凸凹模具中數(shù)控編程與加工技術(shù)探討

許啟高

（湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421002）

數(shù)控技術(shù)是借助于數(shù)字信息來(lái)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械制造遠(yuǎn)程機(jī)電一體化控制技術(shù)，在該技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，數(shù)字信息技術(shù)以及機(jī)械運(yùn)動(dòng)特征實(shí)現(xiàn)了良好的滲透與融合。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造行業(yè)中，可使傳統(tǒng)機(jī)械加工中的很多難題得到解決，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工精度的顯著提升。因此，數(shù)控技術(shù)在凸凹模具的生產(chǎn)制造過(guò)程中，機(jī)械生產(chǎn)制造企業(yè)和技術(shù)人員一定要注重?cái)?shù)控編程和數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，并充分發(fā)揮數(shù)控技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，盡最大限度確保凸凹模具的加工質(zhì)量。

1 凸凹模具的加工難點(diǎn)分析

凸凹模具的加工技術(shù)難點(diǎn)主要包括3 個(gè)方面。

1） 因?yàn)椴煌耐拱寄４嬖诓煌奶卣?，所以在加工過(guò)程中，其加工精度、裝夾方式、工件坐標(biāo)系以及所需刀具都存在差異性，加工過(guò)程中，如果不能對(duì)其加以科學(xué)分析，便會(huì)對(duì)加工質(zhì)量造成不利影響。

2） 因?yàn)橥拱寄＞叩臄?shù)控加工工藝有很多種，其型腔刀具、型腔銑削用量、刀具路線以及型腔加工工藝方案都會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，加工過(guò)程中，如果不能合理選擇與有效控制，便會(huì)嚴(yán)重影響到凸凹模具的加工質(zhì)量。

3） 對(duì)凸凹模具進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，數(shù)控編程是最大的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，其中進(jìn)退刀數(shù)控模式、固定進(jìn)退刀模式以及一般程序格式都是重點(diǎn)內(nèi)容，如果這些編程出現(xiàn)問(wèn)題，凸凹模具的加工質(zhì)量就會(huì)受到嚴(yán)重的影響。

因此，通過(guò)數(shù)控機(jī)床對(duì)凸凹模具進(jìn)行生產(chǎn)加工時(shí)，生產(chǎn)企業(yè)和技術(shù)人員需要對(duì)這些加工難點(diǎn)做到足夠重視，以此來(lái)確保加工質(zhì)量。

2 凸凹模具加工中的主要技術(shù)措施分析

2.1 待加工凸凹模具零件的具體情況分析

2.1.1 凸凹模具零件的先期加工精度分析

加工凸凹模具之前，關(guān)鍵任務(wù)是對(duì)其中的各個(gè)零件尺寸精度進(jìn)行分析，需要嚴(yán)格按照凸凹模具的零件圖紙，對(duì)每一個(gè)零件開(kāi)槽加工尺寸進(jìn)行仔細(xì)分析，具體應(yīng)注意以下3 個(gè)方面。

1） 有無(wú)相關(guān)的公差要求，如有需要對(duì)其自由公差加以明確。

2） 對(duì)零件尺寸的幾何公差進(jìn)行分析，明確各個(gè)零件的腔體和開(kāi)槽涂臺(tái)有無(wú)相關(guān)的幾何公差，這些幾何公差是否對(duì)加工有影響[1]。

3） 對(duì)各個(gè)零件表面進(jìn)行粗糙度的分析，以此來(lái)全面明確腔體表面和凸臺(tái)表面具體的幾何尺寸要求。

2.1.2 凸凹模具零件的裝夾方式分析

在對(duì)凸凹模具進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，其裝夾形式為平口鉗夾形式，下面通過(guò)平行墊鐵進(jìn)行支撐。在裝夾過(guò)程中，將對(duì)平口鉗的鉗口位置做校正處理。為了讓零件在裝夾過(guò)程中具備足夠的剛性，應(yīng)先進(jìn)行圓槽和矩形槽的加工，待圓槽和矩形槽加工完后，再將零件翻轉(zhuǎn)，對(duì)U 型槽進(jìn)行加工。

2.1.3 凸凹模具工件坐標(biāo)系分析

在對(duì)凸凹模具進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，其圓槽以及矩形槽中的工件坐標(biāo)原點(diǎn)需要在零件頂面上的中心位置進(jìn)行設(shè)置，而U 形槽中的工件坐標(biāo)原點(diǎn)則需要在頂面上的某一頂點(diǎn)位置進(jìn)行設(shè)置。在具體的數(shù)控編程過(guò)程中，可將輪廓中心作為依據(jù)，在圓槽以及矩形槽上分別進(jìn)行編程原點(diǎn)的設(shè)置。

2.1.4 凸凹模具數(shù)控加工中的刀具分析

在對(duì)凸凹模具中零件內(nèi)腔輪廓進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，應(yīng)用的刀具半徑需比輪廓最小半徑小。在進(jìn)行粗加工的過(guò)程中，應(yīng)盡量選擇具有較大直徑的刀具，從而達(dá)到良好的余量切割效果。在進(jìn)行精加工的過(guò)程中，應(yīng)盡量選擇具有足夠剛性的刀具，且刀具應(yīng)與內(nèi)輪廓加工中的圓角加工需求相符合。

2.2 凸凹模具零件的數(shù)控加工工藝分析

2.2.1 合理選擇凸凹模具零件的型腔刀具

在凸凹模具零件的數(shù)控加工過(guò)程中，型腔銑削方面的刀具主要包括鍵槽銑刀具和平底立銑刀具，型腔曲面以及斜面的加工刀具主要有球頭刀具、帶有低面圓角形式的刀具。在凸凹模具零件內(nèi)輪廓進(jìn)行精細(xì)銑刨加工的過(guò)程中，選擇的刀具半徑必須比凸凹模具零件中的最小內(nèi)輪廓曲率半徑小。通常情況下，刀具的半徑需要控制在凸凹模具零件中最小內(nèi)輪廓曲率半徑的0.8 倍左右[2]。而在粗加工過(guò)程中，要在確保不干涉到內(nèi)輪廓的基礎(chǔ)上盡量加大銑刀直徑，因?yàn)橹睆阶銐虼蟮你姷犊箯潖?qiáng)度足夠大，所以在加工過(guò)程中不容易出現(xiàn)彎曲或者振動(dòng)，可進(jìn)一步確保加工質(zhì)量。

2.2.2 合理確定凸凹模具零件的型腔銑削用量

在型腔銑削刀具的具體應(yīng)用過(guò)程中，通常要確保其Z 方向上的吃力深度小于刀具半徑。對(duì)于較小直徑的立銑刀具，在具體應(yīng)用中，其切削深度應(yīng)控制在刀具直徑的1/3 以內(nèi)，同時(shí)，應(yīng)保障切削寬度與刀具直徑之間成正比關(guān)系，與切削深度之間成反比關(guān)系。通常切削寬度應(yīng)控制在0.6～0.9 mm。在進(jìn)行精加工的過(guò)程中，需要在切削寬度以及切削深度方向上預(yù)留0.2～0.5 mm 的余量，以便后續(xù)的精加工處理。

2.2.3 合理設(shè)計(jì)凸凹模具零件的刀具路線

通過(guò)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行凸凹模具零件的型腔粗加工時(shí)，其主要的路線設(shè)計(jì)形式包括：Z 形刀具路線、環(huán)形刀具路線以及復(fù)合形刀具路線。其中Z 形刀具路線具有較高的加工效率，但是在具體的走刀過(guò)程中，相鄰兩行之間的走刀路線起點(diǎn)以及終點(diǎn)之間會(huì)有凸凹不平的殘留產(chǎn)生。圖1 為Z 形刀具路線示意圖。

圖1 Z 形刀具路線示意圖

環(huán)形刀具路線具有穩(wěn)定且均勻的加工余量，可有效確保凸凹模具零件精加工過(guò)程中的穩(wěn)定性，得到的加工表面質(zhì)量也非常高，但這種走刀形式具有較長(zhǎng)的路徑，加工效率比較低。環(huán)形刀具路線示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 環(huán)形刀具路線示意圖

復(fù)合形刀具路線屬于Z 形刀具路線與環(huán)形刀具路線兩種切削方式的結(jié)合，它集中了上述兩種刀具路線的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，既可以確保凸凹模具零件的加工效率，也可以確保凸凹模具零件的加工余量[3]。圖3為復(fù)合形刀具路線示意圖。

圖3 復(fù)合形刀具路線示意圖

2.2.4 合理制定凸凹模具零件的型腔加工工藝方案

凸凹模具零件中的復(fù)合型腔是通過(guò)多個(gè)型腔以一定的形式組合而形成的腔體，在具體的型腔加工過(guò)程中，可根據(jù)其組合方式將其按照串聯(lián)與并聯(lián)兩種分布形式來(lái)進(jìn)行劃分。在對(duì)串聯(lián)形式的凸凹模具零件復(fù)合腔進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，可通過(guò)由上到下的方案進(jìn)行加工，先對(duì)上層型腔進(jìn)行銑削，然后對(duì)下層型腔進(jìn)行銑削。在對(duì)其進(jìn)行粗加工的過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)切削精度的有效提升，可采用直徑較大的刀具進(jìn)行上層型腔銑削加工，然后再采用直徑較小的刀具進(jìn)行下層型腔的銑削加工。在對(duì)孤島型腔進(jìn)行銑削的過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)先腔后島的方案進(jìn)行加工，在此過(guò)程中，技術(shù)人員一定要保障刀具直徑的合理選擇，這樣才可以在輪廓線銑削的過(guò)程中不會(huì)讓刀具干涉到另一條輪廓線。為確保銑削效果，技術(shù)人員需注意保障刀具具有足夠的剛度。

在對(duì)凸凹模具零件比較淺的型腔進(jìn)行銑削的過(guò)程中，可通過(guò)鍵槽銑刀將其插削至底面深度，然后再進(jìn)行型腔中間位置的銑削。在此過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)刀具半徑的補(bǔ)償作用加以充分利用，以此來(lái)進(jìn)行垂直側(cè)壁上輪廓線的精銑加工。如果凸凹模具零件內(nèi)的型腔比較深，則應(yīng)對(duì)其深度方向進(jìn)行分層切削。一般情況下，其切削方法是先鉆削出一個(gè)孔，再使用合適的刀具通過(guò)Z 方向深入到設(shè)定好的深度，以此來(lái)對(duì)側(cè)面進(jìn)行銑削加工，直到型腔擴(kuò)銑到了設(shè)計(jì)尺寸為止。

3 凸凹模具零件加工過(guò)程中的數(shù)控編程要點(diǎn)分析

3.1 進(jìn)退刀數(shù)控模式的編程要點(diǎn)

在通過(guò)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行凸凹模具的加工過(guò)程中，其進(jìn)退刀數(shù)控模式的編程要點(diǎn)主要包括以下5 個(gè)方面：一是換刀點(diǎn)編程，具體加工中，換刀點(diǎn)應(yīng)固定在加工中心位置，且換刀一定要在換刀點(diǎn)上完成。二是初始平面編程，為了讓刀具安全進(jìn)入到相應(yīng)的平面，編程時(shí)應(yīng)確保初始平面的高度一致，且不能對(duì)工作和夾具造成干涉。一般情況下，初始平面高度應(yīng)控制在50 mm。三是加工平面編程，具體編程中，應(yīng)確保刀具對(duì)平面的加工效果。四是XY 平面中的進(jìn)刀點(diǎn)以及退刀點(diǎn)編程，其中，進(jìn)刀點(diǎn)通常需要和工件之間保持安全距離，并盡量和加工起始點(diǎn)相切。此外，退刀點(diǎn)也需要和工件之間保持安全距離，并盡量和加工終止點(diǎn)相切。五是XY 平面上的起始加工點(diǎn)與終止加工點(diǎn)編程，通常情況下，這兩個(gè)加工點(diǎn)都需要在直線或者是圓弧上的起點(diǎn)或終點(diǎn)位置進(jìn)行設(shè)置，如果不能與進(jìn)刀點(diǎn)相切，那么需要設(shè)置到輪廓拐點(diǎn)位置，這樣才可以有效避免接刀痕跡的產(chǎn)生。

3.2 固定的進(jìn)退刀模式編程要點(diǎn)

在凸凹模具的數(shù)控加工過(guò)程中，刀具交換需要在換刀點(diǎn)上完成，在主軸旋轉(zhuǎn)之后，需要沿著XY方向?qū)Φ毒遆Y 平面中的起始點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，借助于GOO 的形式使其迅速運(yùn)動(dòng)至初始平面上，再運(yùn)動(dòng)到參考平面上，下刀至加工平面，由進(jìn)刀點(diǎn)位置運(yùn)動(dòng)至加工起始點(diǎn)位置，沿著輪廓軌跡一直加工，直到加工至終止點(diǎn)為止，再退回到退刀點(diǎn)位置，最終將刀具提到參考平面上，再一次回到換刀點(diǎn)位置[4]。

3.3 一般程序格式編程要點(diǎn)

在對(duì)凸凹模具進(jìn)行數(shù)控加工的過(guò)程中，其編程格式包括以下13 個(gè)方面：一是初始化，其程序格式是G17 G40 G49 G80 G90 G21 G54；二是回到參考點(diǎn)，其程序格式是G91 G28 Z0；三是1 號(hào)刀具換刀，其程序格式是M06 T01；四是主軸以1000 r/min的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)，其程序格式是M03 S1000；五是刀具沿著水平方向移動(dòng)到刀點(diǎn)正上方位置，其程序格式是G90 G00 X-Y-；六是在到達(dá)了初始平面之后，對(duì)刀具長(zhǎng)度進(jìn)行補(bǔ)償值建立，其程序格式是G43 H01 Z；七是下到加工平面，其程序格式是……；八是刀具切削軌跡，其程序格式是……；九是主軸停止，其程序格式是M05；十是回到考點(diǎn)，其程序格式是G91 G28 Z0；十一是程序暫停，其程序格式是M01；十二是下一段加工程序的開(kāi)始，其程序格式是……；十三是程序結(jié)束，其程序格式是M30[5]。

4 凸凹模具加工措施合理應(yīng)用的意義

通過(guò)實(shí)踐與分析發(fā)現(xiàn)，在通過(guò)數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)行凸凹模具的生產(chǎn)加工中，只有根據(jù)零件的實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用需求，對(duì)其實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)分析，以此為依據(jù)進(jìn)行數(shù)控加工工藝的合理選擇，并對(duì)相應(yīng)的工藝做好數(shù)控編程，才可以有效確保凸凹模具的加工效率與質(zhì)量，最大限度避免加工缺陷的產(chǎn)生。這樣不僅有效提升了凸凹模具的產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約大量的材料和工藝費(fèi)用，還可以節(jié)約企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升奠定良好的技術(shù)基礎(chǔ)。

基于此，在對(duì)凸凹模具進(jìn)行數(shù)控生產(chǎn)加工的過(guò)程中，生產(chǎn)企業(yè)需對(duì)其加工難點(diǎn)高度重視，并在具體加工中做好各項(xiàng)加工難點(diǎn)的控制。這樣才能確保加工效率與質(zhì)量，節(jié)約加工成本，在滿足市場(chǎng)實(shí)際需求的基礎(chǔ)上促進(jìn)企業(yè)的良好經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

在通過(guò)數(shù)控技術(shù)對(duì)凸凹模具零件進(jìn)行制造與加工的過(guò)程中，生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)的技術(shù)人員一定要做好數(shù)控編程技術(shù)以及數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用。首先，對(duì)零件中的各項(xiàng)尺寸參數(shù)進(jìn)行全面分析，以此為后續(xù)的編程及加工技術(shù)應(yīng)用方案奠定基礎(chǔ)；其次，對(duì)零件具體的加工工藝進(jìn)行深入分析，以此確保其加工質(zhì)量；最后，應(yīng)注重加工過(guò)程中的數(shù)控程序編制要點(diǎn)，使整個(gè)加工流程得到良好的控制。通過(guò)這種方式，可有效確保凸凹模具的數(shù)控加工質(zhì)量，滿足其實(shí)際生產(chǎn)制造需求，促進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的良好應(yīng)用與發(fā)展。