發布時間：2015-09-22 09:30:49    瀏覽次數：

前言 

隨著中國汽車工業的蓬勃發展，輪胎作為其中的一項重要環節，其地位受到了前所未有的重視；另一方面，在輪胎的制造過程中，無論是造型設計計算機化，還是新型復合材料及納米技術的引進，都使得輪胎工業發生了巨大的變革。在現階段，輪胎模具加工企業只有不到1%的廠家使用4-5軸的加工中心，加上操作水平和對軟硬件的認知度有限，遠沒有將效益發揮出來。在輪胎模具加工中，花紋的尺寸和形狀直接影響輪胎的工作性能，不僅能改善車輛行駛中與不同路面的接觸特性，而且是車輛高速行駛的一項重要安全指標；中國正在全面發展高速公路，對輪胎也就提出了更高的技術要求。所以國產輪胎模具如果不能突破由此造成的瓶頸，就很難適應市場的需要，勢必被市場淘汰。為了滿足模具行業加工需求的不斷發展和變化, DMG公司設計推出了很多類型的五軸機床。 

一．五軸加工的主要優點是其能夠通過一次裝夾加工復雜的形狀。與多次裝夾相比，五軸加工能夠在很大程度上減少加工時間和夾具數量，提高生產效率。而且，多次裝夾過程中極易在拆裝工件時產生裝夾誤差。如圖1所示：

另外，五軸加工一個重要的優點是其能夠用較短的刀具進行加工，這是因為加工時擺頭/轉臺可以縮短刀具和工件的距離且刀具可以基于工件面移動。如此則無需加載更大的力給刀具就能達到更高的切削速度，提高刀具壽命、減少刀具磨損。 

與三軸加工相比，五軸加工允許使用較短的刀具，在加工深孔或深腔時能夠減少刀具的振動。這會提高加工精度，甚至減少人工拋光的時間成本。幾乎沒有特殊刀具的使用，簡化了刀具的應用，減少了刀具的成本。如圖2所示：

使用五軸加工可以在立體毛坯上加工特別復雜的曲面，無需使用特別鑄造過的毛坯。對樣件或小批量加工，這樣的方式會更加快速、經濟。無需2個月或更長的時間來進行鑄造和加工，只用1到2周便可完成。如圖3所示：

使用五軸加工可以節省大量的鉆孔時間。相比加工復雜孔和型腔而言，鉆孔看似細小，實際上，鉆大量的斜孔會浪費大量的時間。如果使用三軸機床進行鉆斜孔，必須為每一個孔做不同的工裝。采用五軸加工，擺頭/轉臺會準確的使刀具沿著每個斜孔的軸向更快完成鉆孔操作。如圖4：

二．多數實用五軸機床是由三個直線坐標軸XYZ和二個回轉軸BC或AC或AB組成的。下面我將簡單介紹五軸加工的概況。 

1，五軸加工總的來說分為五面加工、五軸定位加工和五軸同步輪廓加工。如圖5所示：

A．五面加工： 

依照立方體法則，工件加工位置處于各基準面上，使它在一個工序里完成其五面的加工 

B．五軸定位加工（3+2軸定位加工） 

這是運用五面加工,多角度特點和工作部件平面的組合. 兩組平臺旋轉，軸只利用于定位工件的位置。主軸是永遠垂直來處理須要的應用 - 鉆或銑 

C．五軸同步輪廓加工： 

刀尖跟隨，此加工技術運用于須要五軸同時運動的加工組件。 

2．五軸加工的市場份額，如圖6所示：

實際上，五軸加工在大批量生產中的應用日益增多， 有些是零件的某些部位確實需要五軸聯動加工，而有些零件的加工完全不需要五軸聯動。這種應用的增多是因為零件越來越復雜和零件精度要求越來越高。 

輪胎加工不同于常規工藝，需要分割成不同比例的段，這些段中含有不同形狀的步距．只有采用CAD/CAM技術，才能提高模具質量和縮短加工周期。無疑，PowerMILL完全具備滿足以上所提到的種種要求。 

本文主要討論運用PowerMILL軟件，結合輪胎模具的加工工藝特點，編制出合理有效的輪胎模具花紋的數控加工程序在DMG的HSC75linear上實現高速切削。 

一、PowerMILL加工輪胎花紋的數控編程 

1. 三維模型的分析 

A， 首先，先導入三維模型，仔細分析并且測量圖檔，確定方便快捷的裝夾方式，由此可以確定輪胎模具的尺寸并且創建工作坐標系，如圖7所示。Powermill提供強大的坐標系創建功能，按照加工的區域而異創建坐標系以滿足加工需求。根據三維模型的形狀和尺寸，選擇使用人性化控制系統HEIDENHAIN i TNC530和具備高扭距高進給（所有軸都采用直線電機驅動）的DMG HSC75 linear 5 Axis 上加工此輪胎模具。以下是HSC75linear的技術參數和機床圖片：

主要特點 Highlights: 

所有軸都采用直線電機 
標準配置配有18,000rpm的主軸電機和提升式排削器 
兩扇大型艙門提供了卓越的可操作性 
良好的排屑性能 
配置旋轉工作臺和擺動頭可實現5軸加工 

B. 坐標系創建在毛坯的上表面正中心位置。

C. 刀具的選擇，通過仔細的分析，創建符合加工要求的刀具�？赏ㄟ^powermill特有的功能偵測三維模型的的最小半徑，以方便確定最小刀具的使用，如圖8所示。

按照三維模型選擇盤形銑刀、平底端銑刀、刀尖圓角端銑刀、球頭銑刀。 

盤形銑刀主要用于切削毛坯開粗加工和兩個傾斜端面的粗加工。選用Φ40R5、Φ20R3。 

刀尖圓角端銑刀主要用于花紋塊型腔的開粗加工、型腔底面的清根精加工等，選用Φ10R0.5、Φ6R0.5、Φ8R0.5。 

平底端銑刀主要用于直紋弧面精加工和底面清角，選用Φ16、Φ3。 

球頭銑刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等,選用Φ6R3、Φ3R1.5、Φ1.5R0.75、Φ1R0.5。 

3. 工藝工步的編輯 

在工藝編輯的過程中，根據已經確定好的裝夾方式及選用的刀具來安排加工順序，定義加工范圍、刀具路徑參數和機械參數（如轉速、進給量、切深、切寬、加工余量等）。以下是輪胎模具的刀路軌跡的生成：圖9至圖22

毛坯是一個四方的CK45，型腔部分選用Φ40R5的盤形銑刀快速去除毛坯的多余材料；至于兩側面的多余材料，必須創建垂直于兩側端面的坐標系，從而產生3+2定位的刀具路徑。右下角是粗加工后的材料形狀。

 
圖10 直紋弧面精加工

很顯然，此策略也是采用3+2定位加工，選用Φ16平底端銑刀的側刃精加工直紋弧面。

 
圖11續粗

選用Φ20R3的盤形銑刀進行續粗，右邊是續粗后的形狀。

 
圖12 粗清角

 
圖13 粗清角

 
圖14 中光底曲面

 
圖15 精加工底曲面

底部曲面的加工需要五軸同步輪廓加工，即五軸聯動加工。采用Φ8R0.5的刀尖圓角端銑刀啟動M128刀尖跟隨功能，簡便而快速。圖15右邊的就是此策略加工后的結果。

余量均勻化是精加工的重要前提。經過粗加工后，大部分余料已經去除，但型腔型面上的余料為臺階狀，并不均勻，為使余量均勻并為后面的精加工做準備，需進行半精加工。

 
圖19精加工兩側面

以上各單節距的粗/半精/精加工/清角刀具軌跡生成后，可根據花紋塊節距排列圖經旋轉復制形成整塊花紋塊的粗/半精/精加工/清角刀具軌跡。 

刀具路徑的生成后，通過軟件高級功能--機床的仿真模擬檢查其正確性，并且確保沒有碰撞，起到安全保護！如圖23所示：

二、后處理與加工 

優化后的刀路路徑通過千錘百煉調試出來的后處理文件，生成HEIDENHAIN可識別的NC程序和如圖24所示的NC加工表單。

最后將生成HEIDENHAIN格式的NC程序輸入到HSC75linear 五軸機床的TNC目錄下，嚴格按照NC加工表單選擇符合要求的刀柄安裝相對應的刀具，加工后得到如圖25所示的輪胎模具。

總結 

使用PowerMILL配合DMG的HSC75 linear 5軸機床對輪胎模具的加工，將軟件和硬件發揮的淋漓盡致，大大提高了輪胎模具加工精度和效率，為輪胎行業的生產廠家提供強而有力的保障，在激烈的市場競爭中贏得勝利。