結(jié)合Cimatron軟件編制多次裝夾復(fù)雜部件的思路

趙學(xué)慶　王帥

多次裝夾部件是數(shù)控加工中的難點(diǎn)，本文通過實(shí)際應(yīng)用案例介紹了典型多次裝夾部件側(cè)抽型芯的加工方法，重點(diǎn)分析了其從工藝制定到程序編制過程中的難點(diǎn)。運(yùn)用Cimatron軟件對(duì)其進(jìn)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(cè)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(cè)抽型芯的高寬比相對(duì)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(gè)面都需要精加工才能完成。

多次裝夾定位不僅對(duì)NC操作人員的精準(zhǔn)度與熟練程度有高要求，更是對(duì)CAM人員的工藝思路與編程技術(shù)的檢驗(yàn)。多次定位部件加工的切入點(diǎn)是找到基準(zhǔn)坐標(biāo)系，確認(rèn)基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)邊和基準(zhǔn)角?；鶞?zhǔn)坐標(biāo)要盡量集中在每次翻轉(zhuǎn)都能找到的部位上，并盡可能減少基準(zhǔn)坐標(biāo)系的數(shù)量。找到了基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置，就相當(dāng)于找到了復(fù)雜多次翻轉(zhuǎn)部件加工的鑰匙。

側(cè)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(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)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(dòng)清根等。本文將結(jié)合CimatronE在實(shí)際加工中的應(yīng)用，介紹加工側(cè)抽型芯部件的加工策略。

二、技術(shù)分析

如圖1所示的零件為典型側(cè)抽型芯部件，首先分析其工藝思路。

這種類型的側(cè)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(dòng)配合部分（slide section）、底座固定部分（Base section）。三個(gè)部分各有技術(shù)特點(diǎn)，我們針對(duì)技術(shù)要求來做技術(shù)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(shù)的精度控制下，應(yīng)是很寬的公差范圍。對(duì)機(jī)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(diǎn)：形狀準(zhǔn)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(dòng)配合部位的技術(shù)要求：準(zhǔn)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(cuò)位、傷痕等缺陷。因此，滑動(dòng)配合部位是側(cè)抽部件加工的重要部位。大多數(shù)的滑動(dòng)部位形狀簡(jiǎn)單連續(xù)，可以采用簡(jiǎn)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(cè)抽，因此基準(zhǔn)會(huì)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(yán)格的要求，應(yīng)控制在0～0.02mm的范圍內(nèi)。

三、加工工藝

加工之前，制定側(cè)抽的加工工藝，如圖3所示。

四、加工策略

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

在此例中，只有底座的底面及相連的四個(gè)面是相互垂直的“規(guī)矩”平面，因此基準(zhǔn)的選擇會(huì)集中在此部位，如圖4所示。粗加工時(shí)，由于毛坯橫向（X方向）與縱向（Y方向）的余量會(huì)有差別，因此選擇底座的幾何中心作為最原始的基準(zhǔn)中心。粗加工需要兩次翻轉(zhuǎn)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(zhǔn)的定位精度高一等級(jí)，并可以將余量均勻地分布在四個(gè)邊。

1.粗加工

壓鑄模具的型腔、側(cè)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(yīng)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(jié)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(duì)本件而言，由于滑動(dòng)配合部位與成型部位的長(zhǎng)度較長(zhǎng)（238mm），底座的高度僅有38mm，夾持底座加工因滑動(dòng)配合部位探出部位較長(zhǎng)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(diǎn)是精加工時(shí)的加工量增大，需要耗費(fèi)較多的時(shí)間。

工藝夾持部位的長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)在50～80mm間），其次考慮淬火后磨削四周時(shí)的定位穩(wěn)定性，最后考慮成型部位的高度對(duì)刀具長(zhǎng)度的要求。刀具長(zhǎng)度過長(zhǎng)，同樣會(huì)影響工件的加工質(zhì)量。

工藝部位確定后，側(cè)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(dòng)部位的粗加工，留加工余量單面1mm。

2.精加工

側(cè)抽淬火后需要磨削加工，保證底座的五個(gè)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(zhuǎn)裝夾加工做準(zhǔn)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(zhǔn)，還能夠保證夾持的穩(wěn)定性。

精加工第一次：選取了基準(zhǔn)角作為起始基準(zhǔn)，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(biāo)系定位在基準(zhǔn)角，而且位置在變換。仔細(xì)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(biāo)系（CSl）與第三次裝夾坐標(biāo)系（CS3）、第四次裝夾坐標(biāo)系（CS4）都集中在一個(gè)角點(diǎn)上。這個(gè)角點(diǎn)相關(guān)的三個(gè)平面（圖13中粉紅色標(biāo)注的平面），是翻轉(zhuǎn)加工的最關(guān)鍵的三個(gè)基準(zhǔn)面。其余三次裝夾的坐標(biāo)系CS2、CS5和CS6，有兩個(gè)基準(zhǔn)面與之相連。在實(shí)踐中，確定偏置基準(zhǔn)面時(shí)，一定要以這三個(gè)基準(zhǔn)面中的一個(gè)基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)進(jìn)行偏置。這樣操作，對(duì)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(zhǔn)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(huì)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(dòng)、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(chǎng)機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)噪音，操作者習(xí)慣的忙碌身影，細(xì)細(xì)體會(huì)，就能覺察出容易出現(xiàn)失誤的某個(gè)環(huán)節(jié)。這是潛在的失誤風(fēng)險(xiǎn)在腦海中的預(yù)演，是一種數(shù)控加工思維的模式與習(xí)慣，也是我們常說的“經(jīng)驗(yàn)”。我們將這種經(jīng)加工思維框架下的細(xì)膩思索匯總出應(yīng)對(duì)措施的過程稱為“加工感覺”。

加工感覺的形成，需要較長(zhǎng)時(shí)間的思維訓(xùn)練與大量的實(shí)踐驗(yàn)證，是一個(gè)逐漸豐富完善的過程。這也是專業(yè)技術(shù)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(gè)復(fù)雜的整體模型劃分成為簡(jiǎn)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(jìn)行編程加工。編程方法相同，細(xì)節(jié)有差異，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)體現(xiàn)在加工過程中的細(xì)節(jié)上。

粗加工以正面編程方法為例，展示使用簡(jiǎn)單的編程方法完成復(fù)雜模型編程。

正面的形狀經(jīng)輔助面區(qū)分以后，是一個(gè)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(zhǎng)，加工時(shí)震動(dòng)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(cè)前面的加工編程為例，同樣闡述復(fù)雜模型簡(jiǎn)單化的過程。

精加工側(cè)前面的加工方式代表著以后的四個(gè)側(cè)面的加工方式。由圖15可，輔助面構(gòu)建的模型是一個(gè)三面開放的模型，同樣符合凸型件的加工特點(diǎn)，可以使用凸型件相同的加工思路處理側(cè)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(shí)現(xiàn)。加工程序單與效果如圖16所示。

同理，其它三個(gè)側(cè)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(gè)工件的編程非常的順利。加工后的效果如圖18所示。

六、結(jié)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(jiǎn)潔有效，仿真效果逼真準(zhǔn)確，編程人員可以非常清楚地表達(dá)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(shí)操作簡(jiǎn)單，是一種有效的模具CAM加工工具。