蓋板的模具型芯數控加工編程

曾志芳

（東莞市機電工程學校，東莞 523846）

1 引言

企業對數控技術應用專業人才的需求是多層次的，尤其是員工的綜合素質。數控編程與加工是一門實踐性較強的課程，其教學目的是提高學生的數控機床加工操作水平，提升學生的數控編程能力，提升培養學生適應現代化企業數控加工的職業素養。目前的現狀是理論與實踐教學分開，這種教學模式與企業實際生產環節沒有實現無縫對接，教學效果一直不盡人意。經過在企業的跟崗實踐，逐漸采用基于生產過程的項目式教學。通過選取蓋板的模具型芯等典型的模具零件作為載體，模擬現代化企業實際生產過程，完成模具零件圖樣分析、工藝分析、程序編寫、模具零件加工以及檢測到總結評價等任務。實現學生技能訓練與企業實際生產過程的無縫對接。

2 項目任務導入

我們以蓋板的模具型芯加工為例，通過蓋板的零件圖（見圖1）引出教學任務，分析圖紙尺寸，要求學生利用UG軟件完成零件三維造型，如圖2所示。并進一步完成該零件的模具設計，如圖3所示，獲得蓋板的模具型芯零件圖，并保存為iges格式的文件，如圖3（b）所示，為數控加工編程做好準備。

圖1 蓋板零件圖紙

圖2 蓋板三維模型

圖3 模具型芯型腔設計

3 數控加工工藝分析

蓋板的模具型芯尺寸為120×120×48mm的45鋼，外觀尺寸已經符合基準面要求。根據加工工藝先粗后精、先外后內的原則，加工順序可按照：粗銑型芯外輪廓→粗銑型芯外輪廓R8曲面→粗銑型芯內孔→粗銑型芯內孔R2曲面→精銑型芯外輪廓側面→精銑型芯外輪廓底面→精銑型芯外輪廓R8曲面→精銑型芯內孔側壁→精銑型芯內孔底面→精銑型芯外輪廓R8曲面→精銑型芯內孔R2曲面。粗加工時可選用高速鋼平底銑刀，精加工時選用硬質合金平底銑刀，曲面加工選用硬質合金球頭刀。

在本次任務中，粗加工時要求快速開粗，所以轉速不要過高，進給量需要大些。精加工時，余量比較少，為滿足產品精度的要求，需要高轉速低進給。其中對型芯的外輪廓和內孔的尺寸公差均有較高的精度要求，同時先對所有輪廓進行粗加工后再進行精加工，這樣才能滿足產品的表面粗糙度要求。型芯的加工工藝卡如表1所示。

表1 機械加工工藝卡

4 模具型芯的數控編程

4.1 模具型芯外輪廓粗銑削加工

在加工型芯外輪廓時，為了快速去除余量，可選擇平面輪廓粗加工。走到方式為往復，通過順銑的方式進行走刀，刀具接近方式為圓弧切入切出，切入半徑為5mm。平底銑刀直徑為Φ12mm，主軸轉速為2000r/min，進給量為500mm/min，切削深度為2mm，背吃刀量為3mm，保留側面、底面加工余量為0.2mm。

4.2 模具型芯外輪廓曲面粗加工

外輪廓曲面表面粗糙度要求較高，所有較高時，首先可以選用平底刀進行粗加工，然后選用球頭刀進行精加工。可選擇參數線粗加工。走到方式為往復，遇干涉面抬到，系列限制曲面選擇無，行距定義為1mm。平底銑刀直徑為Φ12mm，主軸轉速為2000r/min，進給量為500mm/min，背吃刀量為1mm，加工余量為0.2mm。其刀路軌跡如圖4所示。

4.3 模具型芯內孔粗加工

型芯內孔同樣涉及表面粗糙度要求，可選用白鋼刀進行開粗加工，然后再選用硬質合金刀進行精加工。選擇平面輪廓粗加工，層間走刀為螺旋，拐角過度為尖角，層間下刀為0.5mm。平底銑刀直徑為Φ4mm，主軸轉速為3000r/min，進給量為300mm/min，刀次為1，加工余量為0.2mm。

圖4 粗加工刀路軌跡

圖5 刀路軌跡

4.4 模具型芯內孔曲面粗加工

內孔曲面表面粗糙度要求高，加工時可選擇參數線粗加工，走到方式為往復，遇干涉面抬到，系列限制曲面選擇無，行距定義為0.5mm。球頭銑刀直徑為Φ4mm，主軸轉速為3000r/min，進給量為300mm/min，背吃刀量為1mm，加工余量為0.2mm。

4.5 模具型芯外輪廓側面、底面精加工

選擇平面輪廓精加工，走到方式為往復，接近方式為圓弧切入切出，半徑為5mm。平底銑刀直徑為Φ10mm，主軸轉速為4000r/min，進給量為300mm/min，切削深度為0.3mm，加工余量為0mm。其刀路軌跡如圖9所示。此為模具型芯外輪廓精加工。然后再進行底面精加工，去除0.2mm的加工余量，其刀路軌跡如圖5所示。

4.6 模具型芯內孔側面、底面精加工

選擇平面輪廓精加工，層間走刀為螺旋。平底銑刀直徑為Φ4mm，主軸轉速為4500r/min，進給量為300mm/min，切削深度為0.3mm，加工余量為0mm。此為模具型芯內孔精加工。然后再進行底面精加工，去除0.2mm的加工余量。

4.7 模具型芯曲面精加工

選擇參數線精加工，走到方式為往復，遇干涉面抬到，系列限制曲面選擇無，行距定義為0.2mm。選擇球頭銑刀，R8曲面球頭銑刀直徑為Φ8mm，主軸轉速為4000r/min，進給量為300mm/min，其刀路軌跡如圖6所示。R2曲面銑刀直徑為Φ4mm，主軸轉速為4500r/min，進給量為200mm/min，加工余量為0mm。其模擬仿真如圖7所示。

圖6 模擬仿真

圖7 R8曲面刀路軌跡

至此，蓋板模具型芯的數控加工程序編程完畢，并進一步在數控機床上完成零件的最后加工。

5 結束語

通過基于企業實際生產的蓋板模具型芯數控加工等教學案例的設計開發與實踐，實現了理實一體化的教學，能使學生適應企業的要求和企業標準，實現學校與企業培養人才的無縫對接。使學生能夠真正地融入到任務中去，不僅提高了學生的實踐動手能力，也提高了學生學習的興趣。每次項目任務的完成，都增強了學生的體驗感和獲得感，促使學生激發自己的主觀能動性，高效地進行各項技能訓練，提高了課程的學習效率和質量。2015屆數控專業的準畢業生數控考證通過率達84.5%，比2014屆提高了8個百分點。