隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車用各種大型、高裝飾性模具的需求正在迅速增長(zhǎng)，例如，汽車儀表板，設(shè)計(jì)人員正在不斷地提高這類模具產(chǎn)品的尺寸和復(fù)雜性。因此，各種大型模具的生產(chǎn)已成為許多加工企業(yè)尋求機(jī)會(huì)進(jìn)行全球競(jìng)爭(zhēng)的新領(lǐng)域。
但是，要想進(jìn)入這一領(lǐng)域并不是一件容易的事情。在落后的加工技術(shù)下，機(jī)床進(jìn)給速度緩慢、操作者需要對(duì)工件進(jìn)行多次調(diào)試裝夾，而且還需要幾個(gè)小時(shí)的手工拋光作業(yè)，所以加工周期很長(zhǎng)。因此，必須尋求更先進(jìn)的加工技術(shù)，使大型模具的加工如同加工小型模具那樣簡(jiǎn)單容易。
目前，大型模具加工中存在的主要問題有：
1.巨大的尺寸和重量
在加工大型模具時(shí)，如何應(yīng)付其自身的巨大尺寸和重量，是加工企業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。大型模具的加工，往往需要大量的勞動(dòng)力、專用設(shè)備和多次調(diào)試裝夾，而加工精度也受到多方面潛在因素的影響而不易保證。
2.購置成本問題
加工生產(chǎn)各類大型模具直接相關(guān)的最大費(fèi)用就是機(jī)床的購置成本。能夠生產(chǎn)大型模具的機(jī)床是相當(dāng)昂貴的，尤其是在復(fù)雜工藝安排下，需要使用多臺(tái)機(jī)床才能完成從模具粗加工到精加工的全部工序。這樣的先期高投入成本，也是很多企業(yè)進(jìn)入這一市場(chǎng)的最大障礙。由此，我們可以看出，如果可以在一臺(tái)合適的機(jī)床上實(shí)現(xiàn)大型模具的粗加工和精加工，甚至僅需一次調(diào)試裝夾，那么很多問題將迎刃而解，加工精度也可以得到保證。
大型模具加工中心的特點(diǎn)：
1.鑄鐵床身結(jié)構(gòu)，機(jī)床主軸具有散熱功能
鑄鐵材料具有很高的剛性和散熱特性，因而是制造機(jī)床結(jié)構(gòu)件最穩(wěn)定的材料。對(duì)于銑削大型零件用的任何機(jī)床，首先需要具有非常結(jié)實(shí)的鑄鐵結(jié)構(gòu)，并裝備有具有散熱功能的主軸。
就機(jī)床的主軸而言，它必須采用內(nèi)置冷卻技術(shù)，從軸承外面來冷卻主軸，保證在長(zhǎng)時(shí)間加工過程中，主軸本身不會(huì)被燒壞或不會(huì)因熱膨脹而造成精度損失。這些因素是非常重要的，因?yàn)榇笮湍＞叩募庸?，需要消耗很長(zhǎng)的時(shí)間，同時(shí)在重切削條件下，這會(huì)增加模具的熱量和應(yīng)力。所以，機(jī)床的結(jié)構(gòu)部件必須具有良好的剛性和散熱特性，這是加工出大型優(yōu)質(zhì)模具的前提。因此，必須最大程度地限制加工過程中機(jī)床的振動(dòng)，并快速擴(kuò)散加工過程中產(chǎn)生的熱量。選擇合適的加工機(jī)床和刀具可以實(shí)現(xiàn)成本和周期的雙贏。
2.熱穩(wěn)定技術(shù)
由于加工時(shí)間過長(zhǎng)，環(huán)境溫度的影響也是必須要考慮的。例如，在普通機(jī)床上加工大型模具，當(dāng)環(huán)境溫度變化10℃時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)床立柱發(fā)生6℃的溫度變化，從而引起主軸角板平行度發(fā)生0.07mm的變化。因此，機(jī)床的設(shè)計(jì)，必須考慮到環(huán)境溫度的效應(yīng)，避免環(huán)境溫度影響到加工零件的精度。
3.速度
對(duì)于一臺(tái)行程能夠快速移動(dòng)的大型模具加工中心來說，大型模具加工機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)至少達(dá)到20000r/min，金屬的切削速度應(yīng)滿足762-20000mm/min。
4.精度
精度控制始終貫穿于模具加工的各個(gè)階段，如果需要在一臺(tái)加工中心上實(shí)現(xiàn)對(duì)大型模具的粗加工和精加工，那么，必須嚴(yán)格控制機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。大型模具專用的加工中心，一般其定位精度可以達(dá)到±1.5μm，重復(fù)定位精度應(yīng)達(dá)到±1μm。同時(shí)，其節(jié)距精度應(yīng)保持在5μm之內(nèi)。
5.反饋分辨率
機(jī)床自身的反饋分辨率，對(duì)于檢測(cè)加工零件的精度是十分重要的。采用標(biāo)準(zhǔn)的1μm反饋分辨率，通常所獲得的結(jié)果并不十分理想。如果分辨率能夠達(dá)到0.05μm，那么其精加工結(jié)果幾乎沒有任何瑕疵。而且，通過對(duì)機(jī)床分辨率、標(biāo)尺反饋和小節(jié)距滾珠絲杠的控制，可進(jìn)一步提升零件表面的加工質(zhì)量。
6.主軸
大型模具加工中心上使用的主軸必須達(dá)到進(jìn)行粗加工、半精加工和高質(zhì)量精加工的要求，而且作為一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)，其能夠?qū)崿F(xiàn)的表面加工質(zhì)量應(yīng)該控制在2μm的水平。通常，對(duì)于模具閉合面和分型線部分的精加工十分重要，但在傳統(tǒng)工藝下，許多模具制造商不得不采用手工拋光的方式，以彌補(bǔ)刀具加工精度不足的問題。因?yàn)椋笮图庸C(jī)床的造價(jià)昂貴，如果為此項(xiàng)工序購置多功能機(jī)床，顯然是不切合實(shí)際的。
此外，合理的主軸設(shè)計(jì)必須能夠最大程度地延長(zhǎng)刀具的使用壽命，使其能夠在加工周期內(nèi)以低振動(dòng)、低溫升的狀態(tài)持續(xù)工作。例如，在大型模具加工中心上加工汽車儀表板模具時(shí)，如采用16mmCBN鑲刀片精加工刀具，加工速度可以達(dá)到8m/min，使用壽命超過30h，可以將加工表面質(zhì)量控制在0.336-3.2μm。由此可知，考慮到加工大型模具時(shí)的刀具成本增加，采用專門設(shè)計(jì)的大型模具加工機(jī)床，不僅可以延長(zhǎng)刀具使用壽命，而且可以大量節(jié)約加工每付模具的刀具使用成本。
7.可移動(dòng)的多軸加工頭
由于模具尺寸和重量的限制，一般裝夾工件需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。因此，采用3軸聯(lián)動(dòng)加工中心，不僅減少了工件的調(diào)試裝夾次數(shù)，而且又不影響機(jī)床的加工精度，從而使車間加工大型模具的生產(chǎn)能力大大提高。
可移動(dòng)的多軸加工頭，可以用于加工結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的大型模具，按可變幾何形狀設(shè)計(jì)的加工頭可允許3軸聯(lián)動(dòng)加工，僅需一次裝夾工件，便可銑削加工型腔很深的模具和冷卻孔，以及切削加工許多其他幾何形狀復(fù)雜的部位。例如，當(dāng)主軸以最佳的角度傾斜時(shí)，可提高加工頭對(duì)銑削加工點(diǎn)的接近程度，這樣便可實(shí)現(xiàn)利用多軸加工頭完成對(duì)斜孔的加工。
此外，由于多軸加工頭加工工件表面時(shí)，采用的是刀具的半徑刀刃而不是刀具的刀尖，因此可提高表面粗糙度。
8.切屑管理
金屬切削加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的切屑，如果不能及時(shí)排除，必然會(huì)導(dǎo)致二次切削，以及造成機(jī)床結(jié)構(gòu)部件或者工件表面的溫升。大型模具加工中心的工作臺(tái)下面通常具有18個(gè)排屑孔，不管工作臺(tái)移動(dòng)到什么位置，都能夠可靠地排除切屑。機(jī)床上有4條內(nèi)置鉸鏈?zhǔn)角行紓魉蛶?，以很高的速度將切屑排送到機(jī)床前面。
9.高壓冷卻液
在大型模具加工時(shí)，高壓冷卻液有著非常重要的作用。例如，在采用2+3軸的加工方法鉆削斜孔時(shí)，需要壓力為1000psi（1psi=6890Pa）的冷卻液才能有效地排除切屑，并達(dá)到更高精度的切削。而如果沒有這種高壓冷卻液，則在加工斜孔時(shí)，需要增添額外的機(jī)床，需要二次裝卡，降低加工精度，而且增加周期成本。
根據(jù)以上分析可以看出，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型模具的簡(jiǎn)單加工，需要機(jī)床具有更多、更好的功能。例如，廣東臺(tái)正開發(fā)的新型VMC-850L加工中心，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min，并采用了“軸芯冷卻”方式和“軸承內(nèi)壓潤(rùn)滑”功能，保證主軸及其附屬軸承可以得到及時(shí)、有效地冷卻。此外，主軸不僅可沿橫向的X軸、垂直方向的Y軸和前后方向的Z軸方向運(yùn)動(dòng)，還可配合A軸和C軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于具備兩種分度功能，因此不僅可減輕調(diào)整作業(yè)量，還可切削結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，例如保險(xiǎn)杠、儀表盤和汽車頭燈透鏡等。