輪胎模具的花紋本來就復雜多變，而隨著各大輪胎廠商為了提高競爭力，都加大輪胎花紋的復雜性和對輪胎模具的要求，輪胎花紋變化相當快，品種多樣化，模具的交貨期也越來越短。在采用高速數控加工的手段來加工輪胎花紋過程中，往往要根據模具花紋型腔的特殊結構快速地做出工藝調整，這給技術人員帶來了麻煩。因此，針對輪胎花紋的特殊性以及可循的規律性，我們通過分析其加工工藝性問題，并進行相關的優化，以此提高了加工效率。
　　
　　數控加工和傳統加工一樣都有著*的加工工藝性，輪胎花紋數控加工也不例外，下面就輪胎花紋數控加工的工藝性、加工特點及其工藝優化等問題進行簡單分析。
　　
　　輪胎花紋結構的工藝性分析
　　
　　熟悉輪胎模具結構及其加工的人都知道，輪胎花紋塊內腔的結構工藝性符合數控加工的特點，即：
　　
　　（1）塊的內腔和外形具有統一或近似的結構和尺寸，該結構可減少刀具規格和換刀次數，使編程方便，生產效益提高。
　　
　　（2）輪胎花紋形狀雖然千變萬化，但很多花紋具有圓角轉角，其適合采用刀具直接加工。
　　
　　（3）模具花紋塊，加工時都能采用其背面做為統一的基準定位，以保證多次裝夾加工後其精度相對準確。
　　
　　（4）紋塊背面有合適的孔作為定位基準孔，或者有定位凸臺作為統一基準，是花紋塊達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。
　　
　　輪胎花紋數控加工的工藝特點
　　
　　輪胎花紋的數控加工與常規數控加工原則上沒有差別，也和傳統加工的原則基本上是一致的。但因為輪胎花紋具有其特殊結構，因此具有自身的特點：
　　
　　多弧度多角度的特點，只有采用數控加工才保證精度
　　
　　輪胎花紋具有弧度多、角度多的特點（見圖1），采用傳統的加工手段無法完成，即使采用目前流行的電火花加工工藝也存在一些無法解決的問題，例如無法解決每個位置保持方向的加工問題，更不用說采用三軸或四軸等常見的數控加工了。
　　　　工序高度集中，適合數控加工
　　
　　在輪胎花紋的加工過程中，其加工工序高度集中，主要以銑加工為主，但因為加工的角度、轉角等不統一，有些花紋還有薄而高的小筋條或者窄而深的小槽，甚至是表面不規則的坑坑洼洼結構，所以其對刀具的要求比較高。五軸數控加工中心通常載有刀庫，并具有多維轉換的功能，可以完成自動換刀，實現工序復合，實現工序的高度集中。
　　
　　數控加工應用於輪胎模具的特點
　　
　　（1）工件的加工時間縮短。對一副輪胎模具的花紋圈，若采用鑄造技術要30天的時間，采用電火花技術則需要20天的時間。若采用高速加工的直接雕刻模具，一般為10天，可見能大幅減少加工時間。
　　
　　（2）工件一次裝夾後既可以進行粗加工，也可以進行精加工，對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。
　　
　　（3）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。而刀具的造價在工件加工的成本價中占有一定的比例。
　　
　　（4）數控加工可以實現以切代磨。用切削工藝代替磨削工藝具有刀具結構簡化，工藝靈活性強、節省能源等*性，這些都使得工件的加工成本降低。
　　
　　（5）與常規加工工藝比較，可以簡化加工工序從而降低加工成本。如模具型腔的加工，用常規加工工藝是：毛坯退火—粗加工—調質處理—半精加工—電極加工—電火花加工—人工拋光等。而采用數控加工技術，則加工工藝可簡化為：毛坯退火—粗加工—調質處理—精加工—超精加工。這樣就省去了電極制作的加工工序，降低了生產成本，也消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工。
　　
　　（6）提高了加工質量。因為數控加工時刀具切削的激勵頻率遠離工藝系統的固有頻率，不會造成工藝系統的受迫振動，保證了較好的加工狀態。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，殘余應力小，實現了高精度、低粗糙度加工。從動力學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生的振動（即強迫振動）的振幅；轉速的提高使切削系統的工作頻率遠離機床的固有頻率，避免共振的發生。因此數控切削可大幅度降低加工表面粗糙度，提高加工質量。
　　　　優化工藝，提率
　　
　　刀具的選用
　　
　　在數控加工中，正確地選擇數控刀柄、刀具是很重要的。對數控刀具總的要求是安裝調整方便、剛性好、精度高、耐用度好，在此基礎上綜合考慮工件材料的切削性能，機床的加工能力，數控加工工序的類型，切削用量以及與機床和數控裝置工作范圍有關的諸多因素。
　　
　　對於輪胎模具的數控加工來說，為縮短生產周期，降低加工成本，我們在數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（圖3-圖7）。

　　
　　圖3中是適合高速加工的刀柄系統彈性夾套和熱縮式刀柄。彈性夾套，這種夾緊系統是當前較流行的。由於其性價比較高，在歐美及中國市場廣泛認同。盡管其價格高於PG/TG彈性夾套，但因其精度高，所以適合於高速切削加工。該系統的優點是：同心度較好；相對小的本體直徑；夾緊力大；需要一個平衡的螺帽系統；不同類型的密封圈。
　　
　　熱縮式刀柄采用新的技術和設計。盡管它對所夾持的刀具有一定的要求，且需特殊的設備，但它具備了以下特點，所以備受某些領域特別是模具工業越來越多用戶的青睞。其優點是：同心度較好；相對小的本體直徑；離心力低；均勻的材質；夾緊力大；動平衡度很高；本體經熱處理；有加熱系統。
　　
　　高精度HP（HighPrecision）夾套，采用新的技術和設計。盡管與ER彈性夾套相似，但夾緊方式是通過定位而不是螺紋，其精度可提高3倍，其價格比液壓夾套低。該夾套的主要優點是：同心度好、夾緊力大、本體直徑小、易於清洗、離心力小、易做動平衡。
　　
　　液壓刀柄采用新的技術和設計。由於采用了液壓技術，所以裝卸方便，定位準確。其優點是同心度好、本體直徑小、易於清洗、拆卸方便等。
　　
　　而對於鋁材質的花紋塊，加工時我們選用刀具時則兼顧了效率和成本，主要采用了螺紋銑刀（如圖6），它的優點主要就是排屑性能很好，防止鋁在切削過程中產生粘刀現象。
　　
　　對於精加工的一些曲面，我們主要采用了加工性能比較優異的鋁合金銑刀，這種刀具的主要優勢就是比較耐用，可以減少換刀測刀的次數，提高了效率。
　　
　　加工程序刀路的優化
　　
　　在輪胎模具花紋數控編程加工的操作過程中，首先需要加載毛坯，定義工序加工的對象，設計刀具，定義加工的方式并生成相應的加工程式。然後依據加工程式的內容，如加工對象的具體參數、刀具的導動方式、銑削步距、主軸轉速、進給量、銑削角度、進退刀點、干涉面及安全平面等詳細內容來確立刀具軌跡的生成方式。zui後再通過後處理生成機床能夠識別的程序，實現對產品的加工。在這一過程中可以逐一分析問題的關鍵點，實現程序的優化，從而達到提率的目的。
　　
　　我們在加工過程中需要不斷優化刀路，必須做到以下幾點：
　　
　　進刀方式
　　
　　以前我們在編程中通常是采用螺旋進刀的方式，這樣做很浪費時間，通過不斷的嘗試，采用了坡銑進刀的方式。
　　
　　由圖8看出刀具始終保持連續切削，這樣加工每個槽的時間大為縮短，提高了加工效率。
　　
　　減少進退刀，盡量保持刀具的連續切削
　　
　　由圖9可見刀具始終保持連續切削，從頭到尾刀具只有一次進刀和退刀的過程，節省了很多時間，提高了生產效率。
　　
　　刀路優化後盡量減少走空刀
　　
　　（1）在加工過程中，盡量保持zui大和穩定的切削速度，充分發揮機床和刀具的性能。
　　
　　（2）避免加工過程中加速度的不連續和突變，可在程序段中加入一些圓弧過渡段。
　　
　　（3）刀具運動時，保持恒定的主軸進給，產生相同體積的切屑。
　　
　　（4）盡可能減少銑削負荷的變化，使加工余量控制均勻。
　　
　　（5）減少無切削運動，無垂直方向的跳動，無切削方向的劇變。
　　
　　（6）小切削量大進給速率，切削，同時提高刀具壽命。
　　
　　（7）在保證插值公差的前提下，盡可能減少程序長度。
　　
　　（8）提供高度連續的光順刀路軌跡。
　　
　　數控機床作為一種率的設備，要充分發揮其高性能、高精度和高自動化的特點，除了必須掌握機床的性能、特點及操作方法外，還應在編程前進行詳細的工藝分析和確定合理的加工工藝，以得到*的加工方案。
　　
　　本文通過對刀具的正確選擇和對加工刀路的優化結果的對比，可以知道輪胎花紋模具在數控加工中必須針對其結構的特殊性、復雜性、多變性等特點，選擇正確的刀具，同時改善其加工過程的刀具路線，以此來提高加工效率，體現出數控加工的效率和優點。
　　
　　其實，在輪胎花紋模具加工過程中還能通過優化很多其它的內容來達到提率，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）