王斌修 王均波

（青島理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東青島 266033）

三軸銑削加工方式支持三個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)，可解決一般的曲面加工問題。在模具加工中，三軸加工是使用最多的一種加工方式，同時(shí)也能解決絕大部分的模具銑削加工問題。Cimatronit針對(duì)型腔模具加工中應(yīng)用最為廣泛的三軸銑削加工編程，應(yīng)用其原創(chuàng)的基于毛坯余量知識(shí)的智能NC編程技術(shù)，結(jié)合加工模具零件的各種獨(dú)特功能，使其成為當(dāng)今最理想的型腔模CAM解決方案之一。

在三軸銑削加工中，一般可分為粗加工、半精加工和精加工三種類型。粗加工的目的在于從毛坯上高效地去除大部分的余量，而精加工的目的主要在于達(dá)到零件要求的表面精度與質(zhì)量。在這兩類加工之間，根據(jù)需要一般還要做半精加工，其目的主要在于去除粗加工后留下的不均勻余量，使加工后的余量較小且比較均勻，有利于精加工采用較高的切削速度，以達(dá)到高精度、高效率的目的。

Cimatronit中的MILL 3AXES就是用于此種加工方式的刀路類型。在該刀路類型中，提供了相當(dāng)豐富的三軸加工策略。特別值得指出的是其中的WCUT工序，可同時(shí)支持模具的粗加工、半精加工及精加工，不僅可以基于毛坯余量情況進(jìn)行半精加工，而且在精加工中支持曲率分析，能自動(dòng)針對(duì)不同類型的曲面采取不同的加工策略來完成。以下將通過一個(gè)模具零件的整個(gè)加工過程，來分別介紹使用WCUT工序進(jìn)行粗加工、半精加工及精加工編程的方法。

1 前期準(zhǔn)備工作

1.1 建立機(jī)床坐標(biāo)系

打開模型文件，選擇UCS/ORIGIN+ROT，新建一個(gè)名為WCUT的用戶坐標(biāo)系。選擇MODEL坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系時(shí)，并以SURFACE-C方式選擇零件左上角點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)ROTATE提示時(shí)，選擇No，完成坐標(biāo)系的定義。繼續(xù)選擇UCS/ACTIVE，將該坐標(biāo)系設(shè)置為當(dāng)前坐標(biāo)系，如圖1所示。此款模具為提升機(jī)架下模具鑄造型腔，型腔復(fù)雜，材料為H13模具鋼。鑄造件材料為鋁38，鑄造必須符合TT-89。經(jīng)過加工中心的初步加工后，到雕刻機(jī)上進(jìn)行小刀具精雕加工。本文主要通過此款模具型腔在加工中心的數(shù)控加工，論述WCUT工序在粗加工、半精加工及精加工的應(yīng)用。

1.2 建立三軸刀路

切換至NC模塊后，系統(tǒng)自動(dòng)建立一個(gè)與WCUT相對(duì)應(yīng)的M—WCUT機(jī)床坐標(biāo)系。在隨后顯示的刀路管理器刀路模式下，選擇CREAT/MILL 3AXSE生成一個(gè)三軸刀路TP-WCUT。

1.3 建立刀具

在建立具體的工序之前，一般需要設(shè)置好加工所使用到的刀具。如果在此之前已建立了刀具庫，則直接從刀具庫調(diào)用即可，否則也可根據(jù)需要臨時(shí)定義刀具。定義刀具可選擇道路管理器的TOOLS，也可直接選擇應(yīng)用功能菜單中的TOOLS功能。根據(jù)模具型腔加工的需要，建立了三把刀具，E50進(jìn)行型腔的開粗加工，E20在粗加工的基礎(chǔ)上進(jìn)行半精加工，B10完成型腔的最終精加工。刀具參數(shù)如表1所列。

表1 加工所使用刀具參數(shù)

1.4 建立毛坯工序

毛坯是一個(gè)三軸程序，代表原始材料的形狀，通過加工程序的銑削，得到最終完成的工件。每個(gè)坐標(biāo)系只需要定義一個(gè)毛坯，毛坯的狀態(tài)會(huì)隨著加工程序的銑削自動(dòng)進(jìn)行更新。

進(jìn)入程序模式下，選擇CREAT/STOCK，進(jìn)行毛坯的建立。毛坯的外形尺寸為360 mm×350 mm×100 mm的矩形件，上下平面及四周輪廓已精加工，現(xiàn)需要在加工中心上完成整個(gè)型腔的加工。

2 數(shù)控編程工序安排

2.1 建立WCUT粗加工工序

粗加工的目的在于從毛坯上盡可能高效地去除大部分的余量，其中切削效率是該工序主要考慮的因素。我們采用E50環(huán)形刀進(jìn)行模具型腔的粗加工。

選擇CREATE/WCUT，在選擇第一組加工面的提示下，采用BY CRITERIA方式選中所有曲面模型，并在選擇第二組加工面及定義加工輪廓范圍的提示下直接退出選擇。

選擇WCUT CONTOUR ROUPH進(jìn)行粗加工。由于WCUT/ROUGH工序具有高效的環(huán)繞切削走刀及智能化的進(jìn)刀設(shè)置等優(yōu)點(diǎn)，是針對(duì)型腔模零件粗加工的理想工序。該工序可根據(jù)加工參數(shù)中設(shè)置的加工高度范圍及層降高度，生成一系列隨毛坯外輪廓及零件加工外形的變化而變化的等高切削層。在每個(gè)切削層中，能基于對(duì)零件形狀的自動(dòng)判斷，生成采用側(cè)向或螺旋等自動(dòng)進(jìn)刀方式，并采取環(huán)繞或毛坯環(huán)繞等走刀形式來切削毛坯輪廓與零件輪廓所圍區(qū)域之間的材料。WCUT粗加工還支持加工區(qū)域過濾，針對(duì)不具備中心切削能力的刀具，通過對(duì)MIN PLUNGE SIZE參數(shù)的設(shè)置，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)過濾掉刀具盲區(qū)干涉的區(qū)域的粗加工路徑，而避免事故的發(fā)生。

進(jìn)入WCUT工序參數(shù)表，對(duì)有關(guān)的主要參數(shù)作如表2所示的設(shè)定，參數(shù)設(shè)置完后執(zhí)行該工序，生成的刀具路徑如圖2所示。

2.2 基于毛坯余量的半精加工

半精加工的效率與質(zhì)量對(duì)整個(gè)模具加工是至關(guān)重要的。由于粗加工后毛坯上的各處余量不均勻，如果直接根據(jù)零件模型來生成半精加工刀路，為了安全的考慮，必須根據(jù)余量最大的情況來生成刀路，這樣在加工中必然會(huì)產(chǎn)生大量的空走刀，影響加工效率。

理想的半精加工應(yīng)基于粗加工后毛坯的加工余量來計(jì)算刀具軌跡。使用WCUT/ROUGH工序，并選擇加工參數(shù)中的WITHSTOCK選項(xiàng)，使用Cimatron獨(dú)特的最佳事前優(yōu)化技術(shù)，使生成的刀具軌跡根據(jù)粗加工后毛坯的加工余量情況來生成，不僅徹底消除了空刀現(xiàn)象，而且刀具的切削載荷更合理，刀具軌跡更流暢，相比采用事后優(yōu)化技術(shù)能生成更理想的半精加工刀具軌跡。同時(shí)還可以使用獨(dú)特的沿面層加工功能，選擇BETWEEN LAYERS：ON SRF選項(xiàng)，使兩個(gè)切削層之間的毛坯加工余量通過合理的沿面層間再加工，相比通過減小層降高度來提高零件的表面加工精度的方法，可在達(dá)到相同效果的前提下，大大提高加工效率。

表2 粗加工參數(shù)設(shè)置

使用E20刀具進(jìn)行半精加工，參數(shù)設(shè)置與粗加工相似，使用WCUT/ROUGH+FINISH，選擇WITH STOCK（計(jì)算刀路時(shí)根據(jù)毛坯殘留情況進(jìn)行計(jì)算）選項(xiàng)，選擇BETWEEN LAYERS：ON SRF（層間加工采用沿面銑削方法）選項(xiàng)，其他參數(shù)設(shè)置不再詳述。參數(shù)設(shè)置完成后生成的半精加工刀具路徑如圖3所示。

2.3 型腔精加工

零件精加工是實(shí)現(xiàn)零件最終加工要求的一道工序，精加工效果的好壞將影響整個(gè)加工工藝的成敗。

精加工的目的是要達(dá)到零件在拋光前的尺寸精度及表面質(zhì)量。由于拋光余量較小，因此在精加工后的表面應(yīng)基本沒有明顯的刀痕，且尺寸基本到位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，要求刀具在進(jìn)刀時(shí)應(yīng)采用較小的切削量、較高的切削速度。當(dāng)然，要使精加工能順利進(jìn)行，前提是精加工前毛坯上余量較小并分布比較均勻。

本例型腔精加工使用WCUT工序中獨(dú)特的斜率分析功能，能自動(dòng)區(qū)分加工面中的垂直區(qū)域與水平區(qū)域，并采用不同的精加工方式分區(qū)域來完成整個(gè)加工面的精加工。采用WCUT/FINISH選項(xiàng)，并在加工參數(shù)中選擇BETWEEN LAYERS：HORIZ，能對(duì)加工面進(jìn)行自動(dòng)斜率分析，并根據(jù)分析的結(jié)果自動(dòng)將不同的區(qū)域分別采用沿面加工及等高線加工來進(jìn)行。

使用B10刀具進(jìn)行型腔的精加工，參數(shù)設(shè)置為：使用WCUT/FINISH工序，選擇BETWEEN LAYERS：HORIZ（將曲面區(qū)分為垂直區(qū)域和水平區(qū)域分別進(jìn)行加工）選項(xiàng)，選擇SLOPE ANGLE=30°（曲面斜率角小于30°為水平區(qū)域，其余為垂直區(qū)域）選項(xiàng)，其它參數(shù)與上述加工參數(shù)相似，在此不再詳述。參數(shù)設(shè)置完成后，進(jìn)行刀路軌跡計(jì)算，生成精加工刀具路徑如圖4。

3 仿真結(jié)果與加工模型

選中程序管理器上的所有工序，選擇SIMULATION/SIMULATOR選項(xiàng)，進(jìn)入模擬校驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)行模具型腔的加工仿真，仿真結(jié)果如圖5所示。

通過后置處理（POST），將上述所編寫的加工程序轉(zhuǎn)換為機(jī)床可以識(shí)別的NC代碼，將生成的NC代碼傳輸?shù)饺饧庸ぶ行倪M(jìn)行加工，加工的結(jié)果如圖6所示。

由于刀具及模型等方面的問題，在加工中心上銑削加工后，在模具的某些局部還會(huì)留有一些無法加工的余量，這些地方的精加工需要在后續(xù)的CNC雕刻機(jī)上進(jìn)行精雕加工。

4 結(jié)語

針對(duì)模具的數(shù)控加工，Cimatronit提供了非常豐富的加工功能，但采用不同的加工工藝及不同的加工工藝參數(shù)，會(huì)產(chǎn)生完全不同的加工效果。通過對(duì)提升機(jī)架上模具型腔的數(shù)控加工，介紹了WCUT工序可同時(shí)完成同一款模具的粗加工、半精加工和精加工，并通過合理的參數(shù)設(shè)置來達(dá)到最理想的加工效果。

1 章永建.Cimatron模具設(shè)計(jì)與制造指導(dǎo)——基礎(chǔ)篇［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

2 深圳市希馬頓科技有限公司，Cimatron IT CAM操作技術(shù)編著［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

3 詹建新.淺談Cimatron 12在加工中心編程中的應(yīng)用［J］.模具制造技術(shù)，2008（8）