吳升富，謝英星，陳梓英

（中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 中山528400）

0 引 言

隨著加工中心和數(shù)控編程軟件的推廣，越來越多的模具零件都是由加工中心加工的，模具零件表面的曲面分成多種不同的類型，如膠位面、分型面、避空面、頂針孔、斜頂孔、鑲件等，這些不同的曲面對加工的要求各不相同[1-2]。因此，編程工程師除了熟練掌握編程軟件之外，還必須了解模具的結(jié)構(gòu)，才能編寫出高質(zhì)量的數(shù)控程序。編程人員在數(shù)控編程前，必須對模具零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，了解模具零件上不同的曲面和加工要求。對于膠位面，必須精加工，而且表面粗糙度必須達(dá)到圖樣要求；對于分型面，必須預(yù)留少量余量，便于鉗工進(jìn)行配模；對于避空位，允許少量過切，有利于鉗工配模；對于頂針孔、斜頂孔、鑲件孔等，是由線切割或者其他方式加工出來的，不需要用加工中心加工，必須在實(shí)體圖上進(jìn)行封閉，防止刀路對這些孔位進(jìn)行加工；對于零件上的拐角位，應(yīng)留有少量余量，利于電火花加工[3-4]。

現(xiàn)以抽濕機(jī)后模型芯為例，詳細(xì)介紹數(shù)控編程基本步驟和方法，該零件圖如圖1所示。

1 工件結(jié)構(gòu)分析和刀路分析

1.1 零件圖上孔位、筋位、流道和鑲件等的整理

圖1 抽濕機(jī)后模型芯

該后模型芯表面有許多頂針孔、斜頂孔、鑲件孔、筋位等，為防止加工中心加工這些孔位，在編程前必須封閉這些孔位；工件表面的潛水口流道不需要加工，也應(yīng)刪除；實(shí)體上有3個(gè)細(xì)長的鑲件，這3個(gè)鑲件是可替換的零件，不需要用加工中心加工，也應(yīng)從實(shí)體上刪除，刪除這些特征后，工件表面更加簡潔，如圖2所示。

1.2 拐角位分析

型芯上有10 個(gè)拐角位，無法用銑刀清除拐角位的材料，必須用電火花方式加工；在工件上表面有一個(gè)環(huán)形槽，寬度只有0.48 mm，深度為3.5 mm，這條槽的空間太小，不能用加工中心加工出來，用電火花加工的方式才能加工，因此這10個(gè)拐角位和工件上表面的環(huán)形槽不需要精加工，只需要粗加工，可以留少許余量給電火花加工。

工件上表面的凹坑里，還有5條寬度為12.5 mm、深度為3 mm的槽，這5條槽可以用加工中心加工出來；工件右邊的凹坑，拐角的半徑為R5 mm，深度為10 mm，也可以用加工中心加工出來，這幾個(gè)地方必須用加工中心加工到位，不留余量。

1.3 加工用刀具分析

型芯的材料選用GS738，材料的硬度較高（38～40 HRC），加工時(shí)應(yīng)選用硬度較高，且具有較高的耐磨性、韌性的刀具進(jìn)行切削。有兩種刀具滿足加工需求：一種是合金刀，其硬度在89～93 HRC之間；另一種是涂層刀（即刀粒刀），涂層刀具有表面硬度更高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱、耐氧化等特性。根據(jù)工件的實(shí)際情況，選用不同的刀具[5-7]。

圖2 工件形狀更加簡潔

由于該工件的粗加工量大，適合使用直徑較大的涂層刀（比如φ35R5的刀粒刀）進(jìn)行加工。半精加工的刀具用φ16R0.8的刀粒刀；曲面的精加工用φ10R5的合金刀；分型面是平面，適合用φ16R0.8的刀粒刀，上述3種刀路的主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、背吃刀量應(yīng)根據(jù)不同的情況選擇不同的切削參數(shù)。

2 數(shù)控編程過程

2.1 編程前的準(zhǔn)備

1)選取“應(yīng)用模塊|加工”命令，進(jìn)入加工環(huán)境。

3)單擊“創(chuàng)建刀具”按鈕，創(chuàng)建4種刀具，分別是φ30R5（刀粒刀）、φ16R0.8（刀粒刀）、φ10R0（10 mm立銑刀）、φ10R5（10 mm球頭刀）。

2.2 設(shè)計(jì)開粗刀路

1)單擊“創(chuàng)建工序”按鈕，在【創(chuàng)建工序】對話框中“類型”選“mill_contour”，“工序子類型”選“型腔銑”，“程序”選“NC_PROGRAM”，“刀具”選“D30R5”，“幾何體”選“WORKPIECE”，“方法”選“METHOD”。

2)在【型腔銑】對話框中“方法”選“METHOD”，“切削模式”選“跟隨周邊”，“步距”選“刀具平直百分比”，“平面直徑百分比”為60%，“公共每刀切削深度”選取“恒定”，“最大距離”為1 mm。

4)因?yàn)楣ぜ嫌性S多拐角，拐角處的刀路應(yīng)該圓角過渡，編程工程師可以在軟件上設(shè)定加工拐角的刀路產(chǎn)生圓角，具體方法是點(diǎn)開“拐角”選項(xiàng)卡，合理設(shè)置“拐角處的刀軌形狀”、“圓弧上進(jìn)給調(diào)整”和“拐角處進(jìn)給減速”3個(gè)選項(xiàng)的參數(shù)，如圖3所示，這樣就能降低拐角位的切削速度，減少拐角位的數(shù)據(jù)點(diǎn)，在刀路上添加過渡圓角。

圖3 設(shè)定刀路圓角參數(shù)

6）單擊“生成”按鈕，生成型腔銑刀路，如圖4所示。

2.3 增加專門清除拐角區(qū)域的余量刀路

在粗加工之后，由于拐角位殘留較多的余量，不能直接進(jìn)行半精加工，還需要設(shè)計(jì)專門清除拐角區(qū)域余量的刀路，用φ16R0.8的刀粒刀，用等高銑削的方式切除上次刀路未加工的拐角部分，刀具的參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速為2000 r/min，背吃刀量為0.5 mm，進(jìn)給速率為1000 mm/min。加工刀路如圖5所示。

圖4 型腔銑刀路

圖5 切除上次刀路未加工的拐角部分

2.4 半精加工刀

在清除拐角區(qū)域的刀路之后，工件表面各部分的余量較多，而且不均勻，為了使型芯各部分的余量達(dá)到精工加的要求（0.2～0.3 mm），還需要設(shè)計(jì)半精加工刀路，該工件的半精加工用φ16R0.8的刀粒刀，采用等高銑削的方式進(jìn)行加工，加工參數(shù)與加工拐角位的參數(shù)相同，加工刀路圖略。

2.5 精加工刀路

該工件上有分型面、膠位面、鎖緊位、枕位等，由于這些位置在模具零件中的作用各不相同，因此這些不同的位置必須分開加工。

1）加工膠位面。在精加工膠位面時(shí)，必須按圖樣要求，將膠位面加工到位，不留余量，另外為了保持工件拐角位的完整性，以及保持不同曲面相互獨(dú)立性，最好是對不同的膠位曲面分別設(shè)計(jì)刀路[8-9]。該工件的膠位設(shè)計(jì)了多種不同的刀路，右端面用φ16R0.8的刀粒刀進(jìn)行等高銑削，側(cè)面用φ16R0.8的刀粒刀進(jìn)行等高銑削，最上面的圓弧面用φ10R5的球頭合金刀進(jìn)行平行銑削，頂部的槽用φ10R0的立銑合金刀用平面銑削方式進(jìn)行加工，如圖6所示。運(yùn)用不同的刀路加工方式能最大限度地保持膠位面的完整性和美觀性。

圖6 多種不同的刀路加工膠位面

2）加工鎖緊位。工件的分型面上有上4個(gè)長方形的凸起，它既不是膠位，也不是分型面，主要作用是在注塑時(shí)使前、后模不產(chǎn)生錯(cuò)位現(xiàn)象，在數(shù)控加工時(shí)，這里應(yīng)留0.02 mm余量，以便鉗工作業(yè)，此處的具體刀路是用等高銑削方式進(jìn)行加工（φ16R0.8的刀粒刀），刀路如圖7所示。

3）加工分型面的刀路。該工件的分型面是平面，加工面較大，適合用較大的刀具進(jìn)行加工，但由于4個(gè)凸起與型芯之間的距離只有19.5 mm，因此該平面適合用φ16R0.8的刀粒刀進(jìn)行加工。由于該分型面是平面，不需要避空，也不能留余量，必須加工到位，必須保持分型面的平整，現(xiàn)在以平面加工的方式加工該工件的分型面，刀路如圖8所示。

圖7 精加工凸起的刀路

圖8 加工分型面的刀路

4）加工鎖緊位上表面的刀路。鎖緊位的上表面既不是膠位面，與不是分型面，這里可以稍微避空，也沒有表面粗糙度要求，適合用φ16R0.8的刀粒刀用平面銑削方式進(jìn)行加工，刀路如圖9所示。

圖9 加工鎖緊位上表面的刀路

5）加工凹陷位。工件的一端有一個(gè)凹坑，它既不是膠位面，也不是分型面，主要是起導(dǎo)向作用，在數(shù)控加工時(shí)，凹坑的側(cè)壁應(yīng)留0.02 mm余量，以便于鉗工作業(yè)，由于此處的拐角位的R角為R5 mm，不適合用刀粒刀加工，適合用φ8R0的合金刀立銑刀以外形銑削的刀路，按步進(jìn)方式進(jìn)行加工，由于該凹陷位的寬度達(dá)到22 mm，大于刀具直徑的2倍，因此還必須添加一個(gè)刀路，清理凹坑平面上未能加工的部分，刀路如圖10所示。

6）加工型芯上表面小槽的刀路。工件的上表面有5條小槽，寬度為12 mm，深度為3 mm，這5條小槽可以用φ8R0的合金刀，用平面銑削方式進(jìn)行加工，刀路如圖11所示。

7）仿真模擬。當(dāng)加工程序編制完成之后，還將進(jìn)行仿真模擬，如圖12所示，檢查所編寫的程序是否正確，是否出現(xiàn)撞刀等不合理的現(xiàn)象，如果發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即修改程序，直到程序完全正確為止[10]。

圖10 加工凹陷位的刀路

圖11 用φ8R0的合金刀加工小槽

圖12 刀路仿真模擬

3 結(jié) 語

在對模具零件進(jìn)行編程時(shí)，首先對模具零件進(jìn)行充分的分析，正確區(qū)分模具零件上膠位面與分型面，型位孔與頂針孔，模具零件上的原身留與鑲件等，對模具零件上哪些位置必須加工到位，哪些位置必須避空，哪些位置必須留余量，哪些位置留給電火花加工，對于加工模具零件的這些基本知識(shí)，應(yīng)做到胸有成竹，希望初學(xué)模具零件編程的人員用心學(xué)習(xí)，除了掌握數(shù)控編程軟件之外，還要努力掌握基本的模具結(jié)構(gòu)。只有在充分掌握模具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，才能編寫出合格的數(shù)控程序，要想成為一名優(yōu)秀的模具數(shù)控編程員，要經(jīng)過一個(gè)長期學(xué)習(xí)的過程。