如何优化模具精加工

传统上，球鼻立铣刀是加工光滑表面的首选。然而，它们的局限性也日益明显，尤其是在大面积表面精加工方面。球头立铣刀的步距较小，通常在刀具直径的3-5%之间，因此材料接触有限。这就需要更多的切削次数才能达到最佳的表面光洁度，从而导致切削工具应力过大和磨损。由于需要增加切削次数，步距长度的减少也会增加制造周期。

通过在立铣刀上只绘制圆的一部分（圆弧），一种新的立铣刀设计——圆弧或鼓形应运而生。这种设计具有独特的形状和较大的切削半径，可实现更广泛的步进，切削更宽的材料。结果如何？刀具路径更少，刀具寿命最长，效率更高，最重要的是，生产周期最短。

大径向跨距是圆弧或鼓形立铣刀设计的主要特点，与标准球鼻铣刀相比，它能产生更大的切削力。这是因为切削刃的半径较大。与传统球磨机相比，大半径模拟球鼻立铣刀的切削直径为12-3000mm，甚至更大。

圆弧或鼓形立铣刀的设计最大限度地减少了切削工具受热变形造成的公差偏差，并使机床的轴向偏差趋于平稳。这些立铣刀还能在五轴加工中以更少的切削次数去除更多的材料，从而使加工周期缩短80%以上，表面光洁度提高50%。

实际应用中的圆段技术
下面是一个实际的模具制造应用案例，展示了使用圆段立铣刀的实际优势。一家汽车塑料注塑商在采用五轴加工完成复杂模具时，使用圆弧形立铣刀大大提高了生产率。圆弧形立铣刀是一种多功能切削工具，可加工难以触及的区域，如底面、壁面、自由曲面和圆角。

该公司生产的大多数模具都相当大，有时长达10英尺，宽约5英尺，如汽车保险杠。不过，尺寸也各不相同，可能包括杯架、换挡杆、仪表板、发动机舱和许多其他部件。

一般来说，模具材料是硬度为32/34 HRC的P-20工具钢。模具有多个表面，需要在内外两半模具上铣出高度锥度、弧度、轮廓和角度。模具还包括限制进入的深升降器袋，通过将塑料零件从模具中提升出来来执行脱模操作。然后由机械手抓取并将部件转移到下一个操作环节。

由于模具轮廓的原因，不能使用扁平的方形立铣刀，因此以前使用的是带半径的球头铣刀。但是，球头铣刀每次切割的材料量有限，因为球头的接触面非常小，需要多次切割，导致加工时间延长。

而使用圆弧形铣刀时，有效切削半径要大得多。例如，球头和圆段都是12mm，但球头的半径为6mm，而圆弧形立铣刀的切削半径为250mm。

一位程序员立即意识到了圆弧形切削刀具的优势。为了确保最佳的加工刚性，使用了收缩配合刀柄。这种组合为必要的接近提供了充足的空间，特别是在加工较大的模具时。

模具制造商对表面光洁度非常满意，与使用以前的球头铣刀相比，现在完成光洁度加工的平均时间缩短了约80%。此外，自从改用圆弧形技术后，刀具寿命延长了一倍，总体加工成本降低了70%，即每年可节省50000多美元。

圆弧形立铣刀与其他类型的立铣刀配合使用，可以切削模具的特定特征。然而，与传统技术和切削工具相比，圆弧形立铣刀可以缩短 80%以上的切削时间。

另一个例子是大型楣板模具，可以使用切线平面加工来加工表面。这种方法尤其适用于难以用标准立铣刀进行侧铣的深槽加工。传统上，这些区域会使用步距较小的球头立铣刀进行加工。但是，较大的球头立铣刀会在边角处留下较多的材料，需要额外的工序才能将其去除。

圆弧形立铣刀提供了一个很好的解决方案。它们可以轻松切入垂直拐角和较深槽的底部。使用圆段铣刀进行切削的有趣之处在于，它与使用硬质合金球头铣刀进行的传统铣削非常相似。在标准立铣刀柄（例如16mm或12mm）上磨出独特的刀具特征。

切削参数由有效直径、切削刃数量和工件材料决定。首先使用推荐的切削速度和进给量，然后根据切削条件进行调整。

由于切削力增大，大切削半径和工件接触面积增大可能会导致进给速度略有降低。不过，尽管进给率有所降低，但由于路径之间的步距增大，总体切削效率要比球头铣刀高得多。步距的计算方法与球头铣刀相同，通常设置为所需的扇贝高度。如果应用得当，圆弧形铣刀在生产中很容易使用。

每个模具都需要特定的表面光洁度。目标是达到或超过这一要求，而圆弧切削技术可以帮助在更短的时间内达到这些要求。通过有效提高表面质量，可以最大限度地减少后期抛光工作。

在这一模具中，球头立铣刀的加工时间约为9小时36分钟，而圆弧形立铣刀的加工时间估计仅为1小时10分钟。加工周期时间缩短了88%。

值得注意的是，圆弧技术要求CAM软件能够生成正确的刀具路径。使用适当的CAM软件，这些刀具可用于垂直和陡峭区域的切平面加工，以及平面或浅层区域的加工。这种多功能性提高了效率和表面加工质量。

由于铣刀的角度在不断变化，因此在加工过程中要使用能完全自动控制铣刀接触点的CAM软件。这种控制可确保整个表面的安全加工和切削半径的均匀利用。

使用可参数化定义所有圆段铣刀的CAM软件，用户无需创建自由刀片几何图形或根据2D轮廓设计铣刀。有了简单的刀具管理和能精确映射鼓形铣刀的CAM系统，就能确保100%安全可靠地使用这些刀具。

使用圆弧形铣刀时，需要由CAM供应商开发软件，以支持圆弧形刀具形状并生成刀具路径。如果用户没有当前版本的软件，或者他们的CAM产品不支持圆弧形刀具，那么他们的选择就会受到限制，可能需要考虑改用其他更适合处理圆弧形刀具路径的CAM产品。