凸凹模具中數(shù)控編程與加工技術(shù)解析

任福英

摘要：進入21世紀后，數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，相繼成為各國高新技術(shù)和尖端技術(shù)方面的前沿裝備，大量運用于航空、航天、國防工業(yè)等領(lǐng)域。數(shù)控系統(tǒng)控制機床以其優(yōu)異的自動化控制性能，細膩穩(wěn)定的精度及多維度的變化使其成為國家工業(yè)技術(shù)水平與現(xiàn)代化水平的象征。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);數(shù)控編程;加工技術(shù)

數(shù)控技術(shù)是一種利用數(shù)字信息對機械和過程控制的技術(shù)，他是數(shù)字信息與機械運動的特征滲透的一種機電一體化技術(shù)。數(shù)控技術(shù)不但可以解決普通機床難以解決的難題，而且可以對加工物件實現(xiàn)更高的加工精度，生產(chǎn)效率突出的優(yōu)點。本文就借助對凸凹模具的加工要求，對數(shù)控編程中加工技術(shù)進行簡要分析。

1零件分析

編程加工中對零件先期的加工精度分析、零件裝夾分析、工件坐標系分析、加工刀具分析是數(shù)控加工的重點，現(xiàn)以凸凹模具零件圖（圖1）為示例：

1.1精度分析

尺寸精度分析，零件圖紙中各個腔體開槽加工尺寸，是否有相應(yīng)的公差要求，自由公差為多少;幾何公差分析，腔體及開槽凸臺是否有相應(yīng)幾何公差，對加工是否有涉及;表面粗糙度分析，腔體表面及凸臺表面的幾何要求為多少。

1.2零件裝夾

采用平口鉗夾，下面使用平行墊鐵支撐，裝夾時應(yīng)先對平口鉗鉗口進行校正，為保證零件裝夾時具有一定的剛性，應(yīng)先加工圓槽與矩形槽，然后再翻轉(zhuǎn)零件，加工U形槽。

1.3工件坐標系分析

圓槽和矩形槽的工件坐標系原點設(shè)置在零件的頂面中心處，U形槽的工件坐標系原點設(shè)置在頂面某一個頂點處，編程時可以根據(jù)輪廓中心，分別設(shè)置在圓槽和矩形槽的編程原點。

1.4加工刀具分析

加工內(nèi)腔輪廓，要考慮刀具半徑小于輪廓最小半徑。粗加工時，應(yīng)盡可能選擇用直徑較大刀具切除余量;精加工時，要考慮刀具的剛性，同時選擇適合加工內(nèi)輪廓圓角的刀具。圖1某模具下模腔零件圖2零件加工工藝分析

2.1型腔刀具的選擇

適合型腔銑削的刀具有平底立銑刀、鍵槽銑刀，而對于型腔的斜面、曲面要使用帶低面圓角的刀具或者球頭刀加工。立銑刀對內(nèi)輪廓精銑削加工中，其刀具半徑一定要小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑，刀具半徑一般取內(nèi)輪廓最小曲率半徑的08倍左右，粗加工時，在不干涉內(nèi)輪廓前提下，盡量選用直徑較大銑刀，大直徑銑刀具有抗彎強度，使其在加工中不易彎曲和振動。

2.2型腔銑削用量

在實際運用中，一般讓Z方向的吃刀深度不超過刀具的半徑，直徑較小的立銑刀，切削深度一般不超過刀具直徑的1/3，切削的寬度與刀具直徑大小成正比，與切削深度成反比，一般切削寬度取06～09 mm刀具的直徑。精加工時，為保證加工質(zhì)量，避免工藝系統(tǒng)受力變形，切削深度要小，一般在深度、寬度方向預(yù)留02～05 mm余量進行精加工。

2.3刀具路線設(shè)計

常見的型腔粗加工路線設(shè)計有Z形走刀、環(huán)形走刀、復(fù)合走刀設(shè)計，Z形走刀如圖2，刀具循Z字形刀路行切，加工效率高，但相鄰兩行走刀路線起點與終點間會留下凹凸不平殘留;環(huán)形走刀如圖3，加工余量均勻穩(wěn)定，利于精加工工藝的穩(wěn)定性，得到高質(zhì)量的表面質(zhì)量，但刀路較長，效率低;復(fù)合走刀如圖4，是將Z形與環(huán)形切削結(jié)合的辦法，集中兩種方式的優(yōu)點，既保證加工效率，又保證加工余量。

圖2Z形走刀路線圖3環(huán)形走刀路線圖4復(fù)合走刀路線2.4型腔加工工藝方案

復(fù)合型腔是由多個型腔按照一定形式組合而成，按照型腔的組合方式，復(fù)合型腔有串聯(lián)和并聯(lián)分布兩種形式，對串聯(lián)形式的復(fù)合型腔加工可采用從上而下的工藝方案切削，先銑削上層型腔，再銑削下層。粗加工階段為了提高切削效率，采用大直徑刀具進行銑削，然后再使用小直徑刀具銑削下層型腔。對于孤島型型腔的銑削，常采用先腔后島的加工工藝方案，同時應(yīng)當注意刀具直徑正確合理，以確保刀具在輪廓銑削時不與另一輪廓產(chǎn)生干涉，同時刀具剛性足夠。

在對型腔的銑削中較淺的型腔，可用鍵槽銑刀插削到底面深度，先銑削型腔中間部位，在利用刀具半徑補償對垂直側(cè)壁輪廓進行精銑加工。對于較深內(nèi)部型腔加工，宜在深度方向分層切削，常用方法是先鉆削一個空，然后再使用合適刀具從Z向進入預(yù)定深度，進行側(cè)面銑削加工，將型腔擴銑到所需尺寸。

3數(shù)控程序編制

3.1進退刀模式要點

（1）換刀點。換刀點在加工中心上是固定的，換刀必須回到換刀點。

（2）初始平面。為安全進刀規(guī)定的一個平面，具有一定高度，不與工件、夾具干涉，一般取Z=50。

（3）加工平面。刀具進行加工的平面。

（4）XY平面進、退刀點。進刀點一般設(shè)置離工件一定的安全距離位置，盡量與加工開始點相切。退刀點一般設(shè)置離工件一定的安全距離位置，并盡量與加工結(jié)束點相切。

（5）XY平面內(nèi)加工開始點與結(jié)束點。加工開始點和結(jié)束點一般設(shè)置在直線、圓弧的起點或終點，當與進刀點無法成相切時，常選在輪廓的拐點，防止出現(xiàn)接刀痕跡。

3.2固定進退刀模式

刀具在換刀點交換工具，主軸旋轉(zhuǎn)后，先沿XY方向移動刀具XY平面內(nèi)起刀點，然后以G00方式快速運動到初始平面，然后運動到參考平面，下刀到加工平面，從進刀點運動到加工開始點，沿輪廓軌跡加工到加工結(jié)束點，退至退刀點，最后提刀致參考平面，然后回到換刀點。

3.3一般程序格式%O0001程序名稱G17 G40 G49 G80 G90 G21 G54初始化G91 G28 Z0回參考點M06 T01換1號刀具M03 S1000主軸正轉(zhuǎn)，1000 r/minG90 G00 X_Y_刀具水平移動至刀點的正上方G43 H01 Z到達初始平面，建立刀具長度補償G0 Z_到達參考平面……下至到加工平面……刀具切削軌跡M05主軸停G91 G28 Z0回參考點M01程序暫停……開始下一段加工程序M30程序結(jié)束%4編程加工注意事項

在零件的編程時，為保證加工精度，都應(yīng)當采用同一編程原點和工件坐標系，在調(diào)整尺寸加工精度方面，采用刀具半徑補償來實現(xiàn)精加工，對于同一平面上確定的相對幾何位置形狀，在確定一個坐標系后，其余圖形坐標系可直接在機床內(nèi)設(shè)置位置，而無需多次移動。分層加工時，最好選用子程序，避免在修改程序時出錯，另外程序短，可加快程序的運行速度，提高效率。

5結(jié)語

本文借助凸凹模型腔的編程加工分析，對編制中的工藝設(shè)置、程序編制進行詳細的解析。當今的數(shù)控技術(shù)發(fā)展朝著高速化、高精度、多軸聯(lián)動、功能復(fù)合、集成化、信息化等方向發(fā)展，未來數(shù)控系統(tǒng)必將是國家工業(yè)水平的標志以及制造業(yè)市場的風向標桿。

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