模具大型滑塊的數控加工

鄒炳輝（廣東省人力資源社會保障廳職業技能鑒定中心，廣東廣州510115）

模具大型滑塊的數控加工

鄒炳輝
（廣東省人力資源社會保障廳職業技能鑒定中心，廣東廣州510115）

以某大型模具上的一個大滑塊為加工案例，闡述寬高比、體積較大滑塊的工藝流程及數控編程。關鍵詞：模具加工；滑塊加工工藝；工藝基準

0　引言

滑塊（行位）在注射模具中是一種常見的機構，主要起側向分型抽芯的作用，滑塊一方面需要保證產品的外表面質量，一方面需要周期性的滑動，對其加工精度有較高的要求。與常規斜導柱側向分型抽芯滑塊不同，本文案例這種類型的滑塊使用液壓油缸側向抽芯，因其不需要考慮機械抽芯力，其膠位面積、寬高比較大。基本尺寸如圖1所示，考慮工件尺寸及加工精度，粗加工使用VCM1370立式加工中心，其行程為1 300mm ×700mm，主軸最高轉速6 000 r/min。因工件加工面積大，機加工會產生較大的內應力，需要熱處理去應力，這就需要在熱處理前的粗加工時充分考慮熱處理后的精加工的余量、裝夾、取數等加工工藝，無疑增加了加工的難度，下文通過詳細的分析，制訂其工藝流程及加工方法。

圖1　滑塊基本尺寸

1　工藝制訂

案例工件加工面積較大，機加工會產生較大的內應力，內應力較大而未及時予以去除時，會導致工件在運動過程中容易產生變形甚至形成裂紋，因而需要熱處理去應力，這就需要機加工時考慮熱處理后的裝夾、碰數問題，將整個加工過程分成兩個階段：熱處理前及熱處理后。熱處理前需去除大部分材料，只留精加工余量；熱處理后需要清除預留的材料，并得到在精度要求范圍內的最終零件，精加工使用加工精度較高的德馬吉DMC 64 Iinear加工中心，有效行程640mm× 600mm，數控系統為FANUC 180i-MB，主軸最高轉速12 000 r/min。

熱處理前的粗加工分正面、背面、及兩側面四個方位的加工，如圖2所示。因熱處理去應力后，工件會有所變形，需重新以一個準確的參考基準作為加工碰數基準，像這種大滑塊一般以基準角碰數，這就需要一個準確的基準角。粗加工時，預留頂面材料，其平面作為熱處理后研磨支撐平面，熱處理后可通過磨床，研磨加工出基準角的三個基準面，研磨量為0.2mm，保證其垂直度。

圖2　熱處理前加工方位示意圖

熱處理后的精加工時，加工方位與熱處理前一樣，但因背部材料已去除，工件正面加工時（膠位面方向）如何裝夾是要考慮的問題。如果用虎鉗夾住尾部平位加工，其尾部平位與高度比為60∶322，大概為其總高度的1/6，有2/3的重量處于懸空狀態，且正面有較多的材料需要去除，受力不均勻，容易在角位處產生較大內應力，有可能會產生變形或裂紋，并且這么大的滑塊裝夾、拖表不方便，對機床要求也較高，需要考慮其他裝夾工藝。解決方案是在加工背部耐磨片槽時預留工藝凸臺（如圖3所示），這樣在正面加工時可用工裝板及墊塊緊固裝夾固定（如圖4所示），其好處是裝夾、對數方便，并能較好地平衡加工時的作用力，實用性強。

圖3　熱處理前粗加工背面示意圖

圖4　加工正面裝夾示意圖

熱處理后精加工時，因正面已粗加工，按精加工時的方法將無法裝夾固定，這時可考慮使用直角彎板裝夾，在數控銑床上去除工藝臺，如圖5所示。

圖5　熱處理后精加工去除工藝臺示意圖

背面粗加工時，耐磨片槽后部有一大塊相邊區域需要去除材料，其尺寸達到261.5mm× 174.8mm×280mm，常規的數控加工，需要用刀具一層層的切削，必定會占去較長的加工時間，并且損耗刀具，生產效率不高。通過分析對比，用線切割加工較為合適，不但能得到一塊實用的材料，而且省下很多的時間，如圖6所示。同時考慮工藝臺，這樣線割時將一起切割出來，留0.5mm作為熱處理后精加工余量，這樣背面方位加工只需加工耐磨片槽，大大節省時間，一舉多得。

圖6　線切割加工背部區域示意圖

2　滑塊的數控加工

編程分熱處理前的粗加工及熱處理后的精加工，按不同的方位加工頂面方位、背面方位及正面方位。熱處理前粗加工需要去除大部分材料，考慮裝夾加工工藝，預留部分材料到熱處理后，粗加工整體留預量0.3mm。因篇幅關系，下文重點介紹正面方位的數控編程加工，編程軟件為UGNX7.5，機床使用德馬吉DMC 64 Iinear加工中心，數控系統為FANUC 180i-MB，主軸最高轉速為12 000 r/min。正面裝夾如圖4所示，將已線切割余料的工件，通過螺釘與工裝板、墊塊緊固為整體，并固定于機床工作臺上，基準角對刀。

（1）熱處理前粗加工

加工編程前先設定加工坐標系、安全平面、材料毛坯及加工工件，如圖7所示。粗加工使用型腔銑削加工，該模塊提供粗切單個或多個型腔、沿任意形狀切去大量毛坯材料以及可以加工出型芯的全部功能，最突出的功能是對非常復雜的形狀產生刀具運動軌跡，確定走刀方式。如圖8所示為零件正面方位的型腔銑削粗加工，加工余量0.3mm，用?40R6的圓鼻刀完成主體大部分材料的去除工作，切削模式為跟隨部件，封閉區域用螺旋進刀，開放區域用圓弧進刀，區域間的快速移刀為到達安全平面，區域內為前一平面；切削深度為頂面開始深70 mm，每刀公共深度為恒定0.3 mm，主軸轉速為1 800 r/min，進給為2 000mm/min。

圖7　加工前基本設定

圖8　粗加工型腔銑

再采用?35R5的圓鼻刀完成次級窄角位的材料的去除工作，加工方法設置與上述?40R6刀具一樣，控制切削范圍，使用參考刀具?42R8，對?40R6未能加工的區域進行補刀。接著可用更小的刀具進行更小窄角位的材料去除工作，但因粗加工后需要熱處理去應力，去應力并不會增加材料硬度，部分更窄角位的余料對整體應力影響不大，為減少工作量，提高加工效率，可不需要進一步粗加工。

（2）熱處理后半精加工

熱處理后材料已去除應力，可完全去除多余材料，但工件表面有變形，需通過磨床研磨加工，重新定好基準。研磨好三個基準面及工藝臺面后，按圖4所示正面裝夾好，整體固定于德馬吉DMC 64 Iinear加工中心上。因滑塊正面為產品的表面，要求較高，且正面各層陡峭不一樣，可通過切削層深度控制切削范圍，分段進行加工，減少移刀時間，優化刀路。如圖9所示，先用?30R5圓鼻刀進行半精加工，去除熱處理前的窄角位材料，切削模式使用輪廓銑加工，切削層深度0.3mm，切削余量為0.3mm，控制切削層深度為0～60 mm，完成頂部較凸出部分的清角加工；接著用同樣的刀具及加工參數控制切削深度為60～70 mm，完成中間較平表面的加工；延續刀具及加工方法，控制切削深度為70～140mm，完成側面垂直面的加工。

圖9　正面熱處理后清角加工1

完成上述刀路后，正面大部分余料已去除，但更窄角位處還有余量，延續上述的加工方法，使用型腔銑模塊輪廓銑進一步清角，如圖10所示，先用?16R0.8的圓鼻刀，再用?10R5、?6R3的圓鼻刀逐級遞減更換更小的刀具進行清角，進一步減少余量。

圖10　正面熱處理后清角加工2

完成窄角位半精加工后，延續半精加工的裝夾方法，在同一機床上進行整體表面精加工，以減少裝夾對刀過程中的誤差。這里采用固定軸銑削加工，該模塊提供了完全和綜合的，用于產生3軸運動的刀具路徑，實際上它能加工任何曲面模型和實體模型，可以用功能很強的方法來選擇零件需要加工的表面或加工部位。有多種驅動方法和走刀方式可供選擇，如沿邊界、徑向、螺旋線以及沿用戶定義的方向驅動，此外，還可以容易地識別前道工序未能切除的區域和陡峭區，快速完成清除上一次加工的余量，提高工件的加工質量，使精加工時均勻切削。如圖11所示，刀具選用要考慮粗加工所留下余量大小，使加工時不至于斷刀，此處選用?16R8的球刀完成上一次加工的余量去除，加工面為正面所有曲面，使用區域銑削加工方法，切削模式為往復加工，步距為恒定0.35mm，主軸轉速為3 800 r/min，進給為1 800mm/min，精加工留余量0.02mm，用于拋光，如圖11（a）所示。

圖11　半精加工－固定軸銑削加工

完成后使用?10R5的球刀完成次級小角位的精加工，使用區域銑削加工方法，驅動方法使用清根，陡峭角為65°，非陡峭區域切削模式為往復加工，步距為0.1mm，主軸轉速為4 000 r/min，進給為1 500mm/min，精加工留余量0.02mm，如圖11（b）所示。完成后延續上述加工方法，步距為恒定0.06mm，使用?6R3的球刀完成更小角位的精加工，如圖11（c）所示。熱處理后正面機械加工序卡如表1所示。

表1　熱處理后正面加工程序工藝卡

通過上述的數控加工，零件正面的加工基本完成，部分筋位及直角位因為刀具及位置的限制，無法進一步數控加工，需要用到電火花加工，根據數控加工的余量設計電極，如圖12所示為正面電極，本文不再進一步闡述其設計過程。

圖12　骨位清角電極

3　結束語

對于復雜、大型零件的機械加工，其工藝流程的編排是非常重要的。工藝編排時要綜合考慮本身的機加工設備及能力，熟悉各工種各工序的加工需要及其加工精度，統一加工基準、裝夾定位基準，才能得到更高的幾何精度及尺寸精度，同時也提高生產效率降低生產成本。

［1］李維.UGNX7.5數控編程工藝師基礎與范例標準教程［M］.北京：電子工業出版社，2011.

［2］許祥泰，劉艷蔟.數控加工實用技術［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［3］李德林，顧國超.UG NX6數控編程實例圖解［M］.北京：清華大學出版社，2009.

［4］張遠輝，王非森.數控加工工藝與編程［M］.北京：清華大學出版社，2009.

(編輯：向飛)

NCM achining of Large Die Slider Block

ZOU Bing-hui
（Occupation Skill Testing Authority，Guangdong ProvincialDepartmentofHuman Resourcesand Social Security，Guangzhou510115，China）

In this paper，the processing of a slider of a largemold as the case，described the process and NC programming of the slider with large volumeand thewidth and height ratio is relatively large.

die process；slider process；processstandard

TG76

A

1009－9492(2015)04－0089－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.024

2015－03－19

鄒炳輝，男，1978年生，廣東河源人，碩士，助理工程師。研究領域：機械設計與制造，職業研發與技能鑒定。