“點分布”功能在塑料模具加工中的應用

彭森榮

摘要：企業在模具的生產中需要有較高的效率才能在變化的市場中處于領先的地位，本文通過使用企業的高速機床，改進加工工藝，改進切削參數，結合PowerMill“點分布”功能的使用，減少了模具的加工時間，提升了表面質量，保證生產出高質量的零件和模具。

關鍵詞：高速加工機床 工藝編制 點分布

一套塑料模具的生產流程包含圖紙繪制，購買原材料，開孔， 數控機床粗加工，材料熱處理，磨床加工， 數控機床半精加工與精加工，線切割，電火花加工，機械或化學拋光，模具裝配，塑料試模等步驟， 在這個過程，每個內容的工作時長對模具的加工都有較大的影響。 在與東莞志盛塑膠制品有限公司進行校企合作時，通過使用高速機床結合使用 PowerMill“點分布”功能的設置，獲得較高的表面質量和加工效率[1]，優化切削參數， 提高了模具零件的表面光潔度，獲得近乎于免拋光的表面質量，縮短了 CNC及拋光的時間，提升了模具生產的效率。

東莞志盛塑膠制品有限公司在加工此套模具時原使用的是KPM永進機，機床主轉速可持續工作8000rpm（主軸轉速 45rpm-10000rpm），取得如圖1的加工表面質量。

通過檢測，發現模具的加工及表面質量存在以下問題：1、加工時間較長，用時約40分鐘，主要原因是換刀速度較慢，切削深度較低，編程的刀路有較多提刀，進給速度不恒定;2、表面質量不高，后期拋光需要更多的時間。

在與工程師的研究討論后，針對以上存在的問題，主要采取以下措施進行改進。

1、更換加工的機床為KPM永進高速機，機床主轉速可持續工作16000rpm（主軸轉速 45rpm-20000rpm），重新進行工藝編制，并使用改進后的加工參數。

2、應用PowerMill的“點分布”功能對刀路進行改進。

（1）“點分布”路徑的設置比較

所有的紅色點都是編程時NC程序代碼的XYZ方向的關鍵點，有了這么多均勻分布的點，加工才可以更均勻，那么進給速度可以按照我們設定的值進行加工，這樣能減少刀具進刀發生一時快一時慢的情況，減少波動的F值，最后才能得到較好的加工表面和加工速度較少的損失。

（2）默認設置公差系數的參數選擇0.5，當前刀具路徑公差參數選擇0.01，計算的誤差結果是0.5×0.01=0.005，這樣就可以使刀具路徑的誤差值在可控的范圍之內。

（3）設置點分布距離的值，設置最大距離的值為0.25，編程路徑中連續點之間的最大距離。上述選項輸出類型為“修圓”，則不激活參數，如圖5-2所示。

（4）輸出類型的選擇

1）公差并保留圓弧：藍色點為圓弧中心，可以編程刀具路徑那些不要的控制點并保留公差的計算精度。

2）公差并替換圓弧：這個選項與上一個選項類似，不同的地方是所有的圓弧用直線段的方式靠近。

通過比對，在保持相同的約束下，要保證相同的精度，公差并保留圓弧更加好，但是看后處理到底支持哪一種的情況，本次加工選擇后者公差并保留圓弧。

3）重新分布

重新分布能允許編程者控制軟件自動插入新的控制點。如果公差精度不達標，則需要在兩個連續點之間插入額外的控制點以提升公差。利用最大點分離距離選項時特別有效。重新分布會增加編程路徑的演算時間，相應的減少現場加工的時間。機床控制系統能夠迅速處理大量增加的中間點時才適合使用。對比兩個位置的刀具路徑，重新分布在是保留了圓弧選項的，在高速機床匹配的情況下能提升加工效率。

4）修圓

在任意刀具路徑的地方插入可能銜接的圓弧。這個參數特別適合能處理圓弧插補的數控機床，但是僅能用與三軸刀具編程路徑。公差系數的選擇定義被移除點的個數。數值的選擇必須在0到1的區間。0為編程路徑中數量最少的點被刪除;1表示在保持精度的基礎上最大數量的移除編程路徑中的控制點，這種情況下刀具路徑中的點數量最少。

5）網格

該參數指定了三角形網格的加工參數。系數選擇越小，精度就更高，模擬的形狀也貼近實際形狀。但計算編程路徑的時間也加長，加工精度能提升。

需要注意的是：限制最大長度會使面片數量加多，軟件模型也更加接近實際加工模型，加工時間相應的增加。當影響加工精度的時候要勾選這個參數。在加工圓弧曲率比較小的零件時，要限制長度的尺寸，確保加工質量合格。

為了保證加工的平順性，要設置點分離角的參數，保證刀具編程路徑的最大角度變化不超過16°。

當刀具加工接近坐標轉換位置時，角度的微小變化都會導致方位的改變，設置最大分離角度能有效的減少這種改變，設置一個合理的角度，插入更多的控制點能較少機床的提刀和停機，通過試加工，本套模具適合的最大分離角度參數為10°。建議值：在滿足公差的情況下﹐公差系數=0.1～0.3，網格系數=0.001～0.005[2]。

通過機床的重新配置、切削參數的調整，以及使用PowerMill的“點分布”功能，取得如圖2的加工質量，加工時間減少了約40%，對整體的加工效率有了較大的提升。

合理的利用高速機床的加工能力，設置點分布的合理位置，得到幾乎與免拋光的的表面質量，可以較大的改善模具表面粗糙度，能保證模具上機過程中快速脫模，提高生產效率，增加生產量。最終提高員工生產效率，滿足企業生產的需求，不僅能讓產品質量得到保障，還能節省大量的人力、物力、財力，從而提高生產效率，節約生產成本，生產出更多高品質的產品。

參考文獻：

[1] 利用PowerMILL“點分布”功能實現工件的“免拋光”[J]. 王振江. CAD/CAM與制造業信息化. 2011（12）

[2] 淺談Powermill“點分布”在編程中的應用 [J].馮一鋒.模具技術. 2014，（02）