現(xiàn)在市場(chǎng)對(duì)外觀質(zhì)量好的大型模具的需求量迅速增長(zhǎng)。從純平電視到汽車(chē)儀表板，設(shè)計(jì)者們正在把模具越做越大，越做越復(fù)雜?？紤]到這個(gè)現(xiàn)實(shí)情況，大型模具加工就為很多模具廠提供了參與競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)遇。
那么，為什么大家不都來(lái)生產(chǎn)大型模具呢?這是因?yàn)橐脒M(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)會(huì)遇到很多障礙，zui重要的一點(diǎn)就是大型模具的加工非常困難這個(gè)先入為主的觀念。原來(lái)的技術(shù)加工大型模具有循環(huán)周期長(zhǎng)、進(jìn)給速率慢、裝夾次數(shù)多和長(zhǎng)時(shí)間的手工拋光等困難。然而，高性能加工技術(shù)卻使得大型模具加工更加類(lèi)似于小型模具加工。隨著新技術(shù)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(wèn)題
大型模具的尺寸和重量為加工帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。經(jīng)常需要額外的勞動(dòng)、工具、多次機(jī)床設(shè)置以及潛在的誤差。
如果選擇了合適的加工中心來(lái)加工大型模具，就可以減少其中的許多問(wèn)題，同時(shí)也能夠減少裝夾次數(shù)，換刀次數(shù)和其他潛在的精度問(wèn)題。
大型模具加工中zui大的花費(fèi)是機(jī)床成本。能夠生產(chǎn)大型模具的機(jī)床都很昂貴，因此，擁有多臺(tái)這種機(jī)床（一臺(tái)用于粗加工，另一臺(tái)用于精加工）是進(jìn)入這一市場(chǎng)的巨大障礙。但當(dāng)你選擇了合適的機(jī)器，就可以在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)進(jìn)行粗加工和精加工，即使用同樣的機(jī)床設(shè)置也能保持性。
加工大型模具機(jī)床設(shè)計(jì)
為了回答大家普遍關(guān)注的大型機(jī)床度和機(jī)床設(shè)置問(wèn)題，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)特征。
（1）鑄鐵床身和帶熱處理功能的主軸
任何一臺(tái)用來(lái)加工大型部件的機(jī)床的首要設(shè)計(jì)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(jī)床剛性和散熱性能。
至于主軸，則必須采用內(nèi)部技術(shù)來(lái)冷卻與軸承摩擦帶來(lái)的熱量，以確保主軸瓦不會(huì)燒壞或者由于熱膨脹產(chǎn)生誤差。
這些特征都很重要因?yàn)榇笮湍＞呒庸ば枰臅r(shí)間要比小型模具加工時(shí)間長(zhǎng)，而且增加了對(duì)模具所受的應(yīng)力和熱量。沒(méi)有好的機(jī)床構(gòu)造，機(jī)床就會(huì)因?yàn)橐陨蟽蓚€(gè)因素而不能制造出高質(zhì)量的模具。因此要限制機(jī)床震動(dòng)和處理熱積累問(wèn)題。
大多受大型模具加工通常都需要幾天時(shí)間，這意味著由于在加工的時(shí)候，外部條件會(huì)發(fā)生變化，要達(dá)到想要的度，就必須考慮到這些變化。一臺(tái)不是用來(lái)切削大型模具的機(jī)床在環(huán)境溫度為10 攝氏度的情況下機(jī)床立柱溫度會(huì)改變 6 度，也會(huì)導(dǎo)致軸心角平面發(fā)生 0.070毫米的變化。
（2）熱量穩(wěn)定技術(shù)
從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，如果應(yīng)用了熱量穩(wěn)定技術(shù)，相同的環(huán)境變化只會(huì)讓機(jī)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(jī)床設(shè)計(jì)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(jī)床熱穩(wěn)定性能良好，就會(huì)減少零件表面加工問(wèn)題，從而減少手工拋光的需要。
（3）主軸轉(zhuǎn)速
需要考慮的第二個(gè)特征就是主軸轉(zhuǎn)速。主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)該至少 20,000轉(zhuǎn)/分，金屬除去速度應(yīng)該至少為 30英寸/分。例如，一臺(tái)大型模具的加工中心的橫向和切削進(jìn)給速率應(yīng)為 787英寸/分。
（4）精度
如果想要在同一臺(tái)機(jī)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(fù)精度都要同小型機(jī)床類(lèi)似。
使用一臺(tái)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(fù)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(nèi)。
（5）反饋分辨率
為了測(cè)量加工的度，必須留意機(jī)床的反饋分辨率。以1 微米的反饋分辨率做標(biāo)準(zhǔn)，誤差是很常見(jiàn)的。當(dāng)反饋分辨率為 0.050 微米的時(shí)候，此時(shí)的拋光是近乎的?？刂品直媛?、光柵反饋分辨率和，細(xì)螺距的滾珠絲杠都能夠改進(jìn)表面拋光。
（6）主軸
另一個(gè)需要考慮的機(jī)床設(shè)計(jì)問(wèn)題就是主軸。大型模具機(jī)床的主軸應(yīng)該能夠進(jìn)行預(yù)先毛坯加工，半精加工和高質(zhì)量精加工。作為一個(gè)基準(zhǔn)，表面拋光的誤差應(yīng)該在 2 微米左右。這種高質(zhì)量精加工特征對(duì)合模沿口和生成分型線尤為重要，許多模具廠家為了彌補(bǔ)機(jī)床加工的誤差而不得不進(jìn)行手工拋光。由于大型機(jī)器要更加昂貴，購(gòu)買(mǎi)多臺(tái)機(jī)床來(lái)完成這三個(gè)任務(wù)是不太現(xiàn)實(shí)的。
除此之外，主軸震動(dòng)和增長(zhǎng)應(yīng)該zui小來(lái)實(shí)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(zhǎng)銑削時(shí)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(yīng)該大于30小時(shí)。在加工大型模具的時(shí)候，刀具的成本飛速增加，使用能延長(zhǎng)刀具壽命的機(jī)床每加工一個(gè)模具能夠節(jié)省數(shù)千美元的刀具成本。
（7）可移動(dòng)多軸頭
在加工模具，尤其是復(fù)雜大型模具時(shí)，可移動(dòng)多軸頭是的特性。一個(gè)可變幾何形狀的軸頭設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行三軸聯(lián)動(dòng)加工，能夠銑削深型腔和冷卻洞，而且可以在一次裝夾后進(jìn)行其他很多切削組合。因?yàn)楣ぜ某叽绾椭亓慷紟?lái)很長(zhǎng)的機(jī)床設(shè)置時(shí)間，運(yùn)用三軸加工功能來(lái)減少設(shè)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(shè)計(jì)能夠進(jìn)行斜孔加工，通過(guò)把主軸傾斜到*角度就可以讓刀具更容易的接近銑削點(diǎn)。
多軸頭設(shè)計(jì)也讓用戶(hù)能夠運(yùn)用更短的刀具。短刀具通常都會(huì)更堅(jiān)硬，更，也能夠防止主軸和刀具與工作臺(tái)發(fā)生碰撞。zui后，多軸頭設(shè)計(jì)能夠運(yùn)用刀刃來(lái)替代刀頭加工以改進(jìn)表面拋光。
（8）切屑管理
切屑管理是加工大型模具的一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。一些大型模具加工中心在臺(tái)面下有 18 個(gè)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(tái)位置。4 條內(nèi)置鏈狀傳送帶朝著機(jī)器的前端高速傾泄碎片。機(jī)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(jī)床的鑄鐵表面。立柱和機(jī)床以及機(jī)床下面周?chē)牟糠侄际窍嗷ジ綦x的，這樣就能消除由于車(chē)間溫度變化和震動(dòng)而引起的鑄鐵機(jī)床的溫度變化。
如果沒(méi)有有效的切屑管理體系，大型模具機(jī)器就必然會(huì)出現(xiàn)故障或熱積累問(wèn)題。
（9）高壓冷卻功能
選擇一個(gè)大型模具加工中心的zui后一個(gè)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(lái)保證有效的切屑排放和更的切割。如果沒(méi)有高壓冷卻劑，刀具就會(huì)阻擋切屑出孔，碎片就會(huì)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(shè)置時(shí)間，也不再需要多余的機(jī)床來(lái)進(jìn)行槍鉆加工，因?yàn)闃屻@用來(lái)加工帶角度的孔。
大型模具加工實(shí)例
（1）圓形、菱形和正方形
這個(gè)例子的目的就是在多重地點(diǎn)中展示銑削加工。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。
在所有的機(jī)床控制器中，刀路往往會(huì)被記錄成簡(jiǎn)單而常規(guī)的圓形（順時(shí)針?lè)较?go2 和逆時(shí)針?lè)较?g03 ）。這樣就使得機(jī)床可以型芯來(lái)進(jìn)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(jī)床使用多重進(jìn)給率來(lái)進(jìn)行高精度加工的能力。
通常情況下機(jī)床被限制使用單一進(jìn)給速率來(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zui大化，而這種進(jìn)給率可能會(huì)被使用得zui普遍。這樣我們可以預(yù)見(jiàn)，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。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、成型的高速鋼鉆常常被用于材料的鉆孔。對(duì)于買(mǎi)家來(lái)說(shuō)，他們不希望他們花錢(qián)買(mǎi)大型硬質(zhì)合金鉆刀時(shí)出任何差錯(cuò)。因?yàn)檫@種規(guī)模的硬質(zhì)合金鉆刀價(jià)格太昂貴了。
高速鉆刀不能達(dá)到硬質(zhì)合金鉆刀的加工水平，但對(duì)很多生產(chǎn)廠家都是可以使用這種鉆刀。
（3）儀表板加工實(shí)例
這個(gè)例子是一個(gè)關(guān)于大型模具加工中心加工能力的測(cè)試。目的就是測(cè)試一次設(shè)置下使用所有的軸頭功能進(jìn)行加工。這個(gè)加工要求一次設(shè)置、一臺(tái)機(jī)床。
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)行粗加工、半精加工和高質(zhì)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(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(wèn)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)候更高的軸轉(zhuǎn)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)床可以取代單軸加工機(jī)床來(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)加工時(shí)間的5%到10%。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)間也會(huì)隨之大幅增加。
總結(jié)
現(xiàn)在的工藝就可以成功地加工現(xiàn)在和未來(lái)的大型模具，前提是你要知道大型模具加工中的問(wèn)題和解決這些問(wèn)題的機(jī)床設(shè)計(jì)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。