在汽车覆盖件模具加工过程中，3+2（五面体）的加工方式是刀具及机床发挥其功能的极佳方式。随着新型刀具的不断推出以及模具材料的不断变化，切削参数也在不断变化，另外，由于不同机床的结构不同，切削参数也不同。

在汽车模具数控加工过程中，由于覆盖件模具的特殊性和复杂性，以及3轴数控机床无法根据零件表面曲率的变化调整加工角度，造成刀具在不同的加工角度下，切削的线速度始终在变化，无法达到理想的状态。当垂直角度加工时，球头刀的切削点线速度为零，且在刀尖点附近切削线速度也很低，影响模具的表面质量；另外，在加工深型腔的模具时，则需要加长刀具来进行切削。以北汽福田汽车股份有限公司潍坊模具厂的实际加工为例，在加工前罩板拉延模具的过程中，产生的主要问题有：

1、切削后的型面的表面粗糙度不均匀；

2、侧面加工时产生了让刀现象，导致侧面间隙变小；

3、刀具在频繁的线速度变化中提前磨损；

4、由于刀具的加长使其切削刚性不足，从而导致整体刚性下降，引起机床颤动，在变型区出现刀具颤动后产生的凹坑、麻点；

5、一些区域受刀具长度限制而难于加工，甚至不能加工；

6、一些修边模的刃口及型面因热处理而产生变形，导致难以加工；

7、一些盆型的深型腔的模具用球头刀加工时，效率低下。

一、刀具及加工参数的选择原则

在通常的思维中，有一个误区，那就是人们更关心数控机床的转速，往往忽略刀具的额定线速度。实际上，每种刀具都有其适宜的加工范围，其线速度是一定的。以最常用的SANDVIK硬质合金球头刀为例，我们根据多年的实践经验总结出较适合本厂情况的加工区域（见图1）。

图1 SANDVIK球头刀的加工区域图

从图中可以看出，直径为20mm的球头刀的线速度为200～300m/min时，其适宜的机床转速在5000～7000r/min之间，而这个线速度已接近该刀具的最高线速度了。因此，刀具的选择应当在转速和线速度之间找出最佳值，使刀具寿命和加工效率达到最理想的状态。

当然，选择各类涂层刀具，可在相同的线速度时，提高刀具的寿命，特别是对一些硬度较高的模具，另外，选择陶瓷刀具可提高刀具的线速度，但由于其脆性等因素在模具加工中用量较小。

二、刀具切削直径分析

刀具线速度的计算公式为：

Vc =л•Dw•n/1000

其中：Dw为刀具的切削直径；

Vc为切削线速度；

n为主轴的转速。

一般来说，刀具的直径不同于刀具的切削直径。平头刀的切削直径接近于刀具直径，这样在选择切削参数时，可参照刀具供应商提供的刀具手册；而对于在模具加工中常用的球头刀，则因加工深度和切削角度不同，使得刀具切削直径和刀具外径相差很大（见图2），当直径为20mm的球头刀切削深度为4mm时，刀具的切削直径只有16mm，为刀具外径的80%。

图2 直径为20mm球头刀的切削直径

通过分析，我们设想要达到理想的切削效果，就要尽量提高刀具的切削直径，进而提高切削速度，以提高加工效率和加工质量，另外，包括对淬火后型面及刃口等的加工，我们采取了改善刀具加工的角度和选择合理的刀具种类等方式。

三、改善刀具的加工角度

1、五轴联动加工

五轴联动机床可以根据不同的切削角度，来调整刀具的倾斜角度，使得切削线速度基本恒定，始终保持理想的切削速度，其优点可概括如下：

*减小刀具长度，提高了加工刚性；

*可获得较均匀的表面粗糙度；

*使用相对低的转速，达到理想的切削效果；

*可保持较佳的切削线速度；

*可加工3轴数控机床难以加工或无法加工的深型腔模具。

*但是，在实际加工过程中，我们也发现五轴联动加工存在一些缺点：

*CAM编程序时，计算时间长、工作量大；

*由于五轴联动，A、C头转动也需要时间，从而降低了加工效率；

*五轴联动还要考虑产生了一些新的加工干涉；

*由于A、C头始终处于非夹紧状态，降低了加工的刚性；

*操作人员干预性较差。

2、3+2的加工方式

所谓3+2（五面体）的加工方式，就是指A、C头根据不同型面的需要，转到一定的角度，然后锁紧进行加工，当加工完某一区域后，再根据需要调整A、C头的角度。要实现300mm/min的切削线速度，0°倾角时需要14000r/min的转速，而30°倾角时只需要6500r/min的转速就可达到相同的切削线速度。

概括起来，3+2（五面体）的加工方式具有以下优点：

可根据不同的型腔采用不同的加工倾角，使倾角加工实现了较理想的切削直径，从而获得较佳的线速度（见下表）；

可实现一个工件分不同区域采用多方向、多角度的加工，例如在加工前罩板拉延模凹模时，共分了9个区域进行加工，取得了良好的效果；

可使操作人员根据实际情况，随时灵活调节加工角度；

由于A、C头的锁紧而增加了整体的刚性，从而获得了理想的间隙；

由于转速相对较低，从而用普通刀柄代替了平衡刀柄，降低了加工费用。

四、选择合理的刀具种类

对于一些淬火后产生变形的修边模刃口，我们采用的方法是淬火前留下0.3mm的余量，淬火后采用大螺旋角六刃的超硬刀具加工，如日立的CEPR6200-TH-20-HHE及SANDVIK的 R215.3A-10030-BC22H-1010（见图3），切削参数为：刀具直径为20mm、转速为1600r/min、进给速度为600mm/min、加工材料为7CrSi和Cr12MoV等、硬度在HRC55以上，取得了良好的效果。

在型面较平缓的表面或固定截面（等高线）的表面加工时，利用平刀或成形刀具，如长鼻端铣刀等，也能获得很高的线速度（见图4），从而达到良好的切削效果。这类刀具特别适用于深盆腔型模具的固定截面（等高线）的加工。

对于那些型面淬火后变形的模具，我们采用带有立方氮化硼涂层材料CBN的硬质合金刀片来加工，实际加工效果也很理想，其线速度可达500m/min以上。

图3 大螺旋角六刃超硬刀具        图4 长鼻端铣刀的加工图