图1  需要加工的汽车模具仪表板

随着市场竞争的加剧以及市场需求的不断变化，要求模具的生产周期也要相应缩短，尤其是制造时间较长的大型模具。了解五面加工机床的几个附加角度刀头的使用方法和应用技巧，可有效提高加工效率，降低模具的制造成本。

在模具快速发展的今天，模具加工周期和产品质量是模具加工企业必须好好把握的两个要点，要想取得好的经济效益，须运用新技术、新设备和新工艺解决模具在生产过程中可能遇到的问题。笔者主要从事数控铣加工工作，在汽车模具的加工中通常会遇到多面加工，即多次装夹翻面加工或难加工的工件。对此，需运用新的工艺方法和不同的辅助加工设备来解决。大型龙门数控机床的几个附加头能在一次装夹中完成顶面和四周面的加工，无需对工件翻面加工或把工件移到卧式机床加工。在龙门五面加工机床主轴上，可根据加工条件的需要，方便快捷地安装90°、35°角度刀头和延长头进行加工。在大型模具加工中，运用上述的角度刀头或附加头加工，使多次装夹加工和深腔加工的效率得到很大提高，降低了制造成本。

图2  90°角度刀头加工示意

90°角度刀头的使用

在工件加工完正面后，如果侧面4个方向的面都需要加工，可以把90°角度刀头安装上，这样可以在一次装夹中把4面的形状依次加工出来。安装后，可以运用数控机床上的MDI功能输入指令，使90°角度刀头按5°为最小单位沿Z轴360°旋转。在四个面加工中，通常会用0°、90°、180°和270°来使刀轴垂直于加工面进行加工。90°角度刀头在工件的加工零点碰数时，根据加工面所在的加工平面来定义固定坐标和刀轴坐标。以垂直于X轴的平面为例，可以判断出是YZ加工平面G19。Y、Z为固定坐标，X为对刀轴坐标。其编程与普通三轴机床编程一样，只需把编程坐标垂直于加工面即可。不同的是，在程序后处理时，要根据加工面所在的是G18或G19来选择对应的后处理。

下面以汽车模具的仪表板A板为例介绍一下90°角度刀头的功能应用。如图1所示，工件按传统的加工方法在加工完正面后要对侧面的A、B两面槽位形状进行加工，需要将其转到卧式机床或翻面才能进行。这会增加很多辅助工时，降低加工效率。应用90°角度刀头可在一次装夹中完成加工。如图2所示，90°角度刀头按180°方向摆好即可对B方向面进行加工；90°角度刀头按90°摆好就可对A方向的面进行加工。而该角度头的角度旋转极为方便且准确，只需在MDI中输入所需的角度，90°角度刀头就会自动转到加工所需要的角度并固定。如C面、D面也有形状需要加工，可以用同样的方法把90°角度刀头转到要加工的面上。在大型龙门式数控机床上安装90°角度刀头，可使其变成卧式机床，在一台机床上实现一次装夹完成5面加工，提高加工效率。

图3  汽车模具的保险杠A板

35°角度刀头的使用

35°角度刀头同样可以按Z轴以5°为一个单位360°旋转，因此，在摆角度避空时灵活快捷。35°角度刀头主要用来加工大型模具的深腔和陡峭面清角，以球头刀为主要加工刀具。其工作原理是，使球头刀摆一个角度对工件进行加工，使机床主轴偏离工件边或陡峭面一段距离，起到在深加工时刀头和主轴头的避空作用。当有难加工的深腔和陡峭面清角时，只要把35°角度刀头摆到一个能避空的位置即可。用35°角度刀头加工的程序与普通三轴加工的球刀刀路一致。但在操作上不同，由于刀中心的偏离，所以在35°角度刀头上每装一把刀加工都要重新定X、Y和Z的工作坐标。要知道每一把刀的刀长都不一样，所以偏心的主轴会随着刀长的变化而使X、Y和Z的工件零点发生改变。35°角度刀头的碰数方法十分方便：用带表对刀器或光电对刀器碰数，Z轴对刀的方法对应各轴边碰数，并把球刀中心偏移到基准边上即可。需要注意的是，在35°角度刀头的X、Y和Z轴碰数时，要把刀具慢速手工反转来碰对刀器，这样可以准确地使球刀的最高点碰到对刀器。一定不能使刀具正转来碰数，这样刀刃会刮伤对刀器，使工具损坏。

1. 应用案例

下面以汽车模具的保险杠A板为例，介绍一下35°角度刀头的功能应用（见图3）。图3中工件的尺寸较长：

2300 mm×800 mm×1 140 mm（X×Y×Z）。E、F位置的加工深度都在-600～-700 mm左右，E位是R13，F位置是R11，按刀长是没有办法加工到位的，要D80 mm牛鼻刀才有足够的长度来完成，但会留下很大余量。

传统的加工方法是应用现有的刀具尽量去除材料，避空不够加工不到位的角位就拆电极用电火花机床来加工到位。这样制造周期较长，影响加工进度，增加制造成本。用35°角度刀头对E、F点进行加工（见图4），可以使主轴头巧妙地让空陡峭面和不足的地方。根据图4所示E、F位置的R角分别为R13和R11，用图5所示的后拉式带锥度刀具R10的日立球头刀，可以用清根的方法直接把模具形状和角位加工到数，锥度刀具可以起到很好的避空作用。

图4  35°角度刀头加工示意

在传统的加工中，上述E、F位置的角位最小要用D32的刀具才够长，完成加工，且角位至少还有3～5 mm的余量。用图5的刀具装在图4的35角度刀头上，并用以下参数做半精加清根：S2300、F1500及步距0.6 mm，可以把E面的余量去除到0.15 mm左右；下一步则是精加工，用同样的刀具换上新刀粒，按以下参数用精加工清根程序对E面精加工： S2600、F1500及步距0.4 mm，即可得到高精度的角位。F面可用类似方法加工。E面角位半精加工用1 h，精加工用1.5 h。如果用电火花加工的话单电极加工就要3 h，电极尺寸300 mm×100 mm×120 mm，材料费1 000多元。

2. 35°角度刀头的接刀方法

在用35°角度刀头清角时，一般都会用接刀的方式来使清角或精工的刀路与上一把已加工好的刀路很好的连接起来，不能有明显的接刀痕。下刀时，必须把刀具向加工面的反方向偏移0.1mm或0.2mm，用于接刀间隙，防止一进刀就在已加工好的面上铣深一个接刀印，影响表面质量。接刀时，一般要在加工面上喷蓝丹（用于更好的观看刀具是否接触到已加工面），然后采用机床的手动插补方式，用手轮在偏移坐标按0.005 ～0.01mm的距离使刀具向加工面靠近，使刀具很顺畅地与已加工好的参考面接触，达到多刀加工面的接刀印顺滑，提高表面质量。

图5  日立球头刀

主轴延长头的应用

延长头就是在原先的主轴头上加装一个细长的高刚性的主轴延长头。安装后，其使用方法和程序与普通立式三轴机床一样，即主轴起到了更好的避空和加长作用。

在大型模具或深腔加工的模具中，主轴附加长延长头可发挥很大的作用。一般除卧式数控铣床外，立式数控铣床的主轴都是很大的，无法起到主轴避空作用。即使大型龙门式数控铣床的主轴头达到400 mm左右，在特定情况下，也无法起到很好的主轴避空作用。但龙门数控铣床的主轴延长头可以满足深腔的加工要求，起到避空和加长主轴的作用。

以加工汽车模具中的保险杠A板为例（见图3中H和G位置），在加工中间G位的开粗和精加工时，按传统的方法很难加工，原因在于高低落差达860 mm，即使能加工也要配500 mm左右的刀长才可以，但会严重影响加工效率。采用延长头可以使轴头对两边高位起到很好的避空作用，加工用刀也可以控制在足够的刚性范围内。采用D25 mm后拉式直身带锥度的球头刀可对G面中间段进行清角、半精和精加工，且能起到很好的避空作用。半精加工的加工参数为：平行90°，S2000、F1600及步距0.8 mm；精加工的参数是平行90°，S2200、F1500及步距0.5 mm。H角位为R5，需要刀长120 mm的R5球刀才能把角清到数，热缩刀杆和带锥度D10球刀连接，能起到很好的避空作用，用清根刀路并采用以下参数可以加工，S3500、F1500及步距0.25 mm。用延长头加带锥度的刀具可以加工普通刀具和机床都无法达到的深腔和角位，可大幅提高加工质量和生产效率，从而提高企业竞争力。

结语

随着模具工业的高速发展，模具制造周期越来越短，对模具制造成本的控制越来越严格，加工工艺方法和加工设备的辅助直接影响模具的制造周期和制造成本。本文所介绍的加工方法和辅助设备对实际生产，特别是大型模具或零件需要多次装夹加工、深腔加工及难加工的工况，具有很好的实用性。大大提高多面加工和深腔加工的效率，降低制造成本，缩短模具制造周期。