凸凹模具中數(shù)控編程與加工技術(shù)解析

任福英

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)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(yùn)用于航空、航天、國防工業(yè)等領(lǐng)域。數(shù)控系統(tǒng)控制機(jī)床以其優(yōu)異的自動(dòng)化控制性能，細(xì)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(duì)機(jī)械和過程控制的技術(shù)，他是數(shù)字信息與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的特征滲透的一種機(jī)電一體化技術(shù)。數(shù)控技術(shù)不但可以解決普通機(jī)床難以解決的難題，而且可以對(duì)加工物件實(shí)現(xiàn)更高的加工精度，生產(chǎn)效率突出的優(yōu)點(diǎn)。本文就借助對(duì)凸凹模具的加工要求，對(duì)數(shù)控編程中加工技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1零件分析

編程加工中對(duì)零件先期的加工精度分析、零件裝夾分析、工件坐標(biāo)系分析、加工刀具分析是數(shù)控加工的重點(diǎn)，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(gè)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(tái)是否有相應(yīng)幾何公差，對(duì)加工是否有涉及;表面粗糙度分析，腔體表面及凸臺(tái)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(shí)應(yīng)先對(duì)平口鉗鉗口進(jìn)行校正，為保證零件裝夾時(shí)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(biāo)系分析

圓槽和矩形槽的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置在零件的頂面中心處，U形槽的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置在頂面某一個(gè)頂點(diǎn)處，編程時(shí)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(diǎn)。

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(shí)，應(yīng)盡可能選擇用直徑較大刀具切除余量;精加工時(shí)，要考慮刀具的剛性，同時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，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(qiáng)度，使其在加工中不易彎曲和振動(dòng)。

2.2型腔銑削用量

在實(shí)際運(yùn)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(shí)，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(jìn)行精加工。

2.3刀具路線設(shè)計(jì)

常見的型腔粗加工路線設(shè)計(jì)有Z形走刀、環(huán)形走刀、復(fù)合走刀設(shè)計(jì)，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(diǎn)與終點(diǎn)間會(huì)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(zhǎng)，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(diǎn)，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(gè)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(duì)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(jìn)行銑削，然后再使用小直徑刀具銑削下層型腔。對(duì)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(shí)應(yīng)當(dāng)注意刀具直徑正確合理，以確保刀具在輪廓銑削時(shí)不與另一輪廓產(chǎn)生干涉，同時(shí)刀具剛性足夠。

在對(duì)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(bǔ)償對(duì)垂直側(cè)壁輪廓進(jìn)行精銑加工。對(duì)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(gè)空，然后再使用合適刀具從Z向進(jìn)入預(yù)定深度，進(jìn)行側(cè)面銑削加工，將型腔擴(kuò)銑到所需尺寸。

3數(shù)控程序編制

3.1進(jìn)退刀模式要點(diǎn)

（1）換刀點(diǎn)。換刀點(diǎn)在加工中心上是固定的，換刀必須回到換刀點(diǎn)。

（2）初始平面。為安全進(jìn)刀規(guī)定的一個(gè)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(jìn)行加工的平面。

（4）XY平面進(jìn)、退刀點(diǎn)。進(jìn)刀點(diǎn)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(diǎn)相切。退刀點(diǎn)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(diǎn)相切。

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

3.2固定進(jìn)退刀模式

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

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(diǎn)M06 T01換1號(hào)刀具M(jìn)03 S1000主軸正轉(zhuǎn)，1000 r/minG90 G00 X_Y_刀具水平移動(dòng)至刀點(diǎn)的正上方G43 H01 Z到達(dá)初始平面，建立刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償G0 Z_到達(dá)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(diǎn)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(xiàng)

在零件的編程時(shí)，為保證加工精度，都應(yīng)當(dāng)采用同一編程原點(diǎn)和工件坐標(biāo)系，在調(diào)整尺寸加工精度方面，采用刀具半徑補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)精加工，對(duì)于同一平面上確定的相對(duì)幾何位置形狀，在確定一個(gè)坐標(biāo)系后，其余圖形坐標(biāo)系可直接在機(jī)床內(nèi)設(shè)置位置，而無需多次移動(dòng)。分層加工時(shí)，最好選用子程序，避免在修改程序時(shí)出錯(cuò)，另外程序短，可加快程序的運(yùn)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(duì)編制中的工藝設(shè)置、程序編制進(jìn)行詳細(xì)的解析。當(dāng)今的數(shù)控技術(shù)發(fā)展朝著高速化、高精度、多軸聯(lián)動(dòng)、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(biāo)志以及制造業(yè)市場(chǎng)的風(fēng)向標(biāo)桿。

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