模具加工走向高速化

我們看到許多展商推出了針對塑料模具的加工設(shè)備與技術(shù)，這種情況與目前中國市場的實際情況相吻合。在我國，沖模、塑料模、壓鑄模的總和一般占模具總量的80%左右，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具，它們在模具總量中的比例將逐步增大。
　　塑料主要應(yīng)用于汽車、摩托車、家電、電子及通信、建材、塑料制品等行業(yè)，這些行業(yè)對模具的普遍要求是產(chǎn)品更新、快、制作周期短、精密、壽命低。山崎馬扎克科技(上海)有限公司總經(jīng)理松樹茂弘先生指出：“由于市場變化越來越快，交貨期越來越短，相應(yīng)的模具壽命在減短，并且價格也越來越便宜。這是一種市場現(xiàn)狀，日本是這樣的，在中國目前也是這樣的。”
　　為了順應(yīng)這種市場潮流，模具制造設(shè)備及技術(shù)在各個方面都在提速，包括加工中心、CAM、EDM、測量以及刀具等。這是本屆展會的一大特點；另外一個特點是，個別廠商還能提供模具加工的完整解決方案。
　　切削速度越來越快
　　瑞士米克朗公司此次在中國市場推出了HSM800產(chǎn)品，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到60000r/min，曾在2001年EMO展中展出。該機(jī)床最大的特點是帶有7個可交換的工作臺裝置，托盤上可以放7個不同的工件進(jìn)行加工。完全集成的自動工件托盤交換系統(tǒng)為高速銑削建立了新的標(biāo)準(zhǔn)。自動托盤交換系統(tǒng)無需另外的控制裝置，如同換刀裝置一樣，在機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)上直接進(jìn)行編程，真正實現(xiàn)了24h連續(xù)加工。
　　米克朗公司中國區(qū)總經(jīng)理陳民先生介紹說：“這是米克朗推出的新概念，它使模具由單件生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)。它不僅僅是高速銑，而且是無人化的高速銑”。
　　馬扎克公司在展會上展出了一種SMM2500機(jī)床，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)到25000r/min，快速進(jìn)給50m/min，加速度0.7g，換刀時間0.8s。這種高性能高精度的立式加工中心是專為加工精密模具而設(shè)計的。
　　山崎馬扎克科技(上海)有限公司總經(jīng)理松村茂弘先生在介紹該機(jī)床的特點時指出：“馬扎克在模具加工方面的理念是用高速、高精度、精密的機(jī)床盡快實現(xiàn)客戶的加工目的，并且有很好的表面質(zhì)量。其機(jī)床可以實現(xiàn)一次性加工就達(dá)到很高的加工精度，而不再需要后續(xù)的加工工序。”
　　由于在機(jī)床上采用了熱變形控制，輪廓測量，人機(jī)對話式CNC及驅(qū)動系統(tǒng)，為加工高精度模具奠定了基礎(chǔ)。
　　DMG公司此次推出了7臺機(jī)床，其中包括在去年EMO展展出的DMU60L激光銑。這種機(jī)床將高速銑與激光加工融為一體，直接對工件進(jìn)行加工而無需電腐蝕工藝；由于采用激光代替刀具加工，減少了銑刀的高昂成本。DMU60L的高速銑頭轉(zhuǎn)速為42000r/min，可完成極高精度的銑削加工。無需二次裝夾，激光頭可繼續(xù)完成精加工，節(jié)省了加工時間。
德馬吉(中國)有限公司總經(jīng)理韓海先生特別指出：“我們?yōu)樗鋫淞巳碌腖aserSoft 3D控制軟件，使得這種復(fù)合加工效率更高。它能準(zhǔn)確測量出銑刀沒加工的剩余尺寸，然后采用激光進(jìn)行加工。”
　　德馬吉公司這次還展出了另外一臺令人矚目的機(jī)床─DMC165V Linear，采用高動態(tài)性能的直線電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行5面/5軸聯(lián)動加工；集兩種機(jī)床的功能于一身，同時完成大切削量的粗加工和高動態(tài)性能要求的精加工。
　　V77是收野公司最新型的高精度、高速度、高性能立式加工中心，專為大中型高精密模具制造設(shè)計的。其臺面最大載荷為2.5t，臺面移動方向的Y軸采用雙絲杠結(jié)構(gòu)，保證了承受大載荷時的高精度。V77不僅具有和V33、V55同樣的高精度，而且同樣保留了牧野機(jī)床節(jié)約空間和能源的高品質(zhì)。它采用了先進(jìn)的溫度控制技術(shù)來提高精度，如牧野專利的主軸中心冷卻系統(tǒng)，以及軸承內(nèi)部的潤滑系統(tǒng)使主軸的扭矩降到了最小。在采用BT40主軸時，最大轉(zhuǎn)速為20000r/min；采用BT50主軸時，最大轉(zhuǎn)速為12000r/min。20m/min的快速移動臺面能夠裝夾1400mm×700mm×550mm的最大工件。
　　牧野(上海)公司總經(jīng)理陳佩燁女士說：‘隨著模具工業(yè)的發(fā)展，人們希望通過高精度數(shù)控加工中心加工性能的提高來代替或減少對放電加工的依賴。在實際加工中，V77能做出高精度、表面質(zhì)量好的復(fù)雜模具。”
　　日本津上公司這次推出的VMA4/VMT4立式加工中心是首次亮相，最高轉(zhuǎn)速10000r/min，工作臺尺寸420mm×800mm，主要加工小型零件。VMA4/VMT4由于在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了創(chuàng)新，采取了工作臺Y方向移動，主軸X、Z方向移動的方式，因此可以將床身的體積縮小，重復(fù)定位精度可達(dá)3µm。
　　津上公司貿(mào)易課銷售經(jīng)理芹川利博先生介紹說：“VMA4/VMT4立式加工中心在原有功能不變的情況下，將機(jī)床的體積縮小，這一方法的實現(xiàn)是因為主軸和床身采用了特殊技術(shù)。”
　　斯來福臨集團(tuán)這次展示了為模具工業(yè)提供的全套平面和成形磨床以及高速和緩進(jìn)給磨削方案。其下屬的德國JUNG公司推出的JUNG JE525萬能平面磨床具有很大的特點。通過采用最新開發(fā)的“Easy-control”控制系統(tǒng)，JUNG公司將數(shù)控理念成功地應(yīng)用到半自動機(jī)型上。該機(jī)型控制系統(tǒng)運用帶注解的圖形符號進(jìn)行編程，使語言不再成為機(jī)床操作的障礙。借助符合人體工程學(xué)的控制面版，在該機(jī)型上可以簡便快捷地設(shè)定磨削加工參數(shù)。這款新型的JE系列磨床能夠配裝多種可手動或數(shù)控的砂輪修整器。
　　EDM也走向高速化
　　自從近年來HSM進(jìn)入模具加工領(lǐng)域后，EDM在模具加工領(lǐng)域的地位受到了前所未有的挑戰(zhàn)。如何提高加工速度和精度，保護(hù)好原有的領(lǐng)地，這是EDM供應(yīng)商需要解決的問題。
　　SODICK公司1999年推出的AQ系列直線電機(jī)驅(qū)動的電火花加工機(jī)床一直倍受矚目，在本次展會上仍是一大亮點。
　　由于有1g的加速度，加速到最高速度時產(chǎn)生抽吸作用，使存在于電極與工件之間的加工屑、焦亞油以及廢氣等有效地排出，從而實現(xiàn)了無沖液深加工，并獲得了穩(wěn)定的放電間隙，避免因二次放電引起的電極異常損耗，延長了電極的壽命。
　　直線電機(jī)的直接驅(qū)動方式，可及時準(zhǔn)確地跟蹤控制系統(tǒng)發(fā)出的實時指令，因為不存在象以往的間接驅(qū)動方式那樣，在改變運動方向時所產(chǎn)生的損失，實現(xiàn)了高響應(yīng)性和準(zhǔn)確性的位置控制。由于高響應(yīng)性伺服產(chǎn)生的良好跟蹤性在微細(xì)加工中也能把深度誤差控制在限度內(nèi)，從而達(dá)到高速、高精度加工。
　　SODICK機(jī)電公司上海事物所所長程燁先生指出：“沒有機(jī)械間隙是機(jī)床向納米級加工技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。對于絲杠傳動由于存在著反向間隙，會產(chǎn)生幾個µ的系統(tǒng)誤差，因而要使加工精度達(dá)到2µ就非常困難，而直線電機(jī)驅(qū)動則很容易達(dá)到1µ”。
　　三菱公司在本屆展會上推出了一種未來型EDM機(jī)床─FA20，由于采用了第二代先進(jìn)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了高速、精密和操作簡單的加工。這種機(jī)床的加工電源控制(PM)改進(jìn)了沖水壓力和流量的傳感靈敏度，在良好的沖水條件下能使加工速度提高50%。
　　這種機(jī)床配備了一種新型自動穿絲系統(tǒng)(AT)，只需要 10s的穿絲時間。新型光學(xué)傳感器和快速試穿功能的結(jié)合建立了可靠的AT系統(tǒng)，實現(xiàn)長時間的無人操作。與過去的AWF裝置相比，小起始孔的穿絲時間可縮短50%，多孔加工和通孔形凹模加工的效率大大提高。
　　AE3-HS無電解脈沖電源配有三菱特殊開發(fā)的高速回路(HS)，能夠達(dá)到最高的加工速度325mm²/min。在高速粗加工中，斷絲的可能性降到最低水平。
　　菱電自動化有限公司機(jī)電一體化部門高級經(jīng)理Fumio Tomizawa先生說：“只有當(dāng)操作既簡單又方便時，才能令高速及高精度加工生產(chǎn)成為工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)。三菱第二代控制技術(shù)對于各種復(fù)雜形狀加工很容易提供最佳的加工條件，包括復(fù)雜幾何形狀、困難的角部加工和各種噴水條件。”
　　高速加工的軟件
　　高速加工(HSM)隨著高速加工設(shè)備的成熟與推廣，高水平硬質(zhì)合金涂層刀具的廣泛應(yīng)用不斷發(fā)展，高速加工工藝也日益成熟。目前，我國眾多模具制造企業(yè)已經(jīng)開始著手引進(jìn)高速加工設(shè)備及相關(guān)工具與軟件系統(tǒng)，并把高速加工技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)作企業(yè)技術(shù)改造的重要內(nèi)容。
　　高速加工作為綜合性的制造技術(shù)，涉及到設(shè)備、刀具、材料、工藝等各個方面。CAM作為制造技術(shù)的核心技術(shù)之一，直接決定整個制造過程的實現(xiàn)，所以高速加工對CAM系統(tǒng)必然提出特殊要求。
　　Delcam公司在這次展會上展示了高速加工專用 CAM系統(tǒng) PowerMILL。這套軟件具有非常快的編程計算速度，比一般的編程處理速度快50%～80%。
　　傳統(tǒng)CAM系統(tǒng)一般都是面向局部的加工方式，靠操作者指定過切控制面或形體，采用人工或半自動的方式防過切處理。PowerMILL采用面向整體模型的、面向工藝驅(qū)動的新的編程方式，從根本上杜絕了過切的可能性。
　　高速加工作為數(shù)控加工的特種形式，因為切削進(jìn)結(jié)的高速運動，所以對刀路運動的平穩(wěn)性比傳統(tǒng)的數(shù)控加工提出了更高的要求。PowerMILL采用光順的下刀、進(jìn)刀及退刀形式，對刀路進(jìn)行自動光順處理，進(jìn)給速度優(yōu)化處理，NURBS編程等，對刀路進(jìn)行光順及平穩(wěn)性處理。
　　用戶只需指定欲加工的零件，設(shè)定毛坯及材料需要的加工設(shè)備，PowerMILL自動選定刀具、加工工藝，包括最合理的主軸速度過給量，自動生成各道加工指令，并可確保程序的安全無過切，程序完全可以在無人監(jiān)控的情況下自動運行。
　　美國CGTech公司展出的VERICUT軟件(仿真軟件)使用G代碼和CAM輸出數(shù)據(jù)模擬NC加工過程，能自動檢測出導(dǎo)致零件、夾具和切削刀具損害或機(jī)床碰撞的刀具路徑錯誤。VERICUT可避免擦傷、快進(jìn)錯誤、碰撞、進(jìn)給率不適當(dāng)、過早出現(xiàn)刀具磨損等問題。
　　VERICUT的優(yōu)化模塊可使高速加工過程受益。在高速加工時，刀具切入材料的方式至關(guān)重要。送給率太低會產(chǎn)生磕碰聲、振動和工件硬化。這將導(dǎo)致表面質(zhì)量降低，刀具過早損害。切削抗力過高會造成切削壓力過大及不良的切削條件，從而引起刀具、主軸、夾具或機(jī)床的損害。調(diào)節(jié)進(jìn)給率以保持穩(wěn)定的切削抗力或體積切削率，將有助于減少上述問題的出現(xiàn)。
　　模具加工走向高速化已是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。值得注意的是，高速化不僅僅單指硬件設(shè)備的高速化，軟件的配合才是至關(guān)重要的。如果忽視了這一點，高速化將只是一個花架子。我們希望機(jī)床制造商在向用戶提供高速加工機(jī)床的同時，也要提供加工工藝的完整解決方案。