摘要：本文提出了轮胎模具花纹加工中数控加工的一些工艺问题，并进行了简单分析，提出了改进方案，旨在通过工艺优化提高数控加工的效率。摘要：本文简要讨论了轮胎模具型腔数控加工中的一些工艺问题，并提出了优化工艺的方法，以提高加工效率。图1轮胎模具的花纹块轮胎模具的花纹本来就复杂多变。然而，随着各大轮胎制造商为了提高竞争力，增加了轮胎花纹的复杂程度和对轮胎模具的要求，轮胎花纹变化迅速，品种多样化，模具交货时间越来越短。在高速数控加工轮胎胎面的过程中，往往需要根据模具型腔的特殊结构快速调整工艺，给技术人员带来了麻烦。因此，针对轮胎花纹的特殊性和规律性，我们通过对其加工工艺进行分析，并进行相关优化，从而提高加工效率。数控加工和传统加工一样，有自己独特的加工工艺，轮胎胎面数控加工也不例外。这里就简单分析一下轮胎胎面数控加工的加工工艺、加工特点和工艺优化。轮胎花纹块结构的工艺性分析熟悉轮胎模具结构及其加工的人都知道，轮胎花纹块型腔的结构工艺性符合数控加工的特点，即(1)型腔和型块具有统一或相似的结构和尺寸，可以减少刀具规格和换刀次数，方便编程，提高生产效率。(2)虽然轮胎胎面的形状千变万化，但很多胎面花纹都有圆角，适合用刀具直接加工。(3)模具的花纹块背面可以作为加工时的统一基准定位，保证其精度在多次装夹工序后相对准确。(4)花纹块背面有适当的孔作为定位基准孔，或定位凸台作为统一基准，意味着花纹块的所有加工位置都是一次装夹完成的，以提高其加工刚性和可加工性。轮胎花纹数控加工的工艺特点轮胎花纹数控加工和常规数控加工在原理上没有区别，和传统加工的原理基本一致。但由于其特殊的结构，轮胎花纹有其自身的特点：多弧度、多角度。只有数控加工才能保证轮胎花纹的精度(见图1)，这是传统加工方法无法精确完成的。即使是目前流行的电火花加工技术，也存在一些无法解决的问题，比如每个位置的方向保持问题，更不用说三轴或四轴等常见的数控加工了。图2轮胎花纹模具工艺高度集中，适合数控加工。轮胎花纹加工过程中，其加工工序高度集中，主要是铣削。但由于加工角度和边角不统一，有些花纹有细而高的筋或窄而深的槽，甚至表面有不规则的坑洼，所以它对刀具的要求比较高。五轴数控加工中心通常携带一个刀库，具有多维转换功能，可以完成自动换刀，实现工序复合，实现工序高度集中。数控加工应用于轮胎模具的特点(1)缩短工件的加工时间。一个轮胎模具的胎面圈，如果采用铸造工艺需要30天，如果采用电火花工艺需要20天。如果使用高速直刻模具，一般需要10天，可见加工时间可以大大缩短。(2)工件一次装夹后，可以进行粗加工或精加工，图案边角的加工更加灵活。轮胎花纹大多是有很多角的小块。所有的图案都可以用五轴加工中心雕刻，只需要一次装夹。(3)随着切削力和切削温度的降低，刀具磨损减少，使用寿命延长。刀具成本在工件加工成本价中占有一定的比例。(4)数控加工可以实现切削加工
用切削工艺代替磨削工艺具有刀具结构简化、工艺灵活性强、节约能源等优点，都降低了工件的加工成本。(5)与常规加工工艺相比，可以简化加工工序，降低加工成本。比如对于模具型腔的加工，常规的加工工艺是：毛坯退火-粗加工-调质-半精加工-电极加工-电火花加工-手工抛光等。采用数控加工技术，加工过程可以简化为：毛坯退火-粗加工-调质-精加工-超精加工。这样，省略了电极制造过程，降低了生产成本，消除了由放电加工引起的表面硬化问题，并且减少或消除了人工精加工。下一步(6)提高加工质量。由于数控加工中刀具的激振频率远离工艺系统的固有频率，不会引起工艺系统的强迫振动，从而保证较好的加工状态。由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，刀具和工件变形小，保持了尺寸精度，切削损伤层变薄，残余应力小，实现了高精度、低粗糙度加工。从动力学的角度可以知道，切削力的减小会减小切削力引起的振动(即强迫振动)的幅度。随着转速的提高，切削系统的工作频率远离机床的固有频率，从而避免了共振的发生。因此，数控切割可以大大降低表面粗糙度，提高加工质量。图3弹性夹套和热缩刀具图4高精度夹套图5液压刀柄图6高效螺纹铣刀图7高效精铣刀提高效率的优化过程。高效刀具的选择在数控加工中非常重要。数控刀具总的要求是安装调整方便、刚性好、精度高、耐用好。在此基础上，综合考虑工件材料的切削性能、机床的加工能力、数控加工工艺类型、切削用量以及与机床和数控装置工作范围相关的诸多因素。对于轮胎模具的数控加工，为了缩短生产周期，降低加工成本，我们选择了以下适合数控雕刻高速切削的刀柄系统(图3-图7)。画
3中是适合高速加工的刀柄系统弹性夹套和热缩式刀柄。弹性夹套，这种夹紧系统是当前较流行的。由於其性价比较高，在欧美及中国市场广泛认同。尽管其价格高於PG/TG弹性夹套，但因其精度高，所以适合於高速切削加工。该系统的优点是：同心度较好；相对小的本体直径；夹紧力大；需要一个平衡的螺帽系统；不同类型的密封圈。热缩式刀柄采用新的技术和设计。尽管它对所夹持的刀具有一定的要求，且需特殊的设备，但它具备了以下特点，所以备受某些领域特别是模具工业越来越多用户的青睐。其优点是：同心度较好；相对小的本体直径；离心力低；均匀的材质；夹紧力大；动平衡度很高；本体经热处理；有加热系统。高精度HP（High Precision）夹套，采用新的技术和设计。尽管与ER弹性夹套相似，但夹紧方式是通过定位而不是螺纹，其精度可提高3倍，其价格比液压夹套低。该夹套的主要优点是：同心度好、夹紧力大、本体直径小、易於清洗、离心力小、易做动平衡。液压刀柄采用新的技术和设计。由於采用了液压技术，所以装卸方便，定位准确。其优点是同心度好、本体直径小、易於清洗、拆卸方便等。而对於铝材质的花纹块，加工时我们选用刀具时则兼顾了效率和成本，主要采用了螺纹铣刀（如图6），它的优点主要就是排屑性能很好，防止铝在切削过程中产生粘刀现象。对於精加工的一些曲面，我们主要采用了加工性能比较优异的铝合金铣刀，这种刀具的主要优势就是比较耐用，可以减少换刀测刀的次数，提高了效率。nextpage加工程序刀路的优化在轮胎模具花纹数控编程加工的操作过程中，首先需要加载毛坯，定义工序加工的对象，设计刀具，定义加工的方式并生成相应的加工程式。然後依据加工程式的内容，如加工对象的具体参数、刀具的导动方式、铣削步距、主轴转速、进给量、铣削角度、进退刀点、干涉面及安全平面等详细内容来确立刀具轨迹的生成方式。最後再通过後处理生成机床能够识别的程序，实现对产品的加工。在这一过程中可以逐一分析问题的关键点，实现程序的优化，从而达到提高效率的目的。我们在加工过程中需要不断优化刀路，必须做到以下几点：进刀方式图8 改进刀路一图9改进刀路二图10经过优化的刀路
以前我们在编程中通常是采用螺旋进刀的方式，这样做很浪费时间，通过不断的尝试，采用了坡铣进刀的方式。由图8看出刀具始终保持连续切削，这样加工每个槽的时间大为缩短，提高了加工效率。减少进退刀，尽量保持刀具的连续切削由图9可见刀具始终保持连续切削，从头到尾刀具只有一次进刀和退刀的过程，节省了很多时间，提高了生产效率。刀路优化後尽量减少走空刀(1) 在加工过程中，尽量保持最大和稳定的切削速度，充分发挥机床和刀具的性能。(2) 避免加工过程中加速度的不连续和突变，可在程序段中加入一些圆弧过渡段。(3) 刀具运动时，保持恒定的主轴进给，产生相同体积的切屑。(4) 尽可能减少铣削负荷的变化，使加工余量控制均匀。(5) 减少无切削运动，无垂直方向的跳动，无切削方向的剧变。(6) 小切削量大进给速率，高效切削，同时提高刀具寿命。(7) 在保证插值公差的前提下，尽可能减少程序长度。(8) 提供高度连续的光顺刀路轨迹。数控机床作为一种高效率的设备，要充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点，除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外，还应在编程前进行详细的工艺分析和确定合理的加工工艺，以得到最优的加工方案。本文通过对刀具的正确选择和对加工刀路的优化结果的对比，可以知道轮胎花纹模具在数控加工中必须针对其结构的特殊性、复杂性、多变性等特点，选择正确的刀具，同时改善其加工过程的刀具路线，以此来提高加工效率，体现出数控加工的效率和优点。其实，在轮胎花纹模具加工过程中还能通过优化很多其它的内容来达到提高效率，比如采用高效率的编程软件、利用快速装夹和快速定位的工装夹具等。