基于NX的復(fù)雜模具型腔加工＊

陳洪土，吳秀杰，李俊璋，李俊鋒，黃銳樹(shù)

（1.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510510；2.廣東俊德政海機(jī)械科技有限公司，廣東佛山528244）

1 加工項(xiàng)目導(dǎo)入

圖1所示為機(jī)座零件的模具型腔，圖2所示為產(chǎn)品圖，圖3所示為加工三視圖，型具型腔材料為H718，其表面粗糙度值為Ra0.8μm。

圖1 模具型腔圖

圖2 產(chǎn)品圖

圖3 加工三視圖

2 加工項(xiàng)目分析

2.1 基本工藝信息

（1）毛坯為200×150×69mm，零件實(shí)際加工最深位置約為40mm。

（2）加工鋼材材料為國(guó)產(chǎn)H718鋼。

（3）加工工件的主要內(nèi)表面粗糙度值為Ra0.8μm，其它則按三視圖標(biāo)注所示。

（4）未注公差參考±0.03mm。

（5）鑒于加工特點(diǎn)，需拆裝兩個(gè)加工電極，如圖4所示，才能達(dá)到加工效果。

圖4 電極圖

2.2 確定裝夾方案和工件原點(diǎn)

（1）該零件以底面為定位基準(zhǔn)，選用平口鉗夾緊定位，用百分表找正。

（2）工件上表面的中心為工件原點(diǎn)，以此為工件坐標(biāo)系編程。

2.3 分析加工難點(diǎn)及特點(diǎn)

（1）材料為H718模具鋼材，該鋼經(jīng)預(yù)硬化處理,材質(zhì)均勻，潔凈度高，具有極佳的拋光性能及光刻花性，半精加工及精加工工序的安排至關(guān)重要，以符合本產(chǎn)品工藝要求。

（2）外觀要求較高。本零件上下模一樣，表面光潔度要求高，分型面為配合面，加工符合圖紙所示的垂直度要求。同時(shí)，在精加工工序最后清角的時(shí)候要合理安排，以防過(guò)切。

（3）該工件表面粗糙度值要求達(dá)到Ra0.8μm，且腔體較深，要高屋建瓴，通盤(pán)考慮，使整個(gè)加工過(guò)程換刀次數(shù)少，加工效率高。

（4）在初次開(kāi)粗后，會(huì)留下較大面積的、不平均的余量。利用NX加工技術(shù)，通過(guò)巧妙地選用CAVITY_MILL進(jìn)行二次開(kāi)粗，同時(shí)，對(duì)于平坦面加工、直壁面加工時(shí)，要分別采用不同的方法來(lái)實(shí)施。

（5）本型腔骨位較多，要得到較高的加工效率時(shí)，注意兼顧較高的加工質(zhì)量。

（6）型腔面曲面多，低部有比較多的R角，加工時(shí)間長(zhǎng)；且相對(duì)曲率變化較大，刀具與工件的接觸點(diǎn)主要集中于刀尖部位，刀具磨損比較嚴(yán)重。

根據(jù)上述分析，加工過(guò)程中應(yīng)該選擇合理的刀具、加工方式、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給率，加工余量，防止過(guò)切。對(duì)于數(shù)控銑床加工不到位的部分，需要另外在電火花機(jī)上清角加工。同時(shí)也要考慮零件在產(chǎn)品中的位置、裝配關(guān)系及其作用，弄清各項(xiàng)技術(shù)要求對(duì)裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求。本文以NX軟件技術(shù)為工具，展開(kāi)零件加工過(guò)程。

3 加工項(xiàng)目實(shí)施

3.1 創(chuàng)建刀具

在數(shù)控加工中，刀具的選擇直接關(guān)系到加工精度的高低，加工表面質(zhì)量的優(yōu)劣和加工效率的高低，選擇合適的刀具并設(shè)置合理的切削參數(shù)，將可以使數(shù)控加工以最低的成本和最短的時(shí)間達(dá)到最佳的加工質(zhì)量。刀具選擇的總原則是：刀具的選擇應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工性能、被加工零件的材料、幾何形狀、表面質(zhì)量要求、熱處理狀態(tài)、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具。在對(duì)模型腔編制數(shù)控加工程序之前，應(yīng)創(chuàng)建本文加工所用到的刀具庫(kù)，首先在NX的創(chuàng)建刀具的對(duì)話框里選擇刀具的類(lèi)型，并設(shè)置刀具的幾何參數(shù)、材料、刀具號(hào)等，形成刀具庫(kù)，以備調(diào)用。所建立的刀具號(hào)大小有：D20R4、D10、D6、D8R4、D4、D8、D9R4.5、D6R3、D3R1.5等。

3.2 型腔加工刀路編制

（1）用CAVITY_MILL開(kāi)粗。

采用D20R4的圓鼻刀對(duì)模具型腔進(jìn)行粗加工,余量0.5mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.3mm，選擇跟隨部件的走刀方式，去除大部分的工件材料，刀路如圖5所示。

圖5 CAVITY_MILL開(kāi)粗

（2）用CAVITY_MILL二次整體開(kāi)粗。

采用D10平底刀對(duì)模型腔進(jìn)一步開(kāi)粗加工,余量0.3mm，步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.2mm，選擇跟隨部件的走刀方式，對(duì)殘留的材料進(jìn)一步清理，刀路如圖6所示。

圖6 CAVITY_MILL二次開(kāi)粗

（3）用ZLEVEL_PROFILE二次局部開(kāi)粗模腔側(cè)底直壁面。

采用D10平底刀對(duì)模型腔進(jìn)一步開(kāi)粗加工,余量0.3mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm，其他選項(xiàng)包括：切銷(xiāo)方式深度優(yōu)先，合并距離為3mm，最小切銷(xiāo)長(zhǎng)度為1mm，選擇混合走刀，在邊上廷伸4mm等，對(duì)殘留的材料直壁進(jìn)行清理，刀路如圖7所示。

圖7 ZLEVEL_PROFILE二次開(kāi)粗

（4）用CORNER_ROUGH 3次局部開(kāi)粗深腔底壁面。

經(jīng)過(guò)D20R4的圓鼻刀和D10平底刀對(duì)模具型腔進(jìn)一步移除材料之后，在腔體深底處，仍然有較多的殘余材料。本工序旨在進(jìn)一步利用CORNER_ROUGH輪廓粗加工方式，采用D6的平底刀，進(jìn)行殘料移除。相關(guān)參數(shù)設(shè)定如下：切銷(xiāo)方式采用跟隨部件，側(cè)壁余量0.2mm,底面余量0.1mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm，重疊距離為1mm等，對(duì)殘留的深腔底壁面進(jìn)行加工，刀路如圖8所示。

圖8 CORNER_ROUGH深腔底壁面加工

（5）利用ZLEVEL_PROFILE進(jìn)行整體半精加工。

用D8R4球刀對(duì)模型腔進(jìn)行半精加工,余量0.05mm，步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.2mm，其他選項(xiàng)包括：切銷(xiāo)方式為順銑并深度優(yōu)先，合并距離為3mm，最小切銷(xiāo)長(zhǎng)度為1mm，在邊上廷伸0.5mm等，刀路如圖9所示。

圖9 半精加工

（6）選用D8R4球刀分塊進(jìn)行精加工。

分別利用ZLEVEL_PROFILE方式加工直壁面及CONTOUR_AREA方式加工半圓球面（見(jiàn)圖10）。ZLEVEL_PROFILE方式相關(guān)參數(shù)設(shè)定參考圖9半精加工，但余量為零；CONTOUR_AREA方式，實(shí)為固定軸加工方式，主要加工較為平坦的、有規(guī)則的曲面。

圖10 D8R4刀精加工

（7）選用D8R4球刀，用CONTOUR_AREA固定軸分3個(gè)程序加工以下3大塊平坦底面，相關(guān)參數(shù)設(shè)定如圖11所示。

圖11 固定軸加工平坦底面

（8）選用等高加工方法，D8R4球刀，分3個(gè)程序，加工以下3大塊平直壁面，余量為0，步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm，其它選項(xiàng)包括：切銷(xiāo)方式為順銑并深度優(yōu)先，合并距離為3mm，最小切銷(xiāo)長(zhǎng)度為1mm，在邊上延伸0.5mm等，刀路如圖12所示。

圖12 等高加工方法直壁面

（9）等高加工方式，對(duì)局部直面進(jìn)行精加工，如圖13所示。

圖13 局部直面等高精加工

3.3 后處理

無(wú)論是哪種CAM軟件，其主要用途都是生成在機(jī)床上加工零件的刀具軌跡簡(jiǎn)稱(chēng)（刀軌）。一般來(lái)說(shuō)不能直接傳輸CAM軟件內(nèi)部產(chǎn)生的刀軌到機(jī)床上進(jìn)行加工，因?yàn)楦鞣N類(lèi)型的機(jī)床在物理結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)方面可能不同，由此而對(duì)NC程序中指令和格式的要求也可能不同。因此，刀軌數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)處理以適應(yīng)每種機(jī)床及其控制系統(tǒng)的特定要求。這種處理，在大多數(shù)CAM軟件中叫做“后處理”。后處理的結(jié)果是使刀軌數(shù)據(jù)變成機(jī)床能夠識(shí)別的刀軌數(shù)據(jù)，即NC代碼:

（以下為模具型腔第一個(gè)程序中的一部分）

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

N0030 T00 M06

…………

N4160 X1.2799 Y-1.83 I-.0362 J.0154

N4170 G0 Z.5906

N4180 M05

N4181 M30

%

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)復(fù)雜模具型腔零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)出適合其加工的工藝方案，提供了詳細(xì)的加工工藝。采用型腔銑削方法進(jìn)行開(kāi)粗，同時(shí)采用多種方式對(duì)內(nèi)腔槽位做半精加工，再精銑內(nèi)腔槽至尺寸。另外，應(yīng)用NX技術(shù)對(duì)型腔進(jìn)行數(shù)控編程，以達(dá)到高生產(chǎn)效率、高加工精度的目的，從而確保零件生產(chǎn)之后安裝在鋁材設(shè)備里牢固可靠，本技術(shù)在實(shí)際加工中得到了廣泛的應(yīng)用。