模具型腔數控銑削技術研究與應用

向強

[摘? ? 要]在采用銑削技術對磨具型腔進行加工時，廣泛地應用了數控加工中心，CAM功能在UG NX，MasterCAM，Cimatron 等軟件中得到了良好的發展和提升。但是，即使數控編程軟件是目前最為先進的技術，也離不開技術人員對相關工藝的制定，對刀具、切削參數等的合理選擇。能否采用數控技術進行高效率、高質量的加工，與相關人員的工藝編程水平有著密切的關系。同時，雖然模具型腔有著多樣化的形狀，然而其缺乏多樣化的構成類型。任意加工特征所對應UG的加工方法為一種或多種。通過對相關規律的研究、總結，能夠為UG CAM編程提供指導，并從效率和質量方面對加工作業進行提升。

[關鍵詞]模具型腔;數控銑削技術;研究應用

[中圖分類號]TG547 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Research and Application of Mold Cavity NC Milling Technology

Xiang Qiang

[Abstract]CNC machining center is widely used in grinding tool cavity processing by milling technology. Cam function has been well developed and improved in UG NX， Mastercam， Cimatron and other software. However， even if the NC programming software is the most advanced technology， it is also inseparable from the formulation of the relevant technology and the reasonable selection of cutting tools and cutting parameters. Whether the NC technology can be used for high efficiency and high quality machining is closely related to the process programming level of relevant personnel. At the same time， although the mold cavity has a variety of shapes， it lacks a variety of composition types. The UG machining method corresponding to any machining feature is one or more. Through the research and summary of the relevant laws， it can provide guidance for UG CAM programming， and improve the efficiency and quality of processing operations.

[Keywords]mold cavity; NC milling technology; research and application

1 數控加工銑削參數

在對切削用量進行合理選擇時，需要遵循以下原則：在粗加工階段常需以生產率的提升為重點，但是也需要從經濟性和成本方面，對加工作業加以考慮;在進行精加工的過程中，首先需要在高質量的加工基礎上，進行高效、經濟的切削。結合說明書及相關手冊，并根據自身的經驗，對機床和切削用量的具體數值進行確定。粗加工階段主要是體積加工，想要進行高效地生產，就需要采用耐用的道具，對材料進行盡可能地去除，而吃刀量，進而以及切削作業的速度等，都關系著材料能否得到高效的去除。針對各切削用量要素來說，任意要素的改變都會導致道具無法保持原有的耐用度，但是有著不同程度地影響，切削速度是最大的影響因素，吃刀量是最小的影響因素。通過對切削用量的合理選擇，能夠從效率和耐久度方面，對生產作業和刀具進行提升，通常來說需要以最大化為原則來選擇吃刀量，其次，需要對進給速度Vf進行確定，最后需要從耐用度方面通過與刀具的結合，來對切削速度Vc進行確定。

2 銑削方式

銑削方式分順銑和逆銑，在對工件進行順銑切削時，銑刀的切出和進給方向需要保持一致。在對工件進行逆銑切削時，銑刀的切出和進給方向需要保持相反（圖1）。

相比逆銑來說，采用順銑加工能夠使銑刀具有2～3倍的耐久度，使工件表面更加平整，特別是針對銑削無法加工的材料來說，能夠獲得更加顯著的效果。但在進行順銑的過程中，首先，銑床機構在進行進給作業時，需要能夠使絲杠螺母在工作臺上的副間隙和傳動間隙得到消除，使工作臺能夠保持平穩，其次，毛坯表面不允許出現硬皮，工藝系統的剛度需要足夠。在以上條件都具備的情況下，需要運用順銑操作，接著才是逆銑操作。一般來說，在對模具型腔進行銑削的過程中，較為常見的技術就是順銑。

3 加工工藝優化

3.1 優化模具型腔粗銑的工藝

之所以要優化粗銑工藝是為了實現對加工效率的提升，以及對加工成本的減少，需要通過均勻的留量，來為半精和全精加工提供便捷。

粗銑加工刀具組合：組加工的目的是加工體積。在進行粗銑的過程中，需要對分層銑削加以采用。所采用的道具需要具有較大的直徑，以此來實現對體積的高效切出，但是小直徑道具需要進行大體積加工，反而會加大加工時間。

為了實現對加工效率的提升，就需要對道具組合進行優化。本文在經過幾何分析后，以便捷性為原則，對相應的組合方法進行了提出。

本文分析了WALTERY刀具，其屬于1.25尺寸系列的硬質合金刀具，有著如下排列：（63，50，40，32，25，20，16，12，10，8，6，5，4，3.5，3，2.5，2）。

有著如下假設：刀具具有齊全的規格;忽略換刀成本;型腔有著一定的寬度變化。

以此系列為依據對用刀進行組合，如果上一階段應用了63直徑的刀具，那么型腔剩余最大的體積寬度為63。如果刀銑型腔的直徑為50，想要進行高效的切除，那么就需要選擇寬度和銑平面為0.26 d和0.65 d的刀具。顯然，在對型腔進行切削時，刀具寬度無法滿足要求。

假如需要銑削寬度為0.75 d左右的型腔時，可以采用（63，40，25，16，10，6，4，3，2）的刀具組合。

假設想要實現對帶有0.3d拐角寬度的銑型腔的銑削，就需要選擇以下系列刀具組合：（63，25，10，6）的走刀方式。之所以要進行粗加工，主要是為了實現對余料的快速、高效去除，大跨距、大切深以及少退刀是具體的刀位軌跡要求，因此需要混合使用順銑和逆銑。由UG具有型腔銑，因此在粗加工模具型腔作業中更為適用。

在對腔槽進行粗加工的過程中，加工方式與加工時間有著密切的關系。想要進行快速的粗加工，就需要通過對走刀方式的合理選擇來對特定區域進行銑削加工，其作用十分重要（表1）。在進行走刀的過程中，需要對以下內容加以考慮：首先，加工時間是否充足，其次，是否具有均勻的加工余量。通常來說，在加工平面域時通過對螺旋走刀方式的選用，能夠獲取到較為均勻的加工余量，最佳的走刀方式需要結合工件形狀。然而采用平行的方式進行走刀，通常無法獲得均勻的加工余量，如果無須均勻的余量，那么通常來說走刀刀軌較短的是Zig-Zag刀具。

在加工區域通過UGNX對各種圖形的實驗，得出以下結論：

（1）采用平行的方式進行走刀，會導致區域邊界出現不均勻的余量，如果想要使加工后所留下的余量能夠更加均勻，通常來說需要以邊界為中心進行環切。如果無須留下均勻的余量，那么采用Zig-Zag當時進行走刀能過獲取到最短的刀軌;如果想要使余量能夠保持均勻而采用環切，那么通常會有比Follow part更長的刀軌。

（2）在加工區域內，如果采用平行的方式進行走刀，那么在所有邊界長度充足的情況下，以邊界為中心進行環切，會對加工總時間造成較大的影響。如果需要均勻的加工余量，那么在對多島嶼區域進行加工時，采用螺旋的方式進行走刀更為合適。

（3）在采用螺旋的方式進行走刀時，通常來說，最短、最長刀軌的獲取方式分別為Follow periphery以及Follow part，如果有島嶼存在于加工區域內，對Follow periphery方式的選擇，會導致大量余量在島嶼邊界的遺留，較為常見的環切方式就是Follow part。

（4）如果多島嶼區域有著規則的外邊界，那么在較為集中的島嶼區域中，需要分解相應的加工區域，在各島嶼中包絡完外邊界后，能夠使其成為單獨的島嶼。然后，需要通過對Zig-Zag方式的采用，來包絡多島嶼與外邊界，如果所包絡的區域在多島嶼之內，就需要對Follow part進行采用，在組合完成后就能夠實現快速加工。

3.2 銑削加工在模具型腔數控中的應用

本文所采用的凹模零件為氣缸蓋，采用了H13材料，達到了45 HRC硬度。

3.2.1 確定加工方案

在經過綜合分析后，確定選用如下道具組合，粗加工的進行需要按2個步驟。第一步需要粗銑的主體對象為上表面和墻體內部，由于加工階段的尺寸限制，因此在進行加工時所選用的立銑刀為鑲片式;第二步需要粗銑的主要部位為孔、槽以及拐角等，由于其尺寸受到了限制，因此在加工階段需要采用的立銑刀為球頭型。

本次在進行分層銑削時，所采用的R刀和銑刀分別為鑲片式和球頭式，具有較高的效率，并且型面達到了0.5 mm的留余量。

3.2.2 半精加工

由于型腔的特征較為特殊，并且受到了尺寸限制，因此需要按照4步來進行精加工。在加工陡斜面、立面、潛平面以及淺斜面時，所采用的球頭立銑刀為整體式;并在半清根加工階段對球頭立銑刀進行了采用;如果需要加工的型腔具有較窄的周邊凹槽，那么就需要采用球頭立銑刀。

通過對整體式端面以及球頭這2種銑刀的綜合選用，實現了對型面、局部小凹槽等的加工，并且型面達到了0.2 mm的余量。

3.2.3 精加工

在對型面、清根進行精加工時，采用了整體式端面和球頭這兩種類型的銑刀。

由于零件有著獨特的特征，因此需要按照6步來實施精加工，在精加工上表面和腔槽平面時，所選用的立銑刀為平底型;在精加工窄槽時所采用的立銑刀為平底型，在精加工型腔斜面和曲面時，所采用的立銑刀為球頭式;在精加工型腔清根時所采用的銑刀為球頭式。

4 結束語

在對切削用量進行合理選擇時，需要遵循以下原則：在粗加工階段需要以生產率提升為重點，但是也需要從經濟性和成本方面，對加工作業加以考慮;在進行精加工的過程中，先需要在高質量的加工基礎上，進行高效、經濟的切削。結合說明書及相關手冊，并根據自身的經驗，來對機床和切削用量的具體數值進行確定。雖然模具型腔有著多樣化的形狀，然而其缺乏多樣化的構成類型。任意加工特征所對應UG的加工方法為一種或多種。因此本文通過對相關規律的研究、總結，以此為UG CAM編程的指導，并從效率和質量方面對加工作業進行提升，以供參考。

參考文獻

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