五軸聯(lián)動(dòng)加工中心在鑄造泡沫模具制作中的應(yīng)用

陶 標(biāo)，袁文軒，石曉峰

（安徽合力股份有限公司合肥鑄鍛廠，安徽合肥 230601）

隨著CAD 制圖軟件的廣泛應(yīng)用，工程機(jī)械類鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也變得非常復(fù)雜，同時(shí)，在裝車驗(yàn)證階段，很難保證一次性定型，往往要經(jīng)過二到三輪的設(shè)計(jì)更改、完善才能夠批量生產(chǎn)。另外，工程機(jī)械類鑄件一般外形較大，驗(yàn)證階段制作木?；蛘呓饘倌Ｐ统杀靖撸＞咧谱髦芷陂L，3D 打印雖然效率快，但是成本更高，往往選擇泡沫模具成型，材料成本低廉，且速度快[1]。

本公司采購了EXCITECH 星輝數(shù)控機(jī)械科技有限公司生產(chǎn)的E9 定梁定柱五軸聯(lián)動(dòng)加工中心，在泡沫工裝模具設(shè)計(jì)制作過程中，利用UG 軟件進(jìn)行泡沫工裝模具設(shè)計(jì)與編程，用加工中心進(jìn)行模具加工，提升了效率、提高了模具精度[2]。

1 EXCITECH E9 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心主要參數(shù)介紹

星輝數(shù)控加工中心機(jī)體為龍門式全封閉構(gòu)造，工作臺(tái)尺寸1550mm×3000mm，X×Y×Z 行程為2650mm×3700mm×1300mm、A 軸傾斜角度為±120°、C 軸旋轉(zhuǎn)角度為±245°，有一個(gè)可以安放8 只刀具的圓盤轉(zhuǎn)塔式刀庫，全部自動(dòng)換刀。

2 普通泡沫模具制作工藝

傳統(tǒng)的泡沫模制作方法，是根據(jù)零件的鑄造工藝圖紙，確定模型結(jié)構(gòu)，手工繪制放樣圖，放樣后的泡沫模塊多數(shù)采用自制的泡沫模切割機(jī)，運(yùn)用銅絲通過加熱器加熱到60～70℃進(jìn)行切割，然后使用刨床打磨，最后運(yùn)用消失模粘結(jié)技術(shù)完成組裝。該制作方法，泡沫模樣表面粗糙，達(dá)不到鑄件表面光潔度要求，只適用于簡單、粗糙的鑄件，很難完成復(fù)雜的鑄件曲面制作及獲得較高的鑄件尺寸精度。

3 EXCITECH E9 五軸聯(lián)動(dòng)加工中心加工工藝

3.1 鑄造模具三維設(shè)計(jì)

鑄件三維設(shè)計(jì)一般采用Solidworks、cimatron、UG 等軟件。依據(jù)設(shè)計(jì)好的鑄造工藝圖紙?jiān)O(shè)置模具縮水、拔模斜度、加工余量等參數(shù)，UG 軟件繪制上、下模模具三維圖，如圖1 所示。

圖1 鑄造模具三維設(shè)計(jì)

3.2 加工程序編制及后處理

用UG12.0 加工程序編制及后處理，UG 是德國西門子公司集CAD/CAM/CAE 功能于一體的軟件集成系統(tǒng)，被普遍認(rèn)為是最杰出的數(shù)控編程設(shè)計(jì)軟件之一，也是市場使用最廣泛的編程軟件。

3.2.1 加工程序編制

根據(jù)模具不同的曲面結(jié)構(gòu)，分步進(jìn)行編程，首先選擇適當(dāng)?shù)募庸こ绦?，粗加工一般選擇立銑，精加工一般選擇平面加工銑、深度五軸銑、深度輪廓銑等；刀具的選擇也很重要：立銑刀的直徑25mm、球刀D25/D12/D10/D3mm 不等；主軸轉(zhuǎn)速設(shè)置在6000～12000r/min、進(jìn)給速度8000～13000mm/min、刀路步距：粗加工15～30mm,精加工1～3mm，經(jīng)過運(yùn)算生成刀具路徑，如圖2 所示。

圖2 加工程序編制

3.2.2 后處理

后置處理程序是通用數(shù)控編程軟件計(jì)算產(chǎn)生的刀路軌跡源文件和專用數(shù)控加工中心所能識(shí)別的NC 代碼，YIYI-360 后處理是星輝公司自己研發(fā)的一后置處理文件，生產(chǎn)NC 代碼后直接輸入在OSAI 加工系統(tǒng)。后處理生產(chǎn)NC 代碼如圖3 所示。

圖3 加工程序的后置處理

3.3 程序?qū)?/h3>

將NC 代碼輸入OSAI 加工系統(tǒng)（如圖4），OSAI 加工系統(tǒng)還可以看到實(shí)時(shí)刀路軌跡具體位置，如圖5：最外層刀軌是未加工的，里面刀軌是已經(jīng)加工的。

圖4 OSAI 加工系統(tǒng)

圖5 刀路軌跡

3.4 毛坯制作

根據(jù)工藝用三維軟件制作毛坯三維，主要加工余量設(shè)置在10～20mm，復(fù)雜結(jié)構(gòu)不需要考慮，可以適當(dāng)增加余量，有效降低毛坯制作者的工作強(qiáng)度和專業(yè)性要求。

3.5 加工

如圖6，使用專用壓具把泡沫模加工底板固定在加工中心工作臺(tái)上，在底板上畫好十字中心線，然后使用專用壓具夾緊，把同樣畫有十字中心線泡沫毛坯平面貼上布基膠帶，粘在加工底板上，保證兩個(gè)十字中心線重合；通過設(shè)置，將程序的三維坐標(biāo)與加工的泡沫模模型坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)；把導(dǎo)出的NC 程序輸入到加工中心控制系統(tǒng)中，通過其編碼器的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)加工中心的各個(gè)刀軸的聯(lián)動(dòng)，從而完成模型加工。

圖6 加工泡沫模具

4 結(jié)束語

通過五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的應(yīng)用，提升了泡沫模具的尺寸精度,縮短了鑄件的開發(fā)周期，特別適合復(fù)雜鑄件前期設(shè)計(jì)的驗(yàn)證及小批量的開發(fā)工作。