基于UG的抽濕機后模型芯數控編程

吳升富，謝英星，陳梓英

（中山職業技術學院，廣東 中山528400）

0 引 言

隨著加工中心和數控編程軟件的推廣，越來越多的模具零件都是由加工中心加工的，模具零件表面的曲面分成多種不同的類型，如膠位面、分型面、避空面、頂針孔、斜頂孔、鑲件等，這些不同的曲面對加工的要求各不相同[1-2]。因此，編程工程師除了熟練掌握編程軟件之外，還必須了解模具的結構，才能編寫出高質量的數控程序。編程人員在數控編程前，必須對模具零件的結構進行分析，了解模具零件上不同的曲面和加工要求。對于膠位面，必須精加工，而且表面粗糙度必須達到圖樣要求；對于分型面，必須預留少量余量，便于鉗工進行配模；對于避空位，允許少量過切，有利于鉗工配模；對于頂針孔、斜頂孔、鑲件孔等，是由線切割或者其他方式加工出來的，不需要用加工中心加工，必須在實體圖上進行封閉，防止刀路對這些孔位進行加工；對于零件上的拐角位，應留有少量余量，利于電火花加工[3-4]。

現以抽濕機后模型芯為例，詳細介紹數控編程基本步驟和方法，該零件圖如圖1所示。

1 工件結構分析和刀路分析

1.1 零件圖上孔位、筋位、流道和鑲件等的整理

圖1 抽濕機后模型芯

該后模型芯表面有許多頂針孔、斜頂孔、鑲件孔、筋位等，為防止加工中心加工這些孔位，在編程前必須封閉這些孔位；工件表面的潛水口流道不需要加工，也應刪除；實體上有3個細長的鑲件，這3個鑲件是可替換的零件，不需要用加工中心加工，也應從實體上刪除，刪除這些特征后，工件表面更加簡潔，如圖2所示。

1.2 拐角位分析

型芯上有10 個拐角位，無法用銑刀清除拐角位的材料，必須用電火花方式加工；在工件上表面有一個環形槽，寬度只有0.48 mm，深度為3.5 mm，這條槽的空間太小，不能用加工中心加工出來，用電火花加工的方式才能加工，因此這10個拐角位和工件上表面的環形槽不需要精加工，只需要粗加工，可以留少許余量給電火花加工。

工件上表面的凹坑里，還有5條寬度為12.5 mm、深度為3 mm的槽，這5條槽可以用加工中心加工出來；工件右邊的凹坑，拐角的半徑為R5 mm，深度為10 mm，也可以用加工中心加工出來，這幾個地方必須用加工中心加工到位，不留余量。

1.3 加工用刀具分析

型芯的材料選用GS738，材料的硬度較高（38～40 HRC），加工時應選用硬度較高，且具有較高的耐磨性、韌性的刀具進行切削。有兩種刀具滿足加工需求：一種是合金刀，其硬度在89～93 HRC之間；另一種是涂層刀（即刀粒刀），涂層刀具有表面硬度更高、耐磨性好、化學性能穩定、耐熱、耐氧化等特性。根據工件的實際情況，選用不同的刀具[5-7]。

圖2 工件形狀更加簡潔

由于該工件的粗加工量大，適合使用直徑較大的涂層刀（比如φ35R5的刀粒刀）進行加工。半精加工的刀具用φ16R0.8的刀粒刀；曲面的精加工用φ10R5的合金刀；分型面是平面，適合用φ16R0.8的刀粒刀，上述3種刀路的主軸轉速、進給速率、背吃刀量應根據不同的情況選擇不同的切削參數。

2 數控編程過程

2.1 編程前的準備

1)選取“應用模塊|加工”命令，進入加工環境。

3)單擊“創建刀具”按鈕，創建4種刀具，分別是φ30R5（刀粒刀）、φ16R0.8（刀粒刀）、φ10R0（10 mm立銑刀）、φ10R5（10 mm球頭刀）。

2.2 設計開粗刀路

1)單擊“創建工序”按鈕，在【創建工序】對話框中“類型”選“mill_contour”，“工序子類型”選“型腔銑”，“程序”選“NC_PROGRAM”，“刀具”選“D30R5”，“幾何體”選“WORKPIECE”，“方法”選“METHOD”。

2)在【型腔銑】對話框中“方法”選“METHOD”，“切削模式”選“跟隨周邊”，“步距”選“刀具平直百分比”，“平面直徑百分比”為60%，“公共每刀切削深度”選取“恒定”，“最大距離”為1 mm。

4)因為工件上有許多拐角，拐角處的刀路應該圓角過渡，編程工程師可以在軟件上設定加工拐角的刀路產生圓角，具體方法是點開“拐角”選項卡，合理設置“拐角處的刀軌形狀”、“圓弧上進給調整”和“拐角處進給減速”3個選項的參數，如圖3所示，這樣就能降低拐角位的切削速度，減少拐角位的數據點，在刀路上添加過渡圓角。

圖3 設定刀路圓角參數

6）單擊“生成”按鈕，生成型腔銑刀路，如圖4所示。

2.3 增加專門清除拐角區域的余量刀路

在粗加工之后，由于拐角位殘留較多的余量，不能直接進行半精加工，還需要設計專門清除拐角區域余量的刀路，用φ16R0.8的刀粒刀，用等高銑削的方式切除上次刀路未加工的拐角部分，刀具的參數為：主軸轉速為2000 r/min，背吃刀量為0.5 mm，進給速率為1000 mm/min。加工刀路如圖5所示。

圖4 型腔銑刀路

圖5 切除上次刀路未加工的拐角部分

2.4 半精加工刀

在清除拐角區域的刀路之后，工件表面各部分的余量較多，而且不均勻，為了使型芯各部分的余量達到精工加的要求（0.2～0.3 mm），還需要設計半精加工刀路，該工件的半精加工用φ16R0.8的刀粒刀，采用等高銑削的方式進行加工，加工參數與加工拐角位的參數相同，加工刀路圖略。

2.5 精加工刀路

該工件上有分型面、膠位面、鎖緊位、枕位等，由于這些位置在模具零件中的作用各不相同，因此這些不同的位置必須分開加工。

1）加工膠位面。在精加工膠位面時，必須按圖樣要求，將膠位面加工到位，不留余量，另外為了保持工件拐角位的完整性，以及保持不同曲面相互獨立性，最好是對不同的膠位曲面分別設計刀路[8-9]。該工件的膠位設計了多種不同的刀路，右端面用φ16R0.8的刀粒刀進行等高銑削，側面用φ16R0.8的刀粒刀進行等高銑削，最上面的圓弧面用φ10R5的球頭合金刀進行平行銑削，頂部的槽用φ10R0的立銑合金刀用平面銑削方式進行加工，如圖6所示。運用不同的刀路加工方式能最大限度地保持膠位面的完整性和美觀性。

圖6 多種不同的刀路加工膠位面

2）加工鎖緊位。工件的分型面上有上4個長方形的凸起，它既不是膠位，也不是分型面，主要作用是在注塑時使前、后模不產生錯位現象，在數控加工時，這里應留0.02 mm余量，以便鉗工作業，此處的具體刀路是用等高銑削方式進行加工（φ16R0.8的刀粒刀），刀路如圖7所示。

3）加工分型面的刀路。該工件的分型面是平面，加工面較大，適合用較大的刀具進行加工，但由于4個凸起與型芯之間的距離只有19.5 mm，因此該平面適合用φ16R0.8的刀粒刀進行加工。由于該分型面是平面，不需要避空，也不能留余量，必須加工到位，必須保持分型面的平整，現在以平面加工的方式加工該工件的分型面，刀路如圖8所示。

圖7 精加工凸起的刀路

圖8 加工分型面的刀路

4）加工鎖緊位上表面的刀路。鎖緊位的上表面既不是膠位面，與不是分型面，這里可以稍微避空，也沒有表面粗糙度要求，適合用φ16R0.8的刀粒刀用平面銑削方式進行加工，刀路如圖9所示。

圖9 加工鎖緊位上表面的刀路

5）加工凹陷位。工件的一端有一個凹坑，它既不是膠位面，也不是分型面，主要是起導向作用，在數控加工時，凹坑的側壁應留0.02 mm余量，以便于鉗工作業，由于此處的拐角位的R角為R5 mm，不適合用刀粒刀加工，適合用φ8R0的合金刀立銑刀以外形銑削的刀路，按步進方式進行加工，由于該凹陷位的寬度達到22 mm，大于刀具直徑的2倍，因此還必須添加一個刀路，清理凹坑平面上未能加工的部分，刀路如圖10所示。

6）加工型芯上表面小槽的刀路。工件的上表面有5條小槽，寬度為12 mm，深度為3 mm，這5條小槽可以用φ8R0的合金刀，用平面銑削方式進行加工，刀路如圖11所示。

7）仿真模擬。當加工程序編制完成之后，還將進行仿真模擬，如圖12所示，檢查所編寫的程序是否正確，是否出現撞刀等不合理的現象，如果發現異?，F象，應立即修改程序，直到程序完全正確為止[10]。

圖10 加工凹陷位的刀路

圖11 用φ8R0的合金刀加工小槽

圖12 刀路仿真模擬

3 結 語

在對模具零件進行編程時，首先對模具零件進行充分的分析，正確區分模具零件上膠位面與分型面，型位孔與頂針孔，模具零件上的原身留與鑲件等，對模具零件上哪些位置必須加工到位，哪些位置必須避空，哪些位置必須留余量，哪些位置留給電火花加工，對于加工模具零件的這些基本知識，應做到胸有成竹，希望初學模具零件編程的人員用心學習，除了掌握數控編程軟件之外，還要努力掌握基本的模具結構。只有在充分掌握模具結構的基礎上，才能編寫出合格的數控程序，要想成為一名優秀的模具數控編程員，要經過一個長期學習的過程。