基于UG12.0的口罩刀模加工銑削策略探討

0 引 言

N95口罩是通過口罩機(jī)將多層無紡布進(jìn)行熱壓、折疊成型、超聲波焊接、廢料切除、耳帶鼻梁條焊接等工序制造而成

。其中刀模是口罩機(jī)的關(guān)鍵零件，主要功能是按照預(yù)設(shè)形狀將口罩從布料上切除，裁切控制整個口罩輪廓尺寸，生產(chǎn)所需規(guī)格的成品

。為保證合理的切斷效果和較長的使用壽命，刀模刃口徑向全跳動公差控制在0.02 mm，刃口寬度均勻度控制在0.1 mm

，這對刀模的制造工藝提出了更高的要求?，F(xiàn)應(yīng)用UG12.0對N95口罩刀模進(jìn)行三維造型，分析刀模的結(jié)構(gòu)特征和加工難點(diǎn)，選用合適的銑削策略，確定工藝方案并生成加工程序，在四軸數(shù)控加工中心加工驗(yàn)證。

由于濁音的激勵信號具有準(zhǔn)周期特征,能良好體現(xiàn)不同麥克風(fēng)信號間的相關(guān)性,因此本文設(shè)計(jì)中僅選取語音信號的濁音段進(jìn)行時延估計(jì)。利用濁音信號LPC預(yù)測增益明顯高于清音信號的特點(diǎn),本文選擇用預(yù)測增益進(jìn)行語音信號濁清音的簡單判別。

1 刀模工藝分析

1.1 刀模結(jié)構(gòu)特征

圖1所示為N95口罩刀模結(jié)構(gòu)，刃角為90°、高為2.25 mm、寬為1.5 mm的刃口設(shè)計(jì)在直徑

75 mm的圓周上，呈左右對稱包裹于軸上，包裹區(qū)域?yàn)榍械豆ぷ鲄^(qū)域，用來切斷已經(jīng)壓花成型5層布料，其展開圖的形狀就是整個口罩輪廓尺寸。刀模右邊設(shè)計(jì)有鍵槽，用鍵連接傳動齒輪，左右兩端

30 mm處是安裝滾動軸承，裝配到壓紋機(jī)構(gòu)上

。

1.2 刀模加工難點(diǎn)

刀模材料為45#鋼，需加工位置有：外圓面、鍵槽、方軸面、刀模刃口，整個刀模為機(jī)加工一體成形，加工難點(diǎn)如下。

屋頂?shù)穆槿溉允悄菢臃倍唷Ｌ栆舱諛优?。山下有牧童在唱童謠，那是十年前的舊調(diào)：“秋夜長，秋風(fēng)涼，誰家的孩兒沒有娘，誰家的孩兒沒有娘，……月亮滿西窗?！?/p>

（5）點(diǎn)選編輯→曲面→整體變形，選擇按曲面方法生成，選擇繪制的刃口實(shí)體面為要變形的幾何體，選擇拉伸平面為基本曲面，選擇

75 mm的軸面為控制曲面并點(diǎn)選法向，變形方向垂直于控制對象，即將刃口部分包裹在

75 mm的軸上，如圖2所示。

（2）與滾動軸承配合要求轉(zhuǎn)動靈活、平穩(wěn)，

30 mm外圓面尺寸精度要求較高，同時還需保證兩端同軸度，若同軸度偏差大，將導(dǎo)致工作不平穩(wěn)，影響切斷及使用壽命。

（3）刀模硬度要求在58～62 HRC，經(jīng)熱處理后硬度高，只能小量切削，存在刀具磨損快、效率低等問題，影響生產(chǎn)效益。

2 刀模加工工藝設(shè)計(jì)

多軸加工因具有加工效率高、加工周期短、加工表面質(zhì)量好的優(yōu)勢在模具零件加工中得到廣泛應(yīng)用

，再結(jié)合刀模的結(jié)構(gòu)特征和加工難點(diǎn)，確定如下加工方案。

（2）接著在

平面繪制截面拉伸方軸面，在

平面繪制截面拉伸鍵槽。

（2）數(shù)控車削加工。先加工兩端中心孔，為后續(xù)工序磨削和銑削加工提供裝夾及定位，接著車削刀模外形，單邊留0.15 mm外磨余量。

這是本刊繼2014年首次入選該《報(bào)告》后第二次入選。該《報(bào)告》基于學(xué)科與期刊特點(diǎn)構(gòu)建了不同的期刊評價指標(biāo)體系,對我國1291種人文社會科學(xué)期刊(2012年及以前創(chuàng)刊)、164種新刊(2013—2017年創(chuàng)刊或更名)及68種英文期刊進(jìn)行了評價。

（3）根據(jù)技術(shù)要求，印花包裹于

75 mm的軸上，通過

75 mm的象限點(diǎn)創(chuàng)建平行

平面的基準(zhǔn)面，在基準(zhǔn)面上繪制刀模展開圖，將繪制的圖案拉伸成實(shí)體，接著對其倒角生成刃口。

楊偉民

研究表明，刀模粗加工采用層降加工，即每加工完一個切削深度，再繼續(xù)下刀加工下一層深度。選擇UG12.0中mill_multi-axis的多軸粗加工策略，設(shè)置刀具和切削參數(shù)，點(diǎn)選刀模內(nèi)輪廓指定驅(qū)動底面，深度模式選擇從底面偏置，切削類型選擇跟隨部件，切削模式選擇往復(fù)；接著設(shè)置幾何體，點(diǎn)選刃口內(nèi)輪廓線指定空間范圍；隨后設(shè)置螺旋進(jìn)刀方式，生成刀軌。用同樣的方法設(shè)置刀模外輪廓刀軌，只需更改刀模外輪廓指定驅(qū)動底面、刃口外輪廓線指定空間范圍環(huán)即可，如圖5所示。

（5）熱處理。保證材料硬度達(dá)到58～62 HRC。

（6）磨削加工。雙頂尖精磨兩軸承位置

30 mm尺寸及外形尺寸至圖紙公差要求，保證同軸度公差及徑向全跳動公差控制在0.02 mm。

試驗(yàn)田采用實(shí)收測產(chǎn)，每處理取3點(diǎn)，每點(diǎn)取67 m2實(shí)收測產(chǎn)，按14%標(biāo)準(zhǔn)水分計(jì)產(chǎn)。每處理中間取1行連續(xù)取20穗考種。

3 基于UG12.0的刀模銑削策略設(shè)計(jì)

刀模加工時間長，環(huán)節(jié)多，硬度和精度要求都較高

，在旋轉(zhuǎn)軸上選擇合適的四軸銑削策略銑削符合要求的刃口部分，是解決刀模加工難點(diǎn)的關(guān)鍵。

3.1 基于UG12.0刀模三維建模

N95口罩刀模三維建模的難點(diǎn)仍然是刃口部分，特別是因其需包裹在

75 mm的軸上。

（1）識讀圖紙，在

平面內(nèi)繪制封閉截面并用旋轉(zhuǎn)的方法生成臺階軸。

（1）下料。棒料尺寸為

85 mm×230 mm。

（3）數(shù)控銑削加工。精銑方軸面至要求尺寸。

（4）在基準(zhǔn)面上通過

75 mm的象限點(diǎn)對稱拉伸一個平面，平面的長度是pi*75/2。

形勢任務(wù)在變，鐵肩擔(dān)當(dāng)不改。以不怕丟“烏紗帽”的無私無畏、“功成不必在我”的寬廣胸襟、“功成必定有我”的使命自覺，練就干事的真本領(lǐng)，拿出擔(dān)當(dāng)?shù)挠才e措，才能接好改革的接力棒，創(chuàng)造出無愧于前人的新光榮！

（1）刀模刃口截面尺寸小，精度要求高，徑向全跳動公差控制在0.02 mm，以免太過鋒利導(dǎo)致使用壽命短；寬度公差控制在0.1 mm，以免刃口寬度過大導(dǎo)致切斷效果不良、效率低，且對全曲面均勻度要求較高，同樣需將公差控制在0.1 mm。

3.2 選擇工裝夾具

為了減少裝夾誤差，盡可能在一次裝夾中完成全部加工，考慮毛坯尺寸與兩軸承位置的同軸度和

75 mm軸的全跳動公差，選用一夾一頂?shù)某Ｒ?guī)裝夾方法，如圖3所示，打表找正毛坯。

“老頭媳婦去世后，一般比老太太還可憐，很多自己不會做飯、洗衣，干不了家務(wù)，也不受兒子、媳婦歡迎”。 （C4,女，62歲）

3.3 加工內(nèi)容分析

通過分析刀模各部分功能及加工要求可知，刀模分為刀模內(nèi)輪廓、刀模外輪廓、刃口狹窄處、刃口輪廓、刃口倒角等區(qū)域進(jìn)行加工，如圖4所示。

（7）四軸銑削加工。精修刀模刃口至截面尺寸，保證刃口尺寸均勻，寬度公差和全曲面均勻度公差控制在0.1 mm。

3.4 刀具選擇分析

通過分析零件圖紙，刀模加工區(qū)域多，刃口部分輪廓復(fù)雜，刃口狹窄處間距小，粗加工綜合考慮高效原則和保證殘余余量均勻，選擇

10 mm的立銑刀，通過測量刀模三維模型，刃口狹窄處間距僅為2 mm，根據(jù)刃口狹窄處的間距選擇

1 mm的立銑刀進(jìn)行二次粗加工；精加工考慮優(yōu)質(zhì)原則，刀模內(nèi)、外輪廓根據(jù)最小曲率半徑選擇

6 mm的立銑刀，刃口輪廓選擇

1 mm的立銑刀，刃口選擇

6 mm的倒角刀。

3.5 粗銑策略選擇分析

（4）四軸銑削加工。一夾一頂粗銑刀模內(nèi)外輪廓，二次粗加工刃口狹窄處，再半精銑、精銑刀模內(nèi)外輪廓，留0.15 mm的刃口部分精修余量。

其一，從實(shí)證的角度回答，巨災(zāi)對全球經(jīng)濟(jì)是否產(chǎn)生了顯著影響？影響有多大？目前關(guān)于這方面的實(shí)證研究十分不足，且現(xiàn)有的研究中關(guān)注的均是所有等級自然災(zāi)害的綜合影響，忽略了巨災(zāi)的特殊性.因巨災(zāi)強(qiáng)度大，造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失多，災(zāi)害的影響范圍廣，且受災(zāi)地區(qū)的應(yīng)對方式也會有所差別，所以其對經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的影響必然與普通自然災(zāi)害有所不同.

由于所選刀具無法在刃口狹窄處進(jìn)刀，殘留余量較多，需要進(jìn)行二次粗加工，用同樣的方法選擇多軸粗加工策略，創(chuàng)建如圖6所示刃口狹窄處輪廓線指定空間范圍環(huán)即可生成刀軌。半精銑策略與粗加工策略一致，只是底面余量設(shè)置不同，為精銑留均勻余量。

3.6 精銑策略選擇分析

（1）刀模內(nèi)、外輪廓、刃口狹窄處精銑策略。精銑策略與粗銑、半精銑策略一致，只是切削刀具不同，對應(yīng)的切削參數(shù)不同，底面余量為0，部件留0.15 mm的刃口部分精修余量，切削步距更小，生成的刀軌更密，表面質(zhì)量更高，如圖7所示。

（二）加大資金統(tǒng)籌使用力度，合理確定投資規(guī)模?；窘ㄔO(shè)所需資金屬于財(cái)政支出，應(yīng)當(dāng)按照公共財(cái)政的支出原則統(tǒng)籌管理使用，防止資金使用分散化和低效益。應(yīng)通過建立“政府領(lǐng)導(dǎo)、財(cái)政牽頭、部門配合”的機(jī)制，逐步形成投向科學(xué)、結(jié)構(gòu)合理、管理規(guī)范、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的資金使用管理機(jī)制。就具體項(xiàng)目而言，按照“一個盤子進(jìn)，一個口子出”的要求，以項(xiàng)目為中心，按照“渠道不亂、用途不變、統(tǒng)籌安排、形成合力”的基本要求，整合多渠道資金，集中力量辦大事，并根據(jù)實(shí)際需要和財(cái)力可能，在項(xiàng)目決策審批之前合理確定基本建設(shè)投資規(guī)模。

（2）刃口內(nèi)、外輪廓精銑策略。選擇UG12.0中mill_multi-axis的外形輪廓銑策略，設(shè)置刀具和切削參數(shù)，點(diǎn)選刀模內(nèi)輪廓指定底面，勾選自動壁，進(jìn)刀矢量選擇遠(yuǎn)離直線，編輯參數(shù)設(shè)置遠(yuǎn)離直線的指定矢量為

軸負(fù)方向和指定點(diǎn)為左端

30 mm處端面圓心，設(shè)置多重深度，生成內(nèi)輪廓精銑刀軌，用同樣的方法生成外輪廓精銑刀軌，如圖8所示。

（3）刃口倒角精銑策略。選擇UG12.0中的mill_multi-axis的可變輪廓銑策略，設(shè)置刀具與切削參數(shù)，選擇曲線/點(diǎn)驅(qū)動方法，設(shè)置點(diǎn)選刃口倒角邊為驅(qū)動幾何體，定義切削方向，設(shè)置切削步長，投影矢量選擇刀軸，刀軸采用遠(yuǎn)離直線的方法設(shè)置，設(shè)置圓弧進(jìn)刀和退刀，生成刀軌，如圖9所示。

4 刀模銑削策略的驗(yàn)證

選擇VMC850L四軸數(shù)控加工中心試切驗(yàn)證銑削策略，得到的刀模試切件如圖10所示。由此可知，基于UG12.0軟件的多軸粗加工策略，避免了低版本UG和同類型軟件需要復(fù)雜的纏繞后處理，編程方法簡單，刀軌簡潔可行，無碰撞和過切現(xiàn)象，能滿足零件各項(xiàng)技術(shù)要求，解決了刀模刃口難加工的問題。

5 結(jié)束語

分析了N95口罩刀模的結(jié)構(gòu)特征和加工難點(diǎn)，各部分功能及加工要求，選用四軸銑削加工方案，運(yùn)用UG12.0軟件分區(qū)域選擇銑削策略，刀模內(nèi)、外輪廓和刃口狹窄處選用多軸粗加工策略，刃口內(nèi)、外輪廓選用外形輪廓銑策略，刃口倒角選用可變輪廓銑策略，生成的刀軌簡潔，編程方法簡單，解決了刀模的加工難點(diǎn)問題，降低了刀模的編程難度，縮短了加工輔助周期，提高了生產(chǎn)效率，對同類產(chǎn)品的加工具有指導(dǎo)意義。

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