結合Cimatron軟件編制多次裝夾復雜部件的思路

趙學慶　王帥

多次裝夾部件是數(shù)控加工中的難點，本文通過實際應用案例介紹了典型多次裝夾部件側抽型芯的加工方法，重點分析了其從工藝制定到程序編制過程中的難點。運用Cimatron軟件對其進行多次裝夾分析、輔助面建立以及刀軌的生成，為多次裝夾部件的加工提供了思路與方法。

一、引言

在壓鑄模具的核心部件中，加工難度較大的不是型腔類部件，而是側抽型芯類部件。

型腔形狀規(guī)矩，扁平類型居多，多數(shù)型腔需正、反兩次裝夾可以完成加工。而側抽型芯的高寬比相對較大，有配合的滑道部位精度、粗糙度要求高。正常情況下，六個面都需要精加工才能完成。

多次裝夾定位不僅對NC操作人員的精準度與熟練程度有高要求，更是對CAM人員的工藝思路與編程技術的檢驗。多次定位部件加工的切入點是找到基準坐標系，確認基準面、基準邊和基準角?；鶞首鴺艘M量集中在每次翻轉都能找到的部位上，并盡可能減少基準坐標系的數(shù)量。找到了基準坐標系的位置，就相當于找到了復雜多次翻轉部件加工的鑰匙。

側抽型芯編程所用的CimatronE是Cimatron公司在Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下從產(chǎn)品設計到模具設計以及加工制造的CAD/CAM軟件。CimatronE提供了豐富的編程策略：高效的體積銑粗加工、確保高質(zhì)量表面的螺旋銑精加工、高度安全的自動清根等。本文將結合CimatronE在實際加工中的應用，介紹加工側抽型芯部件的加工策略。

二、技術分析

如圖1所示的零件為典型側抽型芯部件，首先分析其工藝思路。

這種類型的側抽部件從形狀上可以分為三部分，（如圖2所示）：成型部分（Molding parts）、滑動配合部分（slidesection）、底座固定部分（Base section）。三個部分各有技術特點，我們針對技術要求來做技術分析。

壓鑄模具成型部位的尺寸要求一般控制在0～0.1mm之間。在數(shù)控加工技術的精度控制下，應是很寬的公差范圍。對機加工完成不了的成型部位，可以采用電加工的方式完成。

成型部位的加工要點：形狀準確控制在“多肉”的范圍內(nèi)，無缺漏損傷部位，為拋光留0.02mm以內(nèi)的余量。

滑動配合部位的技術要求：準確、連續(xù)。公差范圍在0.01～0.03mm以內(nèi)，與成型部位的銜接順暢，不能出現(xiàn)錯位、傷痕等缺陷。因此，滑動配合部位是側抽部件加工的重要部位。大多數(shù)的滑動部位形狀簡單連續(xù)，可以采用簡潔的加工方法完成編程加工，把主要的精力投入到精度的控制中去。

底座部位的功能是定位與固定側抽，因此基準會集中在底座上。底座的形狀多為方形，需要磨削保證四面的尺寸精度、平行度及與底面的垂直度。在底座的高度尺寸要求上，也有嚴格的要求，應控制在0～0.02mm的范圍內(nèi)。

三、加工工藝

加工之前，制定側抽的加工工藝，如圖3所示。

四、加工策略

六次裝夾的工件，關鍵環(huán)節(jié)是基準的確認。裝夾次序遵循便于裝夾、易于找到基準的原則。便于裝夾，爭取裝夾的部位越穩(wěn)固越好；易于找到基準，在每次翻轉的時候能直接的以原始基準面或基準邊作為后續(xù)裝夾的基準。

在此例中，只有底座的底面及相連的四個面是相互垂直的“規(guī)矩”平面，因此基準的選擇會集中在此部位，如圖4所示。粗加工時，由于毛坯橫向（X方向）與縱向（Y方向）的余量會有差別，因此選擇底座的幾何中心作為最原始的基準中心。粗加工需要兩次翻轉加工，因此采用兩邊數(shù)值取中間值的方式要比單邊數(shù)值做基準的定位精度高一等級，并可以將余量均勻地分布在四個邊。

1.粗加工

壓鑄模具的型腔、側抽和鑲件等核心部件要做真空熱處理，淬火硬度大多在HRC46±2°間。淬火后硬度高，銑削加工困難度增加，因此在淬火前，模具上的螺紋孔、過孔、水孔和穿絲孔等孔類部位要加工到位，避免遺漏。其余有尺寸公差要求的部位要留相應余量。

淬火前粗加工一定要考慮到淬火后精加工的裝夾和加工便利，加工思路要一直延展至精加工結束。加工思路的連續(xù)順暢是多次裝夾部件加工工藝安排的重要內(nèi)容。

對本件而言，由于滑動配合部位與成型部位的長度較長（238mm），底座的高度僅有38mm，夾持底座加工因滑動配合部位探出部位較長而穩(wěn)定性下降，直接影響到精加工的尺寸精度與光潔度。在底座部位增加工藝余量，如圖5所示，可有效提高夾持穩(wěn)定性，解決裝夾找正困難的問題。缺點是精加工時的加工量增大，需要耗費較多的時間。

工藝夾持部位的長度確定，首先要考慮虎鉗鉗口能夠夾持穩(wěn)定（虎鉗鉗口高度標準在50～80mm間），其次考慮淬火后磨削四周時的定位穩(wěn)定性，最后考慮成型部位的高度對刀具長度的要求。刀具長度過長，同樣會影響工件的加工質(zhì)量。

工藝部位確定后，側抽淬火前粗加工的方案就可以確定了，符合典型的凸型件特征。兩次裝夾：第一次裝夾為底面粗加工，第二次裝夾為正面的成型部位及滑動部位的粗加工，留加工余量單面1mm。

2.精加工

側抽淬火后需要磨削加工，保證底座的五個相連面垂直度±0.02mm/200mm，尺寸公差在±0.02mm內(nèi)，這是為精加工的六次翻轉裝夾加工做準備。

精加工需要六次裝夾，加工次序是加工思想的直接體現(xiàn)，要保證最后一次裝夾依然能夠精確找到基準，還能夠保證夾持的穩(wěn)定性。

精加工第一次：選取了基準角作為起始基準，如圖6所示。精加工第二次，如圖7所示。精加工第三次，如圖8所示。精加工第四次，如圖9所示。精加工第五次，如圖10所示。精加工第六次，如圖11所示、圖12所示。

由上各圖中所示，精加工的過程中，坐標系定位在基準角，而且位置在變換。仔細分析，其中有原則與規(guī)律可循，如圖13所示。

圖13中第一次裝夾坐標系（CS1）與第三次裝夾坐標系（CS3）、第四次裝夾坐標系（CS4）都集中在一個角點上。這個角點相關的三個平面（圖13中粉紅色標注的平面），是翻轉加工的最關鍵的三個基準面。其余三次裝夾的坐標系CS2、CS5和CS6，有兩個基準面與之相連。在實踐中，確定偏置基準面時，一定要以這三個基準面中的一個基準面為基準進行偏置。這樣操作，對已經(jīng)磨削到尺寸精度的精加工部件而言，可以最大限度地減少裝夾找尋基準引起的操作誤差。

加工思路確定以后，在腦海中，部件每次加工的狀態(tài)會如以上圖片展示的一樣浮現(xiàn)，伴隨著刀具切削的聲音、震動、軌跡紋路、毛刺、鐵屑狀態(tài)和溫度變化等感覺，混雜著現(xiàn)場機器的轉動噪音，操作者習慣的忙碌身影，細細體會，就能覺察出容易出現(xiàn)失誤的某個環(huán)節(jié)。這是潛在的失誤風險在腦海中的預演，是一種數(shù)控加工思維的模式與習慣，也是我們常說的“經(jīng)驗”。我們將這種經(jīng)加工思維框架下的細膩思索匯總出應對措施的過程稱為“加工感覺”。

加工感覺的形成，需要較長時間的思維訓練與大量的實踐驗證，是一個逐漸豐富完善的過程。這也是專業(yè)技術人員從工作中得到樂趣與成就感的根源。

五、加工方法

經(jīng)過之前的加工策略分析，每一次裝夾的輔助面做好，就將一個復雜的整體模型劃分成為簡單的具有凸、凹特征的局部模型，之后可以按照凸、凹模型的加工方法進行編程加工。編程方法相同，細節(jié)有差異，嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L體現(xiàn)在加工過程中的細節(jié)上。

粗加工以正面編程方法為例，展示使用簡單的編程方法完成復雜模型編程。

正面的形狀經(jīng)輔助面區(qū)分以后，是一個典型的凸型件的特征。粗加工以環(huán)繞切削為主要方式。半精加工則以層切削為主。粗加工程序單如圖14所示。

粗加工加工深度150mm，刀具探出較長，加工時震動較大。將加工深度分成兩部分：第一部分深度為110mm，切削深度為0.4mm；第二部分為110mm至150mm之間，切削深度為0.3mm。加工的效果如圖15所示。

精加工以側前面的加工編程為例，同樣闡述復雜模型簡單化的過程。

精加工側前面的加工方式代表著以后的四個側面的加工方式。由圖15可，輔助面構建的模型是一個三面開放的模型，同樣符合凸型件的加工特點，可以使用凸型件相同的加工思路處理側面的精加工。

首先使用3D環(huán)繞切削的方式做工藝部位材料的去除；其次使用層切削的方式做兩次半精加工；最后使用曲面銑削中的根據(jù)角度銑削的方式做斜面部分的精加工；角落部分采用清根功能來實現(xiàn)。加工程序單與效果如圖16所示。

同理，其它三個側面的加工依據(jù)此例，可以依次完成編程加工。環(huán)切3D方式切除工藝余量后的效果、層切削半精加工、根據(jù)角度銑削精加工，如圖17所示。

在Cimatron的CAD/CAM集成環(huán)境下，通過編制完美的刀路程序，使得整個工件的編程非常的順利。加工后的效果如圖18所示。

六、結論

加工思想是“本”，加工方法是“末”?？芍^：物有本末，事有始終，知其先后，則近道矣。

Cimatron軟件的加工思路清晰流暢，提供的加工手段簡潔有效，仿真效果逼真準確，編程人員可以非常清楚地表達自己的加工意圖，在編制這種多次裝夾的難度較高的模具部件工藝時操作簡單，是一種有效的模具CAM加工工具。