倒扣結(jié)構(gòu)中空吹塑模具多軸編程與仿真＊

唐新考，陳學(xué)翔

（1.河源技師學(xué)院，廣東河源517300；2.佛山市高明區(qū)高級(jí)技工學(xué)校，廣東佛山528500）

1 食品飲料瓶吹塑模具結(jié)構(gòu)分析

食品飲料大多采用中空容器進(jìn)行包裝，其中塑料瓶由于便于保存飲料產(chǎn)品，飲料廠商進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和運(yùn)輸，可回收率高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于食品飲料包裝行業(yè)。由于飲料生產(chǎn)過程中需要進(jìn)行殺菌保證飲料產(chǎn)品的保質(zhì)期，飲料在生產(chǎn)灌裝過程中將飲料提高到一定的溫度再進(jìn)行灌裝，在業(yè)內(nèi)稱為熱灌裝的形式，對(duì)于食品飲料熱灌裝中空瓶目前使用PET材料以提高熱灌裝時(shí)候瓶子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，食品飲料瓶如圖1所示。

圖1 食品飲料瓶

為了實(shí)現(xiàn)食品飲料瓶的藝術(shù)設(shè)計(jì)與使用功能統(tǒng)一，食品飲料外形設(shè)計(jì)工程師需要將瓶子的設(shè)計(jì)成具有一定的美感，結(jié)構(gòu)工程師或者模具設(shè)計(jì)工程師需要考慮食品飲料瓶后續(xù)生產(chǎn)的成形工藝性。所謂成型工藝性就是食品飲料瓶在熱灌裝過程中能夠保持瓶型穩(wěn)定性，熱灌裝冷卻后不出現(xiàn)較大的變形甚至是后續(xù)運(yùn)輸過程中受力下的破裂等情況發(fā)生。因此在食品飲料瓶的外觀經(jīng)常會(huì)看到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師有意將外形設(shè)計(jì)成規(guī)則或不規(guī)則凹陷或凸起，從而提高瓶子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和節(jié)省PET原材料投入，吹塑模具型腔如圖2所示。

圖2 食品飲料瓶吹塑模具型腔

2 吹塑模具多軸編程工藝設(shè)計(jì)

食品飲料瓶吹塑模具型腔試驗(yàn)?zāi)＞叽蠖鄶?shù)采用鋁合金材料，生產(chǎn)1～2萬食品飲料瓶進(jìn)行受力測(cè)試和灌裝試驗(yàn)，產(chǎn)品試驗(yàn)驗(yàn)證合格后才開始進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，食品飲料瓶吹塑模具型腔多軸編程加工工藝如表1所示。

表1 食品飲料瓶吹塑模具型腔多軸加工工藝表

3 吹塑模具多軸編程

（1）編寫食品飲料瓶吹塑模具粗加工程序。

使用NX12.0加工模塊內(nèi)的刀路編寫加工程序，使用刀具φ12mm超硬高速鋼平底刀，切削深度1.5 mm，刀具轉(zhuǎn)速6，500轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，800mm/min，如圖3所示。

圖3 型腔粗加工

（2）編寫食品飲料瓶吹塑模具二次粗加工程序。

使用刀具：φ6mm超硬高速鋼平底刀，刀具轉(zhuǎn)速8，000轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，800mm/min，如圖4所示。

圖4 二次粗加工

（3）編寫食品飲料瓶吹塑模具二次粗加工程序。

使用刀具：φ8mm超硬高速鋼平底刀，刀具轉(zhuǎn)速7，500轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，500mm/min，如圖5所示。（4）編寫食品飲料瓶吹塑模具半精加工程序。

圖5 二次粗加工

使用刀具：φ4mm超硬高速鋼球頭刀，刀具轉(zhuǎn)速9，000轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，200mm/min，步距0.15mm，如圖6所示。

圖6 半精加工

（5）編寫食品飲料瓶吹塑模具清角加工程序。

使用刀具：φ4mm超硬高速鋼球頭刀，刀具轉(zhuǎn)速9，000轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，200mm/min，步距0.15mm，如圖7所示。

圖7 清角加工

（6）編寫食品飲料瓶吹塑模具精加工程序。

使用刀具：φ4mm超硬高速鋼球頭刀，刀具轉(zhuǎn)速9，000轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，200mm/min，步距0.15mm，如圖8所示。

圖8 精加工

（7）編寫食品飲料瓶吹塑模具定軸精加工程序。

模具型腔左右兩邊有約1mm球體凸臺(tái)使用3軸加工無法完全加工到位，因此對(duì)刀具軸進(jìn)行傾斜使用球刀對(duì)凸臺(tái)內(nèi)部的輪廓特征進(jìn)行加工。使用刀具：φ4mm超硬高速鋼球頭刀，刀具轉(zhuǎn)速9，000轉(zhuǎn)/min，刀具進(jìn)給1，200mm/min，步距0.15mm，如圖9所示。

圖9 定軸精加工

4 吹塑模具多軸仿真

（1）DMU60 5軸機(jī)床運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

由于實(shí)際加工使用德國德瑪吉生產(chǎn)的DMU60 5軸加工中心，該機(jī)床是一款經(jīng)濟(jì)型5軸立式加工中心，主軸傾斜型B軸與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)繞C軸組合，主要應(yīng)用在醫(yī)療、航空航天、模具工業(yè)、精密制造等行業(yè)。B軸具有-120至+30°擺動(dòng)范圍，可選配轉(zhuǎn)速18，000轉(zhuǎn)/min的主軸，機(jī)床選配德國海德翰iTNC530上具有碰撞監(jiān)控，使得機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)更安全。該機(jī)床具有結(jié)構(gòu)設(shè)置方式簡(jiǎn)單、靈活，同時(shí)具備主軸傾斜型與工作臺(tái)傾斜型機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)床主軸可通過旋轉(zhuǎn)為水平狀態(tài)或垂直狀態(tài)進(jìn)行立、臥轉(zhuǎn)換，再配合工作臺(tái)分度對(duì)工件實(shí)現(xiàn)五面體加工，如圖10所示。

圖10 DMU60 5軸機(jī)床和運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

（2）VERICUT多軸仿真。

VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，由NC程序驗(yàn)證模塊、機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真模塊、優(yōu)化路徑模塊、多軸模塊、高級(jí)機(jī)床特征模塊、實(shí)體比較模塊和CAD/CAM接口等模塊組成?？蓪?duì)5軸加工機(jī)床進(jìn)行數(shù)控加工過程仿真，進(jìn)行NC程序優(yōu)化，縮短加工時(shí)間、延長(zhǎng)刀具壽命、改進(jìn)表面質(zhì)量，檢查過切、欠切，防止機(jī)床碰撞、超行程等錯(cuò)誤。VERICUT軟件目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具制造等行業(yè)，其最大特點(diǎn)是可仿真各種CNC系統(tǒng)，既能仿真刀位文件，仿真CAD/CAM后置處理的NC程序，其整個(gè)仿真過程包含程序驗(yàn)證、分析、機(jī)床仿真、優(yōu)化和模型輸出等。

VERICUT仿真軟件需要在項(xiàng)目樹內(nèi)按照樹狀結(jié)構(gòu)設(shè)置好仿真所需的數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行仿真機(jī)床，夾具，毛坯，設(shè)置坐標(biāo)系，刀具和數(shù)控程序等基本條件，如圖11所示。

圖11 VERICUT軟件項(xiàng)目樹

VERICUT仿真軟件能在NC程序的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行仿真，對(duì)包括加工工件、夾具、刀具、刀柄、主軸和機(jī)床之間的碰撞進(jìn)行檢查，如果發(fā)生碰撞會(huì)在提示欄出警報(bào)信息，如果沒有發(fā)生碰撞就會(huì)按照程序完成仿真驗(yàn)證程序正確性，如圖12所示。

VERICUT仿真軟件對(duì)數(shù)控程序完成仿真后可以對(duì)加工后的效果進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，驗(yàn)證吹塑模具加工程序的正確性，如圖13所示。

圖13 仿真后結(jié)果

5 結(jié)束語

本文分析了吹塑模具的基本結(jié)構(gòu)和數(shù)控多軸加工編程工藝，對(duì)于分型面附近存在倒扣的中空吹塑模具采用了定軸加工的方式將倒扣部分曲面加工到位，詳細(xì)介紹了吹塑模具編程思路和基本流程。以VERICUT仿真軟件為基礎(chǔ)經(jīng)過仿真驗(yàn)證了吹塑模具編程的合理性以及多軸加工碰撞檢查，為提升吹塑模具多軸加工安全性和成品質(zhì)量打下基礎(chǔ)。