模具型腔數(shù)控銑削技術(shù)研究與應(yīng)用

向強(qiáng)

[摘? ? 要]在采用銑削技術(shù)對磨具型腔進(jìn)行加工時，廣泛地應(yīng)用了數(shù)控加工中心，CAM功能在UG NX，MasterCAM，Cimatron 等軟件中得到了良好的發(fā)展和提升。但是，即使數(shù)控編程軟件是目前最為先進(jìn)的技術(shù)，也離不開技術(shù)人員對相關(guān)工藝的制定，對刀具、切削參數(shù)等的合理選擇。能否采用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的加工，與相關(guān)人員的工藝編程水平有著密切的關(guān)系。同時，雖然模具型腔有著多樣化的形狀，然而其缺乏多樣化的構(gòu)成類型。任意加工特征所對應(yīng)UG的加工方法為一種或多種。通過對相關(guān)規(guī)律的研究、總結(jié)，能夠為UG CAM編程提供指導(dǎo)，并從效率和質(zhì)量方面對加工作業(yè)進(jìn)行提升。

[關(guān)鍵詞]模具型腔;數(shù)控銑削技術(shù);研究應(yīng)用

[中圖分類號]TG547 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Research and Application of Mold Cavity NC Milling Technology

Xiang Qiang

[Abstract]CNC machining center is widely used in grinding tool cavity processing by milling technology. Cam function has been well developed and improved in UG NX， Mastercam， Cimatron and other software. However， even if the NC programming software is the most advanced technology， it is also inseparable from the formulation of the relevant technology and the reasonable selection of cutting tools and cutting parameters. Whether the NC technology can be used for high efficiency and high quality machining is closely related to the process programming level of relevant personnel. At the same time， although the mold cavity has a variety of shapes， it lacks a variety of composition types. The UG machining method corresponding to any machining feature is one or more. Through the research and summary of the relevant laws， it can provide guidance for UG CAM programming， and improve the efficiency and quality of processing operations.

[Keywords]mold cavity; NC milling technology; research and application

1 數(shù)控加工銑削參數(shù)

在對切削用量進(jìn)行合理選擇時，需要遵循以下原則：在粗加工階段常需以生產(chǎn)率的提升為重點(diǎn)，但是也需要從經(jīng)濟(jì)性和成本方面，對加工作業(yè)加以考慮;在進(jìn)行精加工的過程中，首先需要在高質(zhì)量的加工基礎(chǔ)上，進(jìn)行高效、經(jīng)濟(jì)的切削。結(jié)合說明書及相關(guān)手冊，并根據(jù)自身的經(jīng)驗，對機(jī)床和切削用量的具體數(shù)值進(jìn)行確定。粗加工階段主要是體積加工，想要進(jìn)行高效地生產(chǎn)，就需要采用耐用的道具，對材料進(jìn)行盡可能地去除，而吃刀量，進(jìn)而以及切削作業(yè)的速度等，都關(guān)系著材料能否得到高效的去除。針對各切削用量要素來說，任意要素的改變都會導(dǎo)致道具無法保持原有的耐用度，但是有著不同程度地影響，切削速度是最大的影響因素，吃刀量是最小的影響因素。通過對切削用量的合理選擇，能夠從效率和耐久度方面，對生產(chǎn)作業(yè)和刀具進(jìn)行提升，通常來說需要以最大化為原則來選擇吃刀量，其次，需要對進(jìn)給速度Vf進(jìn)行確定，最后需要從耐用度方面通過與刀具的結(jié)合，來對切削速度Vc進(jìn)行確定。

2 銑削方式

銑削方式分順銑和逆銑，在對工件進(jìn)行順銑切削時，銑刀的切出和進(jìn)給方向需要保持一致。在對工件進(jìn)行逆銑切削時，銑刀的切出和進(jìn)給方向需要保持相反（圖1）。

相比逆銑來說，采用順銑加工能夠使銑刀具有2～3倍的耐久度，使工件表面更加平整，特別是針對銑削無法加工的材料來說，能夠獲得更加顯著的效果。但在進(jìn)行順銑的過程中，首先，銑床機(jī)構(gòu)在進(jìn)行進(jìn)給作業(yè)時，需要能夠使絲杠螺母在工作臺上的副間隙和傳動間隙得到消除，使工作臺能夠保持平穩(wěn)，其次，毛坯表面不允許出現(xiàn)硬皮，工藝系統(tǒng)的剛度需要足夠。在以上條件都具備的情況下，需要運(yùn)用順銑操作，接著才是逆銑操作。一般來說，在對模具型腔進(jìn)行銑削的過程中，較為常見的技術(shù)就是順銑。

3 加工工藝優(yōu)化

3.1 優(yōu)化模具型腔粗銑的工藝

之所以要優(yōu)化粗銑工藝是為了實現(xiàn)對加工效率的提升，以及對加工成本的減少，需要通過均勻的留量，來為半精和全精加工提供便捷。

粗銑加工刀具組合：組加工的目的是加工體積。在進(jìn)行粗銑的過程中，需要對分層銑削加以采用。所采用的道具需要具有較大的直徑，以此來實現(xiàn)對體積的高效切出，但是小直徑道具需要進(jìn)行大體積加工，反而會加大加工時間。

為了實現(xiàn)對加工效率的提升，就需要對道具組合進(jìn)行優(yōu)化。本文在經(jīng)過幾何分析后，以便捷性為原則，對相應(yīng)的組合方法進(jìn)行了提出。

本文分析了WALTERY刀具，其屬于1.25尺寸系列的硬質(zhì)合金刀具，有著如下排列：（63，50，40，32，25，20，16，12，10，8，6，5，4，3.5，3，2.5，2）。

有著如下假設(shè)：刀具具有齊全的規(guī)格;忽略換刀成本;型腔有著一定的寬度變化。

以此系列為依據(jù)對用刀進(jìn)行組合，如果上一階段應(yīng)用了63直徑的刀具，那么型腔剩余最大的體積寬度為63。如果刀銑型腔的直徑為50，想要進(jìn)行高效的切除，那么就需要選擇寬度和銑平面為0.26 d和0.65 d的刀具。顯然，在對型腔進(jìn)行切削時，刀具寬度無法滿足要求。

假如需要銑削寬度為0.75 d左右的型腔時，可以采用（63，40，25，16，10，6，4，3，2）的刀具組合。

假設(shè)想要實現(xiàn)對帶有0.3d拐角寬度的銑型腔的銑削，就需要選擇以下系列刀具組合：（63，25，10，6）的走刀方式。之所以要進(jìn)行粗加工，主要是為了實現(xiàn)對余料的快速、高效去除，大跨距、大切深以及少退刀是具體的刀位軌跡要求，因此需要混合使用順銑和逆銑。由UG具有型腔銑，因此在粗加工模具型腔作業(yè)中更為適用。

在對腔槽進(jìn)行粗加工的過程中，加工方式與加工時間有著密切的關(guān)系。想要進(jìn)行快速的粗加工，就需要通過對走刀方式的合理選擇來對特定區(qū)域進(jìn)行銑削加工，其作用十分重要（表1）。在進(jìn)行走刀的過程中，需要對以下內(nèi)容加以考慮：首先，加工時間是否充足，其次，是否具有均勻的加工余量。通常來說，在加工平面域時通過對螺旋走刀方式的選用，能夠獲取到較為均勻的加工余量，最佳的走刀方式需要結(jié)合工件形狀。然而采用平行的方式進(jìn)行走刀，通常無法獲得均勻的加工余量，如果無須均勻的余量，那么通常來說走刀刀軌較短的是Zig-Zag刀具。

在加工區(qū)域通過UGNX對各種圖形的實驗，得出以下結(jié)論：

（1）采用平行的方式進(jìn)行走刀，會導(dǎo)致區(qū)域邊界出現(xiàn)不均勻的余量，如果想要使加工后所留下的余量能夠更加均勻，通常來說需要以邊界為中心進(jìn)行環(huán)切。如果無須留下均勻的余量，那么采用Zig-Zag當(dāng)時進(jìn)行走刀能過獲取到最短的刀軌;如果想要使余量能夠保持均勻而采用環(huán)切，那么通常會有比Follow part更長的刀軌。

（2）在加工區(qū)域內(nèi)，如果采用平行的方式進(jìn)行走刀，那么在所有邊界長度充足的情況下，以邊界為中心進(jìn)行環(huán)切，會對加工總時間造成較大的影響。如果需要均勻的加工余量，那么在對多島嶼區(qū)域進(jìn)行加工時，采用螺旋的方式進(jìn)行走刀更為合適。

（3）在采用螺旋的方式進(jìn)行走刀時，通常來說，最短、最長刀軌的獲取方式分別為Follow periphery以及Follow part，如果有島嶼存在于加工區(qū)域內(nèi)，對Follow periphery方式的選擇，會導(dǎo)致大量余量在島嶼邊界的遺留，較為常見的環(huán)切方式就是Follow part。

（4）如果多島嶼區(qū)域有著規(guī)則的外邊界，那么在較為集中的島嶼區(qū)域中，需要分解相應(yīng)的加工區(qū)域，在各島嶼中包絡(luò)完外邊界后，能夠使其成為單獨(dú)的島嶼。然后，需要通過對Zig-Zag方式的采用，來包絡(luò)多島嶼與外邊界，如果所包絡(luò)的區(qū)域在多島嶼之內(nèi)，就需要對Follow part進(jìn)行采用，在組合完成后就能夠?qū)崿F(xiàn)快速加工。

3.2 銑削加工在模具型腔數(shù)控中的應(yīng)用

本文所采用的凹模零件為氣缸蓋，采用了H13材料，達(dá)到了45 HRC硬度。

3.2.1 確定加工方案

在經(jīng)過綜合分析后，確定選用如下道具組合，粗加工的進(jìn)行需要按2個步驟。第一步需要粗銑的主體對象為上表面和墻體內(nèi)部，由于加工階段的尺寸限制，因此在進(jìn)行加工時所選用的立銑刀為鑲片式;第二步需要粗銑的主要部位為孔、槽以及拐角等，由于其尺寸受到了限制，因此在加工階段需要采用的立銑刀為球頭型。

本次在進(jìn)行分層銑削時，所采用的R刀和銑刀分別為鑲片式和球頭式，具有較高的效率，并且型面達(dá)到了0.5 mm的留余量。

3.2.2 半精加工

由于型腔的特征較為特殊，并且受到了尺寸限制，因此需要按照4步來進(jìn)行精加工。在加工陡斜面、立面、潛平面以及淺斜面時，所采用的球頭立銑刀為整體式;并在半清根加工階段對球頭立銑刀進(jìn)行了采用;如果需要加工的型腔具有較窄的周邊凹槽，那么就需要采用球頭立銑刀。

通過對整體式端面以及球頭這2種銑刀的綜合選用，實現(xiàn)了對型面、局部小凹槽等的加工，并且型面達(dá)到了0.2 mm的余量。

3.2.3 精加工

在對型面、清根進(jìn)行精加工時，采用了整體式端面和球頭這兩種類型的銑刀。

由于零件有著獨(dú)特的特征，因此需要按照6步來實施精加工，在精加工上表面和腔槽平面時，所選用的立銑刀為平底型;在精加工窄槽時所采用的立銑刀為平底型，在精加工型腔斜面和曲面時，所采用的立銑刀為球頭式;在精加工型腔清根時所采用的銑刀為球頭式。

4 結(jié)束語

在對切削用量進(jìn)行合理選擇時，需要遵循以下原則：在粗加工階段需要以生產(chǎn)率提升為重點(diǎn)，但是也需要從經(jīng)濟(jì)性和成本方面，對加工作業(yè)加以考慮;在進(jìn)行精加工的過程中，先需要在高質(zhì)量的加工基礎(chǔ)上，進(jìn)行高效、經(jīng)濟(jì)的切削。結(jié)合說明書及相關(guān)手冊，并根據(jù)自身的經(jīng)驗，來對機(jī)床和切削用量的具體數(shù)值進(jìn)行確定。雖然模具型腔有著多樣化的形狀，然而其缺乏多樣化的構(gòu)成類型。任意加工特征所對應(yīng)UG的加工方法為一種或多種。因此本文通過對相關(guān)規(guī)律的研究、總結(jié)，以此為UG CAM編程的指導(dǎo)，并從效率和質(zhì)量方面對加工作業(yè)進(jìn)行提升，以供參考。

參考文獻(xiàn)

[1[劉勇，宋寧，賴嘯，等.基于UG的復(fù)雜模具型腔數(shù)控編程技術(shù)的研究[J].機(jī)械工程與自動化，2018（1）：132-133.

[2] 李玉煒，孫友松.順逆銑對表面粗糙度影響的軌跡包絡(luò)幾何分析和實驗驗證[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2014（6）：36.

[3] 何永紅，齊樂華，趙寶林.雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床后置處理算法研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2006（1）：4.

[4] 馮顯英，何全民，胡濱，等.基于Pro/E的特殊五坐標(biāo)機(jī)床的后置處理器的開發(fā)[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2006（9）：8.

[5] 嚴(yán)思杰，周云飛，陳學(xué)東，等.五軸NC加工干涉檢查與避免算法研究[J].中國機(jī)械工程，2006（17）：15.