加工中心廣泛應(yīng)用于模具零件加工，為了減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高零件的加工精度，之前由普通銑床加工的模具零件現(xiàn)在基本上由加工中心完成。但注射模零件表面有不同種類的曲面，如分型面、避空面和膠位面等，這3種曲面的加工要求各不相同，另外注射模零件還有斜推孔、鑲件配合孔、推桿孔等，這些孔位一般由電火花或線切割加工。因此數(shù)控銑削編程工程師在對(duì)注射模的定、動(dòng)模型芯進(jìn)行編程前，須結(jié)合整副模具的結(jié)構(gòu)對(duì)定、動(dòng)模型芯進(jìn)行分析，了解不同曲面的作用，對(duì)不同種類的曲面編寫(xiě)不同的數(shù)控程序。對(duì)于成型面，必須按圖紙的要求進(jìn)行精加工，且粗糙度必須達(dá)到要求；對(duì)于不需要由加工中心加工的位置（如鑲件配合孔），編程前在實(shí)體上刪除孔位。現(xiàn)以某電器產(chǎn)品注射模的動(dòng)模型芯為編程對(duì)象，并以UG軟件為載體，介紹模具零件數(shù)控編程前對(duì)實(shí)體進(jìn)行整理、創(chuàng)建幾何體和刀具，并進(jìn)行數(shù)控編程模擬過(guò)程，動(dòng)模型芯如圖1所示。

圖1   動(dòng)模型芯

1 實(shí)體整理

動(dòng)模型芯實(shí)體上有推桿孔、筋位、鑲件配合孔、冷卻水孔等，這些位置由電火花或線切割加工，在數(shù)控編程前刪除，UG所用的命令是“菜單→插入→同步建模→刪除面”，刪除所有不需要數(shù)控銑削加工的特征后，實(shí)體如圖2所示。

圖2   刪除不需要數(shù)控銑削加工的特征

2 數(shù)控刀路分析

實(shí)體兩側(cè)有一串筋位，筋位的寬度為2.5 mm，深度為3 mm，筋位位于圓弧面上，需要電火花加工，因此筋位不需要數(shù)控編程；實(shí)體有一個(gè)方形鑲件配合孔，是由電火花加工，不需要數(shù)控編程；實(shí)體的上表面有一個(gè)半圓槽，無(wú)法用加工中心完全加工到位，也需要用電火花加工，因此該位置只需要粗加工。

3 所用刀具研究

數(shù)控編程前應(yīng)根據(jù)零件尺寸、材料硬度、實(shí)體的實(shí)際形狀選用不同的刀具，一般情況動(dòng)、定模型芯的材料硬度一般為40~42 HRC，在編寫(xiě)數(shù)控程序時(shí)選用硬度較高、耐磨性較好的刀具。適合加工動(dòng)模型芯的常用刀具有2種：一種是合金刀，即鎢鋼刀，其耐磨性較好，硬度為90~92 HRC；另一種是刀粒刀，與鎢鋼刀相比，刀粒刀具有表面硬度更高、耐磨性更好等特性。零件的外形尺寸為300 mm×250 mm×80 mm，適合使用不易磨損的大刀具，如φ50R5的刀粒刀粗加工，零件表面有圓弧曲面，沒(méi)有拐角位及空間狹小位置且分型面為平面，應(yīng)同時(shí)選用上述2種刀具進(jìn)行加工：粗加工時(shí)使用φ50R5的刀具，半精加工和精加工時(shí)使用φ20R0.8刀具；對(duì)實(shí)體上的圓弧面進(jìn)行精加工時(shí)使用φ8R4的鎢鋼刀；實(shí)體上表面和分型面是平面，適合用φ20R0.8的刀粒刀；實(shí)體上的最小角為R5.5 mm，不需要使用專門(mén)的清根刀具。

4 創(chuàng)建幾何體

（1）在菜單欄中選取“應(yīng)用模塊”選項(xiàng)卡，再單擊“加工”命令按鈕，在彈出的窗口中選擇“cam_general”和“mill+planar”2個(gè)選項(xiàng)，然后單擊“確定”按鈕，進(jìn)入U(xiǎn)G編程模式。

（2）在菜單欄中選擇“菜單”命令，再在彈出的下拉菜單中選擇“插入”，再選擇“幾何體”命令，在彈出的“創(chuàng)建幾何體”窗口中將“幾何體”子類型設(shè)為“MCS”選項(xiàng)，再單擊“應(yīng)用”按鈕，再在返回的“創(chuàng)建幾何體”窗口中單擊“WORKPIECE”選項(xiàng)，再單擊“應(yīng)用”按鈕，彈出“零件”窗口，在該窗口中單擊“指定部件”按鈕圖片，選取整個(gè)實(shí)體，再單擊“確定”按鈕，軟件返回“零件”窗口，在該窗口上單擊“指定毛坯”按鈕圖片，在彈出的“毛坯幾何體”窗口中將“類型”設(shè)為“包容塊”，將XM-、XM+、YM-、YM+、ZM-、ZM+全部設(shè)為0。

（3）單擊“創(chuàng)建刀具”按鈕，創(chuàng)建4種刀具，分別是φ50R5刀粒刀、φ20R0.8刀粒刀、φ6R0立銑刀、φ8R4球頭刀。

5 數(shù)控編程過(guò)程

5.1 編寫(xiě)粗加工加工工藝

（1）依次選擇“菜單→插入→工序”命令，彈出“創(chuàng)建工序”窗口，在該窗口中將“銑削類型”設(shè)為“mill_contour”，將“工序子類型”設(shè)為“型腔銑”選項(xiàng)，將“數(shù)控程序”設(shè)為“PROGRAM”，將“銑削刀具”設(shè)為“D50R5”，其他參數(shù)選擇默認(rèn)值。

（2）在“型腔銑”窗口中將“方法”設(shè)為默認(rèn)值，將“切削模式”設(shè)為“跟隨周邊”，將“切削步距”設(shè)為“按刀具平面直徑百分比”，將“平面直徑百分比”設(shè)為50%，將“毛坯距離”設(shè)為1 mm，將“每刀切削深度”設(shè)為1 mm，將“最終底面余量”設(shè)為0.2 mm。

（3）單擊“切削參數(shù)”按鈕圖片，在彈出的“切削參數(shù)”窗口中，將“切削方向”設(shè)為“順銑”選項(xiàng)，將“剖切角”設(shè)為0，選擇“使底面余量與側(cè)面余量一致”選項(xiàng)，將“余量”設(shè)為0.25 mm。

（4）單擊“非切削移動(dòng)”按鈕圖片，在彈出的“非切削移動(dòng)”窗口中，將“進(jìn)刀類型”設(shè)為“線性”，其他參數(shù)選用默認(rèn)值。

（5）單擊“進(jìn)給率和速度”按鈕圖片，將“主軸轉(zhuǎn)速”設(shè)為1 500 r/min，將“進(jìn)給率”設(shè)為2 000 mm/min。

（6）為了防止加工方框的內(nèi)壁，選擇方框的邊線為修剪邊界。

（7）上述參數(shù)設(shè)置完成后，再單擊“型腔銑”窗口中的“生成”按鈕，軟件自動(dòng)創(chuàng)建粗加工刀路，如圖3所示。

圖3   粗加工刀路

5.2 創(chuàng)建半精銑削工藝

零件在完成粗加工后，由于切削時(shí)的背吃刀量較大，零件表面呈現(xiàn)明顯的層狀，導(dǎo)致零件表面留下不同高度的加工余量，不適合直接進(jìn)行精加工。為了滿足精加工要求，需將零件的加工余量控制在0.15~0.25 mm，且還要求實(shí)體表面不同位置的加工余量大致相等，因此在粗加工后、精加工前，必須編寫(xiě)半精銑削加工工藝。該實(shí)體的半精銑削加工工藝選用φ20R0.8的刀粒刀，采用等高銑削切削加工工藝，具體方法是依次選擇“菜單→插入→工序”命令，在彈出的“創(chuàng)建工序”窗口中將“類型”設(shè)為“mill_contour”，在“工序子類型”欄中選擇“深度輪廓銑”選項(xiàng)，在“刀具”欄中選擇“D20R0.8”，為了防止加工方框的內(nèi)壁以及實(shí)體中間的圓孔內(nèi)壁，選擇方框的邊線和圓孔邊線為修剪邊界，所生成的半精加工刀路如圖4所示。

圖4   半精加工刀路

5.3 剩余銑削刀路

由于零件表面不規(guī)則，而且所使用的刀具較大，導(dǎo)致半精加工后零件表面某些位置無(wú)法加工，此時(shí)應(yīng)使用剩余銑削刀路，將沒(méi)有加工的位置進(jìn)行切削，對(duì)于該零件前面的半圓形凹坑，選用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進(jìn)行切削，刀路如圖5所示。

圖5   剩余銑削刀路

5.4 精加工刀路

實(shí)體上有分型面、膠位面、碰穿面等，這些曲面的結(jié)構(gòu)各不相同，實(shí)體兩側(cè)和4個(gè)支撐柱處也是圓弧面，實(shí)體的分型面和上表面為平面，對(duì)于這些不同結(jié)構(gòu)的曲面，必須采用不同的加工工藝，因此在編寫(xiě)程序時(shí)應(yīng)采用不同的加工刀路。

（1）加工膠位面。編寫(xiě)實(shí)體膠位面刀路時(shí)，應(yīng)按圖紙的技術(shù)要求對(duì)其進(jìn)行加工，實(shí)體上有4個(gè)支撐柱，為了使4個(gè)支撐柱的曲面獨(dú)立，應(yīng)對(duì)支撐柱的膠位曲面單獨(dú)設(shè)計(jì)刀路。零件的圓弧曲面與分型面之間的曲面為斜度曲面，所設(shè)計(jì)的刀路與圓弧曲面的刀路有不同，其中圓弧曲面采用平行刀路（所用刀具為φ8R4的鎢鋼刀），如圖6（a）所示，斜曲面采用等高刀路（所用刀具為φ20R0.8的刀粒刀），如圖6（b）所示，零件上表面和分型面為平面，采用平面銑削刀路（所用刀具為φ20R0.8的刀粒刀），如圖6（c）所示。

圖6   精加工刀路

（2）加工4個(gè)支撐柱孔位。零件膠位面的4個(gè)角位處各有1個(gè)支撐腳，其內(nèi)部有1個(gè)圓柱形的凹坑，需用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進(jìn)行切削，由于其側(cè)壁的斜面具有斜度（斜度為2°），所用的切削工藝為等高銑削，刀路如圖7所示。

圖7   精加工支撐腳圓孔的刀路

（3）加工分型面。零件的中間位置有1個(gè)圓孔，尺寸為φ20 mm×30 mm，由于其側(cè)壁具有2°的斜度，且為膠位面，用線切割加工底孔后，再用加工中心加工側(cè)壁膠位面，需用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進(jìn)行切削，所用的切削工藝為等高銑削，刀路如圖8所示。

圖8   加工分型面的刀路

（4）加工4個(gè)圓弧角。零件的4個(gè)角為圓弧角，需要加工中心進(jìn)行加工，所用的切削工藝為等高外形加工，所使用的刀具為φ20R0.8的刀粒刀，刀路如圖9所示。

圖9   加工圓弧角的刀路

（5）仿真模擬。當(dāng)數(shù)控銑削刀路編寫(xiě)完成后，還需要進(jìn)行刀路仿真，通過(guò)仿真模擬檢查數(shù)控銑削是否存在刀路過(guò)切或在加工過(guò)程中撞刀等故障，對(duì)于出現(xiàn)的過(guò)切或撞刀等的刀路，應(yīng)對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行檢查，找出原因，并對(duì)其進(jìn)行修改，再重復(fù)仿真模擬，直到不發(fā)生過(guò)切或撞刀為止。

6 實(shí)際應(yīng)用

在粗加工過(guò)程中，由于刀具的切削量較大，刀具容易磨損或發(fā)生崩角現(xiàn)象，此時(shí)操作工應(yīng)注意當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生異常情況時(shí)，需更換新刀具，確保刀具能正常切削。在精加工過(guò)程中，受機(jī)床精度、刀具磨損的影響，不同刀路之間不能較好地接順，并且不同位置的粗糙度也不同，此時(shí)需要操作工對(duì)零件表面進(jìn)行拋光，才能使零件表面粗糙度達(dá)到要求。