連燦鑫

（福州職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 福建 福州 350108）

0 引 言

模具零件表面一般由4種曲面組成：避空面、膠位面、分型面和裝配位，某些模具零件上還有推桿孔、流道、鑲件孔、斜推孔等。設(shè)計(jì)人員對(duì)模具零件進(jìn)行編程前要結(jié)合整副模具的結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)于模具零件上的斜推孔、推桿孔、鑲件孔等裝配孔，數(shù)控銑床無(wú)法加工，而是由線切割、電火花或其它設(shè)備加工。為了防止數(shù)控編程時(shí)編程軟件對(duì)這些位置進(jìn)行刀路編寫(xiě)，一般編程前在實(shí)體圖上刪除或者封堵這些孔位[1]?，F(xiàn)以1副注射模的動(dòng)模型芯為例，以UG12.0作為編程軟件，介紹對(duì)模具零件進(jìn)行數(shù)控編程的基本步驟，動(dòng)模型芯實(shí)體上有推桿孔、拉料桿孔、斜推孔、流道等特征，如圖1所示。

圖1 動(dòng)模型芯

1 實(shí)體分析

1.1 刪除零件上的孔位

動(dòng)模型芯實(shí)體上有2×φ7 mm的盲孔，深度約為10 mm，斜度為1°，這2個(gè)孔的加工工藝為用平底銑刀銑削前先用麻花鉆鉆孔，然后用電火花加工。因此在編程前，先創(chuàng)建這2個(gè)孔位的中心點(diǎn)，便于用鉆孔刀路鉆孔，創(chuàng)建中心點(diǎn)的命令是選取“菜單｜插入｜基準(zhǔn)點(diǎn)/點(diǎn)｜點(diǎn)”命令。

動(dòng)模型芯實(shí)體上還有8×φ6 mm的推桿孔，實(shí)體上還有1個(gè)斜推孔和1個(gè)拉料桿孔，這些孔都是用線切割的方式加工。為防止數(shù)控編程時(shí)編程軟件對(duì)這些孔位設(shè)計(jì)銑削刀路，編程人員應(yīng)在編程前對(duì)實(shí)體上的這些孔位進(jìn)行刪除，UG12.0刪除孔的命令是依次選取“菜單｜插入｜同步建模｜刪除面”命令，選擇這些孔后，單擊Enter鍵即可使這些孔位從實(shí)體上消失。另外需要注意的是實(shí)體上的流道是用成形刀具加工的，可以在實(shí)體上隱藏流道[2]，刪除上述特征后實(shí)體表面整潔，如圖2所示。

圖2 刪除某些特征后實(shí)體

1.2 實(shí)體上拐角位的處理

實(shí)體表面有1個(gè)臺(tái)階，如圖3所示，高度為5 mm，拐角位置為死角，無(wú)法用銑削的方法將其加工到位，因此在拐角位置應(yīng)適當(dāng)留一些加工余量，以便電火花加工，具體方法是依次選取“菜單｜插入｜同步建模｜偏移面”命令，選擇臺(tái)階面的曲面后，單擊Enter鍵即可將這些曲面偏移指定的距離。

圖3 實(shí)體表面臺(tái)階

1.3 選用合適的刀具

實(shí)體材料為GS718，熱處理后硬度為38～42 HRC，應(yīng)選用硬度高、耐磨性能較好的刀具加工。目前有2種刀具可以滿足加工需求，一種是涂層刀，它是在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼（HSS）基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物；另一種是合金刀（即刀粒刀），其硬度為89～93 HRC。其中涂層刀具的硬度高、耐磨性和韌性好，適合精加工，而合金刀的硬度高，適合粗加工。在實(shí)際加工時(shí)，應(yīng)根據(jù)零件材質(zhì)、粗加工還是精加工，選用不同的刀具。

該零件外形尺寸為140 mm×100 mm×20 mm，粗加工的切削量較大，粗加工時(shí)選用φ30R5 mm的刀粒刀。半精加工時(shí)選用φ16R0.8 mm的刀粒刀；曲面的精加工選用φ10R5 mm的涂層刀；鉆孔選用φ6 mm的麻花鉆；有一部分分型面是曲面，選用φ10R5 mm的涂層刀加工。

2 數(shù)控銑削編程過(guò)程

2.1 編程前準(zhǔn)備

編程前應(yīng)先進(jìn)入數(shù)控編程環(huán)境，創(chuàng)建毛坯并創(chuàng)建刀具，才能順利進(jìn)行編程，步驟如下。

第一步：在菜單欄中選取“應(yīng)用模塊｜加工”命令，在彈出的“加工環(huán)境”窗口中選擇默認(rèn)的“cam_ganeral”和“mill_planar”選項(xiàng)，然后單擊Enter鍵后，即可進(jìn)入編程環(huán)境。

第二步：在工作區(qū)上方的工具條中選擇“幾何視圖”按鈕，UG將會(huì)彈出1個(gè)活動(dòng)的工具條，在其中展開(kāi)“MCS_MILL”選項(xiàng)，再在彈出的窗口中雙擊“WORKPIECE”按鈕，然后在彈出的“零件”窗口中單擊“指定部件”按鈕，選取整個(gè)實(shí)體，單擊Enter鍵，在“零件”窗口中單擊“指定毛坯”按鈕，在“毛坯幾何體”窗口中的“類型”欄中選擇“包容塊”，選用默認(rèn)值，單擊Enter鍵退出。

第三步：在工具欄中單擊“創(chuàng)建刀具”按鈕，創(chuàng)建4種刀具，分別為φ30R5 mm（刀粒刀）、φ16R0.8 mm（刀粒刀）、φ10R5 mm（合金球頭刀）、φ6 mm麻花鉆（合金鉆刀）。

2.2 設(shè)計(jì)鉆孔刀路

零件上有2個(gè)盲孔，深度約為10 mm，直徑約為φ7 mm，由于2個(gè)孔的尺寸較小，不適宜用銑刀進(jìn)行精加工，其加工工藝是先鉆孔，再用電火花加工。對(duì)于加工深度較深的孔，在鉆孔時(shí)一般采用啄鉆工藝，即每鉆2 mm，麻花鉆就提升一定的高度，以便鉆屑脫落，不但能防止麻花鉆斷裂，而且能使冷卻液進(jìn)入孔洞。對(duì)于第1次使用NX12.0鉆孔的用戶，需加載drill子工序，才能設(shè)計(jì)啄鉆刀路，加載drill子工序的方法：用文本編輯器打開(kāi)NX12.0MACH esource emplate_setcam_general.opt文件，將“##${UGII_CAM_ TEMPLATE_PART_ENGLISH_DIR}drill.prt”和“## $ { UGII_CAM_TEMPLATE_PART_METRIC_DIR } drill.prt” 兩行文本前面的“##”刪除，存盤(pán)退出后，再重新啟動(dòng)NX12.0。

2.3 編寫(xiě)粗加工刀路

圖4 粗加工刀路

2.4 編寫(xiě)半精加工刀路

在設(shè)計(jì)粗加工刀路時(shí)，由于刀具的切削速度較快，零件震動(dòng)較大，刀路上一般會(huì)留下較大的波紋，為了防止過(guò)切，在進(jìn)行編程時(shí)一般會(huì)給零件表面預(yù)留一定的加工余量，并且粗加工的背吃刀量較大，實(shí)體上不同高度的加工余量不同，曲面上曲率不同的位置，粗加工后的加工余量也不相同。為了便于精加工，應(yīng)使零件表面不同位置的加工余量基本相同，在粗加工后、精加工前，還應(yīng)編寫(xiě)半精加工的刀路。根據(jù)零件形狀，半精加工時(shí)所使用的刀具為φ16R0.8 mm的刀粒刀，所選用的銑削工藝為等高銑削。具體方法是在工具欄中單擊“創(chuàng)建工序”按鈕→選用mill_contour→選用“深度輪廓銑”命令，選擇合適的切削速度和刀具轉(zhuǎn)速，半精加工的等高銑削刀路如圖5所示。

圖5 等高銑削刀路

2.5 編寫(xiě)精加工刀路

模具零件上的分型面由平面和曲面組成，膠位面為不同的曲面。由于不同功能的曲面在模具零件中的作用不同，曲面的形狀也不同，必須用不同的刀路分別加工不同功能的曲面。

（1）膠位面的精加工刀路。在該實(shí)體中膠位面分成4種曲面：上表面分成兩級(jí)（此處有2個(gè)曲面），上面一級(jí)的曲面內(nèi)部有3個(gè)小凹槽，上表面與分型面通過(guò)斜度曲面相連，這4種曲面分開(kāi)設(shè)計(jì)刀路，同時(shí)為了保持零件曲面的完整性及相互的獨(dú)立性，必須對(duì)不同的曲面分開(kāi)設(shè)計(jì)刀路。根據(jù)零件的形狀，對(duì)膠位面設(shè)計(jì)了幾種不同的刀路：上表面的拱形用φ10R5 mm的合金刀進(jìn)行平行銑削，分開(kāi)設(shè)計(jì)了3種刀路，最上面的曲面是1個(gè)獨(dú)立的刀路，3個(gè)凹陷的小曲面是3個(gè)獨(dú)立的刀路，臺(tái)階的曲面是1個(gè)獨(dú)立刀路，共有5個(gè)獨(dú)立的刀路，如圖6所示，這5個(gè)刀路雖然都用φ10R5 mm的合金刀進(jìn)行切削，但分開(kāi)設(shè)計(jì)切削刀路可以使零件表面更具有流線型。零件的側(cè)面與分型面的夾角為尖角，不適合用球頭刀加工，因此膠位的側(cè)面使用φ16R0.8 mm的刀粒刀進(jìn)行切削，所用的切削工藝為等高銑削，如圖7所示。不同位置選用不同的刀路進(jìn)行加工，可以使零件上的尖角位不會(huì)產(chǎn)生過(guò)切現(xiàn)象，也能保持不同曲面的完整。在對(duì)膠位面進(jìn)行精加工編程時(shí)，必須按實(shí)體的實(shí)際尺寸進(jìn)行精加工，不能過(guò)切，也不能留加工余量。

圖6 上表面有5個(gè)獨(dú)立的刀路

圖7 側(cè)面進(jìn)行等高銑削

（2）分型面的精加工刀路。零件的分型面既有平面，也有曲面；對(duì)于分型面上的平面，適合使用φ16R0.8 mm的刀粒刀加工；對(duì)于分型面上的曲面，適合使用φ10R5 mm的合金刀進(jìn)行加工。分型面的加工刀路如圖8所示。

圖8 分型面的加工刀路

2.6 編寫(xiě)流道刀路

流道的要求不高，可以用成形刀沿流道的軌跡進(jìn)行切削，由于零件的流道在異形面上，可以先將流道的軌跡投影到曲面上，再用曲線刀路切削，加工流道的刀路如圖9所示。

圖9 加工流道的刀路

3 對(duì)刀路進(jìn)行仿真模擬

當(dāng)用UG編寫(xiě)好加工刀路的程序后，還需要對(duì)所編制的刀路進(jìn)行仿真模擬，以便于發(fā)現(xiàn)編程過(guò)程中出現(xiàn)的疏漏或撞刀等現(xiàn)象，如有應(yīng)立即對(duì)所編程的刀路進(jìn)行修改。在UG編程環(huán)境下進(jìn)行仿真模擬的基本步驟：先選擇所有刀路，再在UG的命令按鈕欄中選擇“確認(rèn)刀軌”命令，即可對(duì)所編寫(xiě)的刀具路徑進(jìn)行模擬仿真，零件的刀路仿真模擬效果如圖10所示，沒(méi)有出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象，可以用所編寫(xiě)的刀路進(jìn)行加工[3,4]。

圖10 刀路仿真模擬

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)模具零件實(shí)體編寫(xiě)刀路前，應(yīng)先對(duì)模具零件實(shí)體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將實(shí)體上各種不同的曲面進(jìn)行區(qū)分。對(duì)于零件上不需要加工的曲面及一些孔位等，可以在建模環(huán)境下先對(duì)這些特征進(jìn)行刪除或者封堵，以免軟件對(duì)這些部位設(shè)計(jì)刀路。對(duì)于零件上的膠位面，應(yīng)按圖紙的技術(shù)要求進(jìn)行精加工；對(duì)于膠位面上不同類型的曲面或有明顯臺(tái)階的曲面，分開(kāi)設(shè)計(jì)獨(dú)立的加工刀路。