）的半精加工采用(24R6的平面圓角刀（toric cutter）遇骑，留下最大0.2mm的余量（這個加工過程為五軸聯(lián)動）。

□ 圓角部位的半精加工用(16R8的球頭刀揖曾，留下最大0.1mm的余量。

□ 大面積的低曲率平滑表面的精加工采用(63R6的平面圓角刀（toric cutter）亥啦，這個加工過程為五軸聯(lián)動炭剪。

□ 狹窄面積的低曲率部位（如側(cè)肋）的精加工采用(24R6的平面圓角刀（toric cutter），這個加工過程也為五軸聯(lián)動。

□ 圓角部位的精加工用(16R8的球頭刀奴拦，這個加工過程采用“3+2軸”颖倾，這種方法能夠加工到難加工的部位（因而可以減小刀具的長度），使刀具傾斜于加工表面可以增加切削的線速度天库，進(jìn)而提高表面的加工質(zhì)量才褂。

□ 凸工件的半精加工采用全五軸聯(lián)動刀具和表面的法線成約5°傾角用多刃平頭圓角刀，對于球頭刀采用3+2的加工方式都泥。

□ 凹工件的半精加工采用與部件方向平行的方式加工详贿，刀具傾角約為20°，加工方式為3+2軸岗蚪。

□ 精加工和超精加工時采用與部件的方向成 45°角的加工方式权惊，刀具的傾角為30°，編程方式為3+2汰材。

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