Los contornos complicados aparecen en la fabricación de herramientas y moldes y son el resultado de la producción en masa. Antes de la aparición de las máquinas herramienta CNC, las matrices de forja y las matrices utilizadas en la industria automotriz se fabricaban principalmente a mano. Después de la década de 1970, las máquinas herramienta CNC se han utilizado ampliamente en la fabricación de herramientas y moldes. El contorno básico del perfil complejo generalmente se procesa mediante fresado, y las máquinas herramienta CNC circundantes se configuran inicialmente con un enlace de tres ejes.

Después de entrar en la década de 1980, las fresadoras de cinco ejes se han utilizado ampliamente en el procesamiento de superficies complejas. El contorno de la pieza de trabajo después del fresado está muy cerca de la forma final de la pieza de trabajo, pero el último proceso de acabado sigue siendo manual. A finales de la década de 1980, la tecnología de corte de alta velocidad se desarrolló y maduró gradualmente, y su aplicación en la producción industrial se ha mejorado continuamente en términos de máquinas herramienta, herramientas de corte y otras tecnologías relacionadas. Dado que el corte a alta velocidad puede duplicar la velocidad de alimentación, el paso de alimentación se puede reducir sin reducir la eficiencia de producción. Esto proporciona un requisito previo para mejorar la precisión de la forma de la pieza de trabajo y reducir la rugosidad de la superficie. En la actualidad, la mayoría de las piezas de trabajo procesadas mediante fresado de alta velocidad ya no necesitan el último proceso de procesamiento manual, sino que se pueden poner en uso directamente.

Nuevos materiales para herramientas: como cerámicas a base de alúmina, cerámicas a base de nitruro de silicio, cermet, carburo cementado, especialmente el desarrollo continuo de recubrimientos superduros, que hacen posible el planeado duro. La superficie del molde se puede fresar para darle forma después del enfriamiento, evitando así la deformación causada por el enfriamiento después del fresado. Esto no solo simplifica el proceso de mecanizado, sino que también mejora la precisión de la pieza de trabajo.

Además, con la aplicación del forjado de precisión en la fabricación de matrices, la pieza en bruto de la matriz después del forjado ya tiene su forma básica diseñada, y el margen de mecanizado restante es insignificante en comparación con el fresado de toda la pieza en bruto. En este caso, además de la molienda, también se puede procesar mediante molienda de alta eficiencia. En comparación con el planeado duro, el rectificado de alta eficiencia no solo puede mejorar la precisión de la forma de la pieza de trabajo, sino que también mejora la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo. Existen muchos métodos de pulido de alta eficiencia, generalmente pulido de alta velocidad con muelas abrasivas esféricas y pulido de banda con ruedas de banda de diámetro pequeño.

Las superficies tridimensionales de forma libre en herramientas y moldes generalmente se cortan en un centro de mecanizado de 5 ejes. Dado que el material de la pieza de trabajo es principalmente acero de aleación o acero para herramientas, la estructura de la máquina herramienta y el sistema de control numérico deben considerar los requisitos de productividad y precisión de la pieza de trabajo en el proceso de procesamiento, y utilizar esto como base para un diseño y optimización adecuados. Para garantizar que la máquina herramienta no sufra demasiada deformación al cortar varios materiales de molde, la rigidez de la máquina herramienta debe ser la primera prioridad al determinar la disposición de la máquina. Los centros de mecanizado de cinco ejes más grandes utilizan principalmente una estructura de pórtico, y algunos centros de mecanizado de cinco ejes pequeños y medianos a veces utilizan una estructura de columna.

Desde principios de la década de 1990, casi todas las formas complejas se han procesado mediante corte de alta velocidad en producción. El propósito es mejorar la eficiencia de producción, reducir el costo del producto y, al mismo tiempo, mejorar la precisión de la forma de la pieza de trabajo y reducir la rugosidad de la superficie. Para satisfacer las necesidades de corte de alta velocidad, el husillo de la máquina herramienta casi sin excepción utiliza un husillo eléctrico. La velocidad del husillo varía continuamente de acuerdo con el diámetro de la herramienta utilizada, y la velocidad varía desde varios miles de revoluciones por minuto hasta decenas de miles de revoluciones por minuto. El sistema de accionamiento de la mesa deslizante también es diferente al de los centros de mecanizado convencionales en corte de alta velocidad. Los sistemas comúnmente utilizados incluyen el accionamiento de par de tuercas de husillo de bolas y el accionamiento de motor lineal, y la velocidad máxima de alimentación puede alcanzar más de 100 m / min.

Al procesar perfiles complejos, el sistema CNC de la máquina herramienta también debe cumplir algunos requisitos especiales. Por ejemplo, los programas de mecanizado CNC para superficies complejas generalmente se generan en software CAD / CAM. Un programa perfilado a menudo requiere varios megabytes (Byte) de espacio de almacenamiento y ya no es posible transferir programas NC con un disquete. Por lo tanto, el sistema CNC debe tener la función de interconexión con otros sistemas informáticos para recibir el programa CNC directamente desde el CAD / CAM. Además, el sistema de control numérico también debe adoptar tecnología de control avanzada, en primer lugar, requiere la función de LookAhead. En otras palabras, antes de que la máquina-herramienta procese una determinada pista, el sistema de datos analiza la superficie a procesar por adelantado. Según la curvatura de cada punto de la superficie curva y la relación de conexión de cada punto adyacente, la velocidad de avance de la máquina herramienta se ajusta adecuadamente para lograr la máxima productividad bajo la premisa de asegurar la precisión de la pieza. Para reducir el error dinámico en el proceso de mecanizado, la corrección de errores del servo del nuevo sistema de datos ya no utiliza el anterior regulador serial proporcional-diferencial-integral (PID), sino un regulador de estado que compensa los parámetros de estado como la posición y la velocidad. El uso de este tipo de regulador puede eliminar completamente el error de histéresis del variador, compensar el error no lineal causado por el espacio o la fricción e incluso compensar ciertas vibraciones de la máquina herramienta. Para cumplir con los requisitos de mejorar la precisión de la forma de la pieza y reducir la rugosidad de la superficie.


El sistema de herramientas juega un papel decisivo en la eficiencia de la producción y la calidad de procesamiento al procesar perfiles complejos. Al seleccionar un sistema de herramientas, primero debe comenzar desde la geometría de las piezas a procesar y usar razonablemente los tipos de herramientas. Como se muestra en la Figura 1, la geometría de cada pieza es muy diferente. Si solo se utiliza una fresa de punta de bola para el procesamiento, se debe seleccionar una fresa de punta de bola con un diámetro pequeño, lo que dificulta mejorar la eficiencia del procesamiento. Además, el radio de arco de algunas piezas es tan pequeño que no se puede procesar ni siquiera con una fresa de bola pequeña. Por lo tanto, teniendo en cuenta los requisitos tanto de eficiencia de producción como de forma de la pieza, se deben equipar otros tipos de fresas en el centro de mecanizado de cinco ejes para procesar perfiles complejos, como fresas de extremo y fresas de tres caras.

La figura 2 muestra algunos tipos de fresas. Siempre que el tamaño lo permita, independientemente de la forma de la herramienta, el filo de corte debe ser una plaquita de fresado con una abrazadera convertible. Dichos cuchillos se pueden combinar con hojas y cuerpos, y las hojas y los cuerpos pueden ser producidos por diferentes empresas. Por lo tanto, se puede formar una producción especializada a gran escala, que no solo ayuda a mejorar la calidad de la herramienta, sino que también ayuda a reducir el costo de producción de la herramienta.


Actualmente, la mayoría de las hojas intercambiables del mercado utilizan hojas de carburo recubiertas de CVD. Para lograr una mayor resistencia a la pseudo-abrasión, las inserciones indexables son revestimientos de varias capas. Bizhi Al2O3 puede mejorar la estabilidad química de la hoja. TiN y TiCN pueden mejorar la resistencia al desgaste de la hoja. Para mejorar el filo de la hoja, además del método CVD a baja temperatura, el revestimiento también se puede producir mediante el método PVD. Algunos procesos tienen requisitos muy estrictos en la hoja. La hoja debe tener un filo afilado para reducir la rugosidad de la superficie acabada, pero también debe tener una alta resistencia al desgaste para garantizar la precisión de la forma de la pieza de trabajo. En este caso, debe usarse una combinación de múltiples recubrimientos. Para garantizar que el uso de algunas cuchillas sea infalible, el número de capas de recubrimiento puede llegar hasta 100.

La vida útil de la herramienta está estrechamente relacionada con la velocidad de avance, la velocidad de corte y la profundidad de corte. La cantidad de corte óptima es a menudo un rango pequeño, que debe determinarse de acuerdo con la herramienta específica y el material de la pieza de trabajo.

Además, estrategias de corte como:
La planificación de la trayectoria de la herramienta, el vector normal de la superficie del eje de la herramienta (la dirección normal de la superficie en este punto) o diferentes métodos a lo largo del vector de la tangente de la superficie (la dirección de la tangente de la superficie en este punto), etc., también son un factor clave para procesar superficies complejas. . No solo afecta la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo procesada, sino que también afecta la forma y la precisión dimensional de la pieza de trabajo. La figura 3 muestra las diferentes estrategias de corte utilizadas al mecanizar una superficie cilíndrica. Para cortar en la dirección circunferencial, la trayectoria de la herramienta debe interpolarse con un varillaje de dos ejes. Al cortar a lo largo de la dirección de la generatriz, la herramienta solo necesita realizar una interpolación de un solo eje. Además, los diferentes métodos de corte tienen grandes diferencias en el desgaste de la herramienta. El desgaste de la herramienta durante el fresado descendente es significativamente menor que el del fresado ascendente, y el desgaste durante el fresado alternativo es mucho mayor que el del fresado unidireccional.
 
Para mejorar la estabilidad del proceso de mecanizado, al optimizar la estrategia de corte, se debe asegurar la continuidad del corte y se debe reducir al máximo el movimiento de corte y la carrera en vacío para acortar el tiempo de corte. Cuando las piezas de acero fresado de desbaste, fresado hacia abajo continuo deben garantizarse para reducir al mínimo el valor de pico del borde de corte durante el proceso de corte.

Cuando se procesa la pieza de trabajo mostrada en la Figura 4, si se usa el procesamiento de la sección de trayectoria de corte en fila mostrado en la Figura 5a; El movimiento de la herramienta es muy irrazonable, las condiciones de corte son muy insatisfactorias, el tiempo de procesamiento es de 33 minutos y la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo es de 6-9 μm. Si cambia a la ruta de corte circular que se muestra en la Figura 5b para el procesamiento, el tiempo de procesamiento es de aproximadamente 27 minutos. Al mismo tiempo, la rugosidad de la pieza de trabajo también se puede reducir de 2 a 4 μm.