宏程序在壓鑄模具型腔部件加工中的分類應(yīng)用

趙學(xué)慶，邵 強，王 帥

（1. 大連工業(yè)大學(xué) 機械學(xué)院，遼寧 大連 116034；2. 大連民族大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，遼寧 大連 116600）

0 引言

壓鑄模具部件主要分為三類：

第一類：模具鑲件、側(cè)抽芯等形狀特殊、加工手段復(fù)雜、精度要求高的部件；此類部件體積較小、形狀復(fù)雜，多采用CAM進行編程加工，對部件的工藝安排及編程技巧有較高要求，需要操作人員嚴格規(guī)范操作才能順利完成。

第二類：模具型腔部件。外輪廓多為方形或圓形，內(nèi)部形狀較復(fù)雜的部件；型腔的成型部位由CAM進行編程加工。成型部位以外的二維形狀（底面、四周輪廓、圓孔、圓角、定位槽、澆口套分流錐的定位半圓等）可由操作人員手工編程加工；

第三類：模架部件。包括動模板、定模版、模腿、頂板及固定板等輔助部件。此類部件絕大多數(shù)為二維形狀部件。軟件編程固然在某些方便比較方便，但仍不能取代手工編程在二維形狀中的應(yīng)用[1]。

NC操作人員參與模具部件的二維編程工作，可以極大地提高操作員工作積極性，增強責(zé)任感，同時讓CAM人員把更多精力集中在優(yōu)化復(fù)雜形狀軌跡上，從而會大幅提高生產(chǎn)效率。弱點是手工編程不僅輸入費時費力，而且失誤率偏高，這是操作人員手編程序的技術(shù)瓶頸。

本文提取壓鑄模具的第二類部件-型腔部件在NC加工中二維編程中的共同特點，將手工編程部分的形狀歸類，編制出程序，即宏程序編制[2]，并結(jié)合宏程序的編制結(jié)構(gòu)與應(yīng)用方法，指出在生產(chǎn)中快速提高加工效率的方法。經(jīng)過大量實踐驗證，既簡化了參數(shù)數(shù)量，又做到了現(xiàn)場手工編程準確、快速。加工一組工件時只要給變量賦實際值即可，無需逐一編程[3]，因而通常也稱為批量編程[4]。宏程序有效地減少了手編程序的工作量，大幅提高了程序的準確度，使得編制相同加工操作的程序更方便、更容易，編制出來的程序更靈活、更高效[5]。

將調(diào)試穩(wěn)定的程序推廣到壓鑄模具及部分塑料模具的部件加工中，數(shù)控操作人員在經(jīng)短時間的學(xué)習(xí)后，就可以對照圖紙修改參數(shù)，熟練應(yīng)用到加工過程中去。由于節(jié)省了手工編程時間，現(xiàn)場的操作人員的主要精力會集中在嚴格操作規(guī)范與加強質(zhì)量檢查上，從而有效提高了加工質(zhì)量。

本文以Simens系統(tǒng)格式為例，詳細介紹型腔部件典型宏程序的編制方法與使用技巧。

1 程序編制

1.1 工件分析

型腔部件如圖1所示，圖1是壓鑄模具型腔的典型形狀：六方體、分流錐定位偏心半圓孔（R37.5）、兩處圓角（2-R10）、成型部位（流道）。

圖1 典型壓鑄模具型腔示例

除去流道部位由CAM編程，剩余部分（六方體、偏心半圓、外側(cè)圓角）都可以使用宏程序加工。簡化后模型如圖2所示：

圖2 簡化后的模型

1.2 六方體加工

在加工中心加工六面體毛坯，需要兩次裝夾。加工背面時，銑削底平面與四周輪廓；加工正面時，銑削頂平面、四周輪廓、銑削與分流錐配合的R37.5圓角、兩處 R10裝配圓角。可見，平面加工與四方輪廓加工是兩次裝夾加工中都要使用的程序，也是宏程序中使用頻率最高的兩種。

銑削平面的宏程序軌跡為往復(fù)式平行銑削形式，如圖3所示。銑削平面宏程序的邏輯圖如圖4所示。

圖3 刀具銑削平面的位置參數(shù)

圖4 銑削平面宏程序的邏輯圖

工件的頂端平面中往往混雜有其它溝槽的形狀，會干擾編程的思路。簡化模型是應(yīng)用宏程序加工的重要手段。我們可以按照圖5的簡化示例，將漏缺的平面補齊（在腦海中即可），就可以應(yīng)用平面宏程序編程加工了。

圖5 銑削模型尺寸參數(shù)設(shè)置

銑削平面宏程序的主程序如下：

由此可見，通過指定主程序中的三個刀具參數(shù)（R91，R92，R93）、五個形狀參數(shù)（R11至 R15）、三個加工深度參數(shù)（R16，R17，R18），即可完成一次多層次的平面銑削過程。對余量較大的型腔平面銑削可以達到高效率的控制。

1.3 外方輪廓銑削加工

外方宏程序采用圓弧進刀出刀，逐層下切。當(dāng)圓角設(shè)置得較小時，可以作為尖角四方的程序使用。所示參數(shù)位置見圖6。

圖6 刀具銑削方形的位置參數(shù)

主程序:

子程序：

粗加工時選用較大直徑的刀具，可以去除側(cè)壁較多的余量；精加工時調(diào)節(jié)刀具半徑補償值，可以有效控制尺寸精度。

1.4 偏心半圓加工

模具型腔中的半圓特征多數(shù)為澆口套、分流錐的固定位置。在宏程序的編制中，前端半圓部位可以作為偏心半圓加工的主要目標(biāo)；兩側(cè)切入、切出的線段在加工非標(biāo)準鍵槽及非標(biāo)準通槽的時候有非常適合的應(yīng)用。因此，半圓加工的宏程序可以實現(xiàn)三種加工方式：偏心半圓加工、非標(biāo)準盲鍵槽及非標(biāo)準通鍵槽加工。可謂“一招三式”。

如圖7中所示，左側(cè)的半圓還沒有完全涵蓋毛坯，為避免刀具切削時在工件上垂直下切，將入刀點設(shè)計在毛坯外1～2倍刀具直徑的距離內(nèi)，即R14=1D～2D（D為刀具直徑）。

在本例中（見圖8），R37.5的半圓是分流錐的定位鑲槽，以半精加工為例，選用 D26R0.8的刀具，圓心點的坐標(biāo)為（0，-40.），入刀點距離圓心20 mm（R14)，則刀具完全避開了毛坯,可以安全地進行切削加工。

在銑削半通槽與通槽的時候，依然要保持刀具切入點在工件之外。根據(jù)加工圖紙確定了圓心的位置（當(dāng)圓心點在工件的外部時，R13的賦值為正數(shù)；當(dāng)圓心點在工件的內(nèi)部時，R13的賦值為負數(shù)），再確認好進刀的距離R14，就可以實現(xiàn)“一招三式”的加工功能。

圖7 刀具銑削半圓鍵槽的位置參數(shù)

圖8 銑削半圓鍵槽模型尺寸參數(shù)設(shè)置

主程序：

水平方向偏心半圓與非標(biāo)準鍵槽在加工過程中也經(jīng)常遇到，如圖9所示。加工中心機床的Y向行程短于X向行程，某些情況下切槽長度較長，可以調(diào)整工件裝夾方向，采用X方向切槽。

圖9 刀具銑削左側(cè)半圓鍵槽的位置參數(shù)

X方向半圓（切槽）宏程序的編程方法與前面Y方向宏程序相同，只是將X與Y的位置做個變換，調(diào)試后如下：

1.5 側(cè)圓角加工

模具型腔在與模架裝配時，圓角部分是干涉最多的部位。通常在加工過程中圓角部位要求-0.1 mm，目的是型腔裝配以側(cè)壁的直面配合，確保型腔位置的準確。因此，非常有必要對圓角部位進行局部加工。

對較大尺寸的模具型腔，角部余量大，對圓角部位局部加工，可以較好地均勻余量，為精加工做好準備。

精加工時，為避免刀具切入切出撞擊工件產(chǎn)生刀具切痕，在宏程序設(shè)計時，切入切出采用圓弧聯(lián)接，加工效果很好。如圖10所示。邏輯圖如圖11所示。

采用圓弧聯(lián)接，宏程序中的 G代碼數(shù)量相對增多。為避免主程序冗長，將四處圓角的程序編制為子程序：L111為左下角圓角，L112為左上角圓角，L113為右上角圓角，L114為右下角圓角。

主程序中設(shè)置刀具、位置、切削深度參數(shù)，一級子程序（L105）中設(shè)置需要的圓角子程序。這樣，就簡化了圓角宏程序的使用難度，可以使操作者快速掌握技巧，將精力用在提高加工精度與光潔度層面上。

圖10 外側(cè)圓角精銑示意圖

圖11 圓角銑削邏輯圖

此例中，如圖12所示，只有左下與右下兩處圓角，可以將L105子程序中的L112與L113刪除，留下L111與L114即可。

設(shè)置余量值，只需要在機床中刀具半徑補償參數(shù)設(shè)置菜單中將刀具半徑補償值減小0.1mm即可，不需要將程序中的位置尺寸更改，迅速準確地完成部件精度控制的過程。

圖12 四處R圓角銑削

2 結(jié)語

實踐證明，數(shù)控加工中熟練應(yīng)用宏程序可以快速提高操作人員的綜合素質(zhì)，可以快速理解圖紙，劃分重點與次要部位，加強尺寸檢測，從而成為CAM人員的有力助手。宏程序模式化以后，不必再追求編寫的技巧，應(yīng)把更多精力投入到靈活應(yīng)用中去。

[1]王宏穎, 彭二寶. 變量和宏程序在數(shù)控編程中的應(yīng)用[J].機床電器, 2007(2): 11-14.

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[3]霍蘇萍, 張月樓. 宏程序在數(shù)控加工中的應(yīng)用分析[J]. 煤礦機械, 2007, 28(9): 119-122.

[4]胡翔云. 宏程序在數(shù)控編程中的應(yīng)用綜述[J]. 機床與液壓,2009, 37(5): 42-45.

[5]何玉山. 數(shù)控宏程序在銑削凹槽中的應(yīng)用[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù), 2015(5): 104-107.