基于NX8.0 的模具型腔數控加工工藝分析與編程設計

□劉 勇 郭 晟 劉存平 賴 嘯

先進的CAD/CAE/CAM 集成軟件在現代企業生產中已得到廣泛應用，應用CAM 技術能大大縮短模具產品制造周期，提高其精度與質量，降低勞動強度，提升生產效率，從而帶來極大的經濟效益。

一、零件分析

圖1 型腔零件二維工程圖

如圖1 所示，零件為模具型腔，為單件、小批量生產，其材料為CrWMn，為低合金工具鋼，建議選用硬質合金刀具;制件外形為150mm×125mm×20mm，毛坯為170mm×145mm×40mm，要加工的部位有上下表面、四周側面、內腔與6 個孔(含螺紋)，上下表面有平行度要求。上下表面與四周側面采用3D 平面銑，上下表面粗糙度要求為Ra=0.8，安排有粗加工與精加工;粗加工選擇Ф63 的刀片鑲嵌式盤形面銑刀，精加工選擇Ф8 通用硬質合金立銑刀。

四個側面的表面粗糙度為一般要求，粗、精加工合并進行，根據輪廓去除材料余量尺寸，選擇Ф8 通用硬質合金立銑刀進行加工。

內腔曲面是由多個曲面組成的，型腔內腔表面精度要求為Ra=0.4，須安排粗加工、半精加工與精加工，以3 軸銑中的型腔銑開粗，以固定軸輪廓銑進行半精加工，最后以區域輪廓銑實現型腔內腔的精加工，均采用高速銑削加工，粗加工選擇Ф8 硬質合金立銑刀，半精加工選擇Ф8 硬質合金球頭銑刀，精加工選擇Ф5 硬質合金球頭銑刀。

因孔系位置精度要求較高，先安排有鉗工劃線，在數控機床上安排有所有孔的中心定心鉆，然后安排有不同孔徑的鉆削加工。定心鉆選擇Ф2 的中心鉆刀，其余根據孔徑選擇有Ф4、Ф8、Ф10.8 的麻花鉆刀(其中Ф10.8 的麻花鉆是用來鉆M12 的螺紋底孔)。

二、編程設計

NX CAM 是UG 軟件的計算機輔助制造模塊，其功能強大，可以實現對復雜零件和特殊零件的加工，此編程工具易于使用。NX CAM 已成為現代相關企業和工程師的首選。

進入NX8.0 CAM 模塊，初始化加工環境，先建立型腔三維模型與毛坯，根據前述的工藝分析進行刀具組的創建，按NX/CAM 的通用過程創建幾何體，定義加工坐標系，進行部件與毛壞的定義。按不同的加工要求，分別設置相應的加工方法。

(一)創建上表面3D 平面銑工序。平面銑(planar milling)主要用于平面輪廓、平面區域或平面孤島的一種銑削方式。它通過逐層切削工件來創建刀具路徑，可用于零件的粗、精加工。

1.創建上表面粗加工平面銑工序。通過單擊工具條上的圖標，在出現的“創建工序”對話框中選【類型】為【mill_planar】，【子類型】為【FACE－MILLING】，并按加工方案選用刀具與加工方法，點擊“確定”，在出現的【面銑】對話框中以“曲線/邊”模式選擇毛坯上表面的4 條邊完成邊界幾何體的設置，在【機床控制】下分別進行“開始刀軌事件”和“結束刀軌事件”的相應設置。同時設【切削方式】為(往復走刀)，行距為刀具直徑的75%，按工藝安排表中的參數分別進行“進給率和速度”等參數設置，然后點擊“生成刀具軌跡”圖標，生成刀軌，完成上表面的粗加工工序的創建。

2.創建上表面精加工工序。與上述創建上表面的粗加工工序方法類似進行設置，但要選用不同的刀具和加工方法，同時要在“進給率與速度”中將“主軸轉速”更改為2000。由于是精加工，在刀軌設置時將行距優化為刀具直徑的50%，得到的精加工型腔上表面刀軌。

(二)創建四個側面3D 平面銑工序。四個側面的加工沒有分粗、精加工，而是一步到位。選【類型】為【mill_planar】，【子類型】為【PLANAR－MILL】，其余如同上表面加工工序方法類似設置，以【曲線/邊】模式定義部件與毛坯邊界，以“指定底面”進行加工底面設置。在“切削層”對話框中設置“每刀深度”為4，與前述方法類似，分別完成“進給率和速度”與“機床控制”欄下的相應設置與刀軌設置，然后點擊“生成刀具軌跡”圖標，生成刀軌。

(三)型腔的內腔加工。型腔的內腔是成型塑件產品的工作面，表面質量要求較高，在這里采用型腔銑開粗、固定軸輪廓銑半精加工、區域銑精加工三步完成其加工。

1.創建內腔的型腔銑粗加工工序。型腔銑主要用于加工型腔或型芯，屬多層切削，可以加工側壁與底面不垂直的工件。通過【插入】/【工序】，在“創建工序”對話框中選類型為“mill_contour”，“子類型”為“”，由加工工藝方案選用相應的刀具、加工方法、“進給率和速度”等參數設置。驅動方法對刀軌的影響較大，在UG 軟件中對數控加工提供了多種類型的驅動方法，驅動方法的選擇與被加工零件表面的形狀及其復雜程度有關，本型腔銑粗加工以“邊界”驅動方式。選擇好切削區域，生成刀軌。

2.創建內腔的固定軸輪廓銑半精加工工序。固定軸輪廓銑是三坐標聯動加工，主要用來加工自由曲面等特征，如模具等，刀具沿復雜曲面輪廓運動，適用于半精加工與精加工。在“mill_contour”類型下選子類型“FIXED－CONTOUR”，進入“固定軸輪廓銑”，選“邊界”驅動。邊界驅動方式可指定以邊界或環路來定義切削區域，其刀具路徑沿著復雜的曲面輪廓而產生。點圖標工具，選內腔邊緣為“驅動幾何體”。與前述方法類似，分別完成“進給率和速度”(“主軸轉速”輸15000RPM)、“機床控制”欄及刀軌的相應設置，然后點擊“生成刀具軌跡”圖標，生成刀軌。根據加工的弧面形狀，選用球刀進行半精加工，主軸轉速達6000RPM，從模擬仿真的結果來看，得到的刀軌較優。

3.創建內腔輪廓曲面區域銑精加工工序。輪廓銑是三坐標聯動加工，常用于精加工，主要用來加工模具的自由曲面等特征。模具型腔的內腔表面的精加工采用曲面區域銑，類型為MILL－CONTOUR，子類型為“CONTOUR_AREA”，刀具為B5 球頭銑刀。在“驅動設置”中將“切削模式”設置為“跟隨周邊”。由于是精加工，將“步距”設為刀具平直百分比的30%，部件的內公差及外公差均設為O。選內腔所有曲面為切削區域，并與前述方法類似，分別完成“進給率和速度”(“主軸轉速”輸20000RPM)、“機床控制”欄及刀軌的相應設置，然后點擊“生成刀具軌跡”圖標，生成刀軌。

4.創建型腔的孔系加工工序。為保證孔系定位精度，先對所有孔統一安排了一道中心鉆工序。在“創建刀具”對話框通過改變“類型”為“DRILL”，“子類型”選擇“SPOTDRILLINGTOOL”，創建中心鉆刀。進入“定心鉆”對話框后進行循環類型的設置、各孔的選擇及各循環參數的設置，然后生成所有孔的中心鉆刀軌。進行所有工序的刀軌生成(如圖2a所示)及動態仿真驗證(如圖2b 所示)。

圖2 a 所有加工刀軌

圖2 b 所有加工刀軌動態仿真驗證效果

(四)后處理。作為NXCAM 模塊中的一個重要組成部分，后置處理的主要任務是將NX CAM 軟件生成的加工刀位軌跡源文件轉成數控機床可接受的代碼(NC)文件。型腔產品的加工刀軌生成后通過3D 模擬，驗證其不存在打刀、過切等情況，并且刀軌路徑是較優化的，則可以點，進行后置處理，生成數控加工程序單，得到可用于實際生產的程序。

三、結語

UGNX 軟件CAD/CAM 功能具有較完美的結合，在零件編程設計的過程中可以人機對話，隨時修改模型，并對結果進行實際工況的加工刀軌仿真，由過程仿真，可以對打刀、過切、加工不到位等不良現象進行監控，保證了加工質量。

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