輪胎模具的花紋本來(lái)就復(fù)雜多變，而隨著各大輪胎廠商為了提高競(jìng)爭(zhēng)力，都加大輪胎花紋的復(fù)雜性和對(duì)輪胎模具的要求，輪胎花紋變化相當(dāng)快，品種多樣化，模具的交貨期也越來(lái)越短。在采用高速數(shù)控加工的手段來(lái)加工輪胎花紋過(guò)程中，往往要根據(jù)模具花紋型腔的特殊結(jié)構(gòu)快速地做出工藝調(diào)整，這給技術(shù)人員帶來(lái)了麻煩。因此，針對(duì)輪胎花紋的特殊性以及可循的規(guī)律性，我們通過(guò)分析其加工工藝性問(wèn)題，并進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，以此提高了加工效率。
　　
　　數(shù)控加工和傳統(tǒng)加工一樣都有著*的加工工藝性，輪胎花紋數(shù)控加工也不例外，下面就輪胎花紋數(shù)控加工的工藝性、加工特點(diǎn)及其工藝優(yōu)化等問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。
　　
　　輪胎花紋結(jié)構(gòu)的工藝性分析
　　
　　熟悉輪胎模具結(jié)構(gòu)及其加工的人都知道，輪胎花紋塊內(nèi)腔的結(jié)構(gòu)工藝性符合數(shù)控加工的特點(diǎn)，即：
　　
　　（1）塊的內(nèi)腔和外形具有統(tǒng)一或近似的結(jié)構(gòu)和尺寸，該結(jié)構(gòu)可減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。
　　
　　（2）輪胎花紋形狀雖然千變?nèi)f化，但很多花紋具有圓角轉(zhuǎn)角，其適合采用刀具直接加工。
　　
　?。?）模具花紋塊，加工時(shí)都能采用其背面做為統(tǒng)一的基準(zhǔn)定位，以保證多次裝夾加工後其精度相對(duì)準(zhǔn)確。
　　
　?。?）紋塊背面有合適的孔作為定位基準(zhǔn)孔，或者有定位凸臺(tái)作為統(tǒng)一基準(zhǔn)，是花紋塊達(dá)到一次裝夾後完成所有加工位置，提高其加工的剛性和可加工度。
　　
　　輪胎花紋數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)
　　
　　輪胎花紋的數(shù)控加工與常規(guī)數(shù)控加工原則上沒(méi)有差別，也和傳統(tǒng)加工的原則基本上是一致的。但因?yàn)檩喬セy具有其特殊結(jié)構(gòu)，因此具有自身的特點(diǎn)：
　　
　　多弧度多角度的特點(diǎn)，只有采用數(shù)控加工才保證精度
　　
　　輪胎花紋具有弧度多、角度多的特點(diǎn)（見(jiàn)圖1），采用傳統(tǒng)的加工手段無(wú)法完成，即使采用目前流行的電火花加工工藝也存在一些無(wú)法解決的問(wèn)題，例如無(wú)法解決每個(gè)位置保持方向的加工問(wèn)題，更不用說(shuō)采用三軸或四軸等常見(jiàn)的數(shù)控加工了。
　　　　工序高度集中，適合數(shù)控加工
　　
　　在輪胎花紋的加工過(guò)程中，其加工工序高度集中，主要以銑加工為主，但因?yàn)榧庸さ慕嵌?、轉(zhuǎn)角等不統(tǒng)一，有些花紋還有薄而高的小筋條或者窄而深的小槽，甚至是表面不規(guī)則的坑坑洼洼結(jié)構(gòu)，所以其對(duì)刀具的要求比較高。五軸數(shù)控加工中心通常載有刀庫(kù)，并具有多維轉(zhuǎn)換的功能，可以完成自動(dòng)換刀，實(shí)現(xiàn)工序復(fù)合，實(shí)現(xiàn)工序的高度集中。
　　
　　數(shù)控加工應(yīng)用於輪胎模具的特點(diǎn)
　　
　?。?）工件的加工時(shí)間縮短。對(duì)一副輪胎模具的花紋圈，若采用鑄造技術(shù)要30天的時(shí)間，采用電火花技術(shù)則需要20天的時(shí)間。若采用高速加工的直接雕刻模具，一般為10天，可見(jiàn)能大幅減少加工時(shí)間。
　　
　?。?）工件一次裝夾後既可以進(jìn)行粗加工，也可以進(jìn)行精加工，對(duì)花紋角落的處理更是靈活多變。輪胎花紋多為小塊狀，拐角特別多，用五軸加工中心只需一次裝夾就能把所有的花紋都雕刻出來(lái)。
　　
　?。?）由於切削力和切削溫度的降低，使得刀具磨損降低，使用壽命延長(zhǎng)。而刀具的造價(jià)在工件加工的成本價(jià)中占有一定的比例。
　　
　　（4）數(shù)控加工可以實(shí)現(xiàn)以切代磨。用切削工藝代替磨削工藝具有刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，工藝靈活性強(qiáng)、節(jié)省能源等*性，這些都使得工件的加工成本降低。
　　
　?。?）與常規(guī)加工工藝比較，可以簡(jiǎn)化加工工序從而降低加工成本。如模具型腔的加工，用常規(guī)加工工藝是：毛坯退火—粗加工—調(diào)質(zhì)處理—半精加工—電極加工—電火花加工—人工拋光等。而采用數(shù)控加工技術(shù)，則加工工藝可簡(jiǎn)化為：毛坯退火—粗加工—調(diào)質(zhì)處理—精加工—超精加工。這樣就省去了電極制作的加工工序，降低了生產(chǎn)成本，也消除了放電加工所帶來(lái)的表面硬化問(wèn)題，減少或免除了人工光整加工。
　　
　?。?）提高了加工質(zhì)量。因?yàn)閿?shù)控加工時(shí)刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，保證了較好的加工狀態(tài)。由於切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的性，也使得切削破壞層變薄，殘余應(yīng)力小，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。從動(dòng)力學(xué)角度分析頻率的形成可知，切削力的降低將減小由於切削力產(chǎn)生的振動(dòng)（即強(qiáng)迫振動(dòng)）的振幅；轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的固有頻率，避免共振的發(fā)生。因此數(shù)控切削可大幅度降低加工表面粗糙度，提高加工質(zhì)量。
　　　　優(yōu)化工藝，提率
　　
　　刀具的選用
　　
　　在數(shù)控加工中，正確地選擇數(shù)控刀柄、刀具是很重要的。對(duì)數(shù)控刀具總的要求是安裝調(diào)整方便、剛性好、精度高、耐用度好，在此基礎(chǔ)上綜合考慮工件材料的切削性能，機(jī)床的加工能力，數(shù)控加工工序的類(lèi)型，切削用量以及與機(jī)床和數(shù)控裝置工作范圍有關(guān)的諸多因素。
　　
　　對(duì)於輪胎模具的數(shù)控加工來(lái)說(shuō)，為縮短生產(chǎn)周期，降低加工成本，我們?cè)跀?shù)控雕刻中選用了以下幾種比較適合高速切削加工用的刀柄系統(tǒng)（圖3-圖7）。

　　
　　圖3中是適合高速加工的刀柄系統(tǒng)彈性?shī)A套和熱縮式刀柄。彈性?shī)A套，這種夾緊系統(tǒng)是當(dāng)前較流行的。由於其性價(jià)比較高，在歐美及中國(guó)市場(chǎng)廣泛認(rèn)同。盡管其價(jià)格高於PG/TG彈性?shī)A套，但因其精度高，所以適合於高速切削加工。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：同心度較好；相對(duì)小的本體直徑；夾緊力大；需要一個(gè)平衡的螺帽系統(tǒng)；不同類(lèi)型的密封圈。
　　
　　熱縮式刀柄采用新的技術(shù)和設(shè)計(jì)。盡管它對(duì)所夾持的刀具有一定的要求，且需特殊的設(shè)備，但它具備了以下特點(diǎn)，所以備受某些領(lǐng)域特別是模具工業(yè)越來(lái)越多用戶的青睞。其優(yōu)點(diǎn)是：同心度較好；相對(duì)小的本體直徑；離心力低；均勻的材質(zhì)；夾緊力大；動(dòng)平衡度很高；本體經(jīng)熱處理；有加熱系統(tǒng)。
　　
　　高精度HP（HighPrecision）夾套，采用新的技術(shù)和設(shè)計(jì)。盡管與ER彈性?shī)A套相似，但夾緊方式是通過(guò)定位而不是螺紋，其精度可提高3倍，其價(jià)格比液壓夾套低。該夾套的主要優(yōu)點(diǎn)是：同心度好、夾緊力大、本體直徑小、易於清洗、離心力小、易做動(dòng)平衡。
　　
　　液壓刀柄采用新的技術(shù)和設(shè)計(jì)。由於采用了液壓技術(shù)，所以裝卸方便，定位準(zhǔn)確。其優(yōu)點(diǎn)是同心度好、本體直徑小、易於清洗、拆卸方便等。
　　
　　而對(duì)於鋁材質(zhì)的花紋塊，加工時(shí)我們選用刀具時(shí)則兼顧了效率和成本，主要采用了螺紋銑刀（如圖6），它的優(yōu)點(diǎn)主要就是排屑性能很好，防止鋁在切削過(guò)程中產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象。
　　
　　對(duì)於精加工的一些曲面，我們主要采用了加工性能比較優(yōu)異的鋁合金銑刀，這種刀具的主要優(yōu)勢(shì)就是比較耐用，可以減少換刀測(cè)刀的次數(shù)，提高了效率。
　　
　　加工程序刀路的優(yōu)化
　　
　　在輪胎模具花紋數(shù)控編程加工的操作過(guò)程中，首先需要加載毛坯，定義工序加工的對(duì)象，設(shè)計(jì)刀具，定義加工的方式并生成相應(yīng)的加工程式。然後依據(jù)加工程式的內(nèi)容，如加工對(duì)象的具體參數(shù)、刀具的導(dǎo)動(dòng)方式、銑削步距、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、銑削角度、進(jìn)退刀點(diǎn)、干涉面及安全平面等詳細(xì)內(nèi)容來(lái)確立刀具軌跡的生成方式。zui後再通過(guò)後處理生成機(jī)床能夠識(shí)別的程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的加工。在這一過(guò)程中可以逐一分析問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)程序的優(yōu)化，從而達(dá)到提率的目的。
　　
　　我們?cè)诩庸み^(guò)程中需要不斷優(yōu)化刀路，必須做到以下幾點(diǎn)：
　　
　　進(jìn)刀方式
　　
　　以前我們?cè)诰幊讨型ǔＪ遣捎寐菪M(jìn)刀的方式，這樣做很浪費(fèi)時(shí)間，通過(guò)不斷的嘗試，采用了坡銑進(jìn)刀的方式。
　　
　　由圖8看出刀具始終保持連續(xù)切削，這樣加工每個(gè)槽的時(shí)間大為縮短，提高了加工效率。
　　
　　減少進(jìn)退刀，盡量保持刀具的連續(xù)切削
　　
　　由圖9可見(jiàn)刀具始終保持連續(xù)切削，從頭到尾刀具只有一次進(jìn)刀和退刀的過(guò)程，節(jié)省了很多時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
　　
　　刀路優(yōu)化後盡量減少走空刀
　　
　　（1）在加工過(guò)程中，盡量保持zui大和穩(wěn)定的切削速度，充分發(fā)揮機(jī)床和刀具的性能。
　　
　?。?）避免加工過(guò)程中加速度的不連續(xù)和突變，可在程序段中加入一些圓弧過(guò)渡段。
　　
　　（3）刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)，保持恒定的主軸進(jìn)給，產(chǎn)生相同體積的切屑。
　　
　?。?）盡可能減少銑削負(fù)荷的變化，使加工余量控制均勻。
　　
　?。?）減少無(wú)切削運(yùn)動(dòng)，無(wú)垂直方向的跳動(dòng)，無(wú)切削方向的劇變。
　　
　　（6）小切削量大進(jìn)給速率，切削，同時(shí)提高刀具壽命。
　　
　?。?）在保證插值公差的前提下，盡可能減少程序長(zhǎng)度。
　　
　?。?）提供高度連續(xù)的光順刀路軌跡。
　　
　　數(shù)控機(jī)床作為一種率的設(shè)備，要充分發(fā)揮其高性能、高精度和高自動(dòng)化的特點(diǎn)，除了必須掌握機(jī)床的性能、特點(diǎn)及操作方法外，還應(yīng)在編程前進(jìn)行詳細(xì)的工藝分析和確定合理的加工工藝，以得到*的加工方案。
　　
　　本文通過(guò)對(duì)刀具的正確選擇和對(duì)加工刀路的優(yōu)化結(jié)果的對(duì)比，可以知道輪胎花紋模具在數(shù)控加工中必須針對(duì)其結(jié)構(gòu)的特殊性、復(fù)雜性、多變性等特點(diǎn)，選擇正確的刀具，同時(shí)改善其加工過(guò)程的刀具路線，以此來(lái)提高加工效率，體現(xiàn)出數(shù)控加工的效率和優(yōu)點(diǎn)。
　　
　　其實(shí)，在輪胎花紋模具加工過(guò)程中還能通過(guò)優(yōu)化很多其它的內(nèi)容來(lái)達(dá)到提率，比如采用率的編程軟件、利用快速裝夾和快速定位的工裝夾具等。
　　
　　（作者：廣東巨輪模具股份有限公司陳志勇曾旭釗）