基于NX的復雜模具型腔加工＊

陳洪土，吳秀杰，李俊璋，李俊鋒，黃銳樹

（1.廣東工貿職業技術學院，廣東廣州510510；2.廣東俊德政海機械科技有限公司，廣東佛山528244）

1 加工項目導入

圖1所示為機座零件的模具型腔，圖2所示為產品圖，圖3所示為加工三視圖，型具型腔材料為H718，其表面粗糙度值為Ra0.8μm。

圖1 模具型腔圖

圖2 產品圖

圖3 加工三視圖

2 加工項目分析

2.1 基本工藝信息

（1）毛坯為200×150×69mm，零件實際加工最深位置約為40mm。

（2）加工鋼材材料為國產H718鋼。

（3）加工工件的主要內表面粗糙度值為Ra0.8μm，其它則按三視圖標注所示。

（4）未注公差參考±0.03mm。

（5）鑒于加工特點，需拆裝兩個加工電極，如圖4所示，才能達到加工效果。

圖4 電極圖

2.2 確定裝夾方案和工件原點

（1）該零件以底面為定位基準，選用平口鉗夾緊定位，用百分表找正。

（2）工件上表面的中心為工件原點，以此為工件坐標系編程。

2.3 分析加工難點及特點

（1）材料為H718模具鋼材，該鋼經預硬化處理,材質均勻，潔凈度高，具有極佳的拋光性能及光刻花性，半精加工及精加工工序的安排至關重要，以符合本產品工藝要求。

（2）外觀要求較高。本零件上下模一樣，表面光潔度要求高，分型面為配合面，加工符合圖紙所示的垂直度要求。同時，在精加工工序最后清角的時候要合理安排，以防過切。

（3）該工件表面粗糙度值要求達到Ra0.8μm，且腔體較深，要高屋建瓴，通盤考慮，使整個加工過程換刀次數少，加工效率高。

（4）在初次開粗后，會留下較大面積的、不平均的余量。利用NX加工技術，通過巧妙地選用CAVITY_MILL進行二次開粗，同時，對于平坦面加工、直壁面加工時，要分別采用不同的方法來實施。

（5）本型腔骨位較多，要得到較高的加工效率時，注意兼顧較高的加工質量。

（6）型腔面曲面多，低部有比較多的R角，加工時間長；且相對曲率變化較大，刀具與工件的接觸點主要集中于刀尖部位，刀具磨損比較嚴重。

根據上述分析，加工過程中應該選擇合理的刀具、加工方式、主軸轉速、進給率，加工余量，防止過切。對于數控銑床加工不到位的部分，需要另外在電火花機上清角加工。同時也要考慮零件在產品中的位置、裝配關系及其作用，弄清各項技術要求對裝配質量和使用性能的影響，找出主要的和關鍵的技術要求。本文以NX軟件技術為工具，展開零件加工過程。

3 加工項目實施

3.1 創建刀具

在數控加工中，刀具的選擇直接關系到加工精度的高低，加工表面質量的優劣和加工效率的高低，選擇合適的刀具并設置合理的切削參數，將可以使數控加工以最低的成本和最短的時間達到最佳的加工質量。刀具選擇的總原則是：刀具的選擇應根據機床的加工性能、被加工零件的材料、幾何形狀、表面質量要求、熱處理狀態、切削性能及加工余量等，選擇剛性好、耐用度高的刀具。在對模型腔編制數控加工程序之前，應創建本文加工所用到的刀具庫，首先在NX的創建刀具的對話框里選擇刀具的類型，并設置刀具的幾何參數、材料、刀具號等，形成刀具庫，以備調用。所建立的刀具號大小有：D20R4、D10、D6、D8R4、D4、D8、D9R4.5、D6R3、D3R1.5等。

3.2 型腔加工刀路編制

（1）用CAVITY_MILL開粗。

采用D20R4的圓鼻刀對模具型腔進行粗加工,余量0.5mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.3mm，選擇跟隨部件的走刀方式，去除大部分的工件材料，刀路如圖5所示。

圖5 CAVITY_MILL開粗

（2）用CAVITY_MILL二次整體開粗。

采用D10平底刀對模型腔進一步開粗加工,余量0.3mm，步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.2mm，選擇跟隨部件的走刀方式，對殘留的材料進一步清理，刀路如圖6所示。

圖6 CAVITY_MILL二次開粗

（3）用ZLEVEL_PROFILE二次局部開粗模腔側底直壁面。

采用D10平底刀對模型腔進一步開粗加工,余量0.3mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm，其他選項包括：切銷方式深度優先，合并距離為3mm，最小切銷長度為1mm，選擇混合走刀，在邊上廷伸4mm等，對殘留的材料直壁進行清理，刀路如圖7所示。

圖7 ZLEVEL_PROFILE二次開粗

（4）用CORNER_ROUGH 3次局部開粗深腔底壁面。

經過D20R4的圓鼻刀和D10平底刀對模具型腔進一步移除材料之后，在腔體深底處，仍然有較多的殘余材料。本工序旨在進一步利用CORNER_ROUGH輪廓粗加工方式，采用D6的平底刀，進行殘料移除。相關參數設定如下：切銷方式采用跟隨部件，側壁余量0.2mm,底面余量0.1mm,步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm，重疊距離為1mm等，對殘留的深腔底壁面進行加工，刀路如圖8所示。

圖8 CORNER_ROUGH深腔底壁面加工

（5）利用ZLEVEL_PROFILE進行整體半精加工。

用D8R4球刀對模型腔進行半精加工,余量0.05mm，步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.2mm，其他選項包括：切銷方式為順銑并深度優先，合并距離為3mm，最小切銷長度為1mm，在邊上廷伸0.5mm等，刀路如圖9所示。

圖9 半精加工

（6）選用D8R4球刀分塊進行精加工。

分別利用ZLEVEL_PROFILE方式加工直壁面及CONTOUR_AREA方式加工半圓球面（見圖10）。ZLEVEL_PROFILE方式相關參數設定參考圖9半精加工，但余量為零；CONTOUR_AREA方式，實為固定軸加工方式，主要加工較為平坦的、有規則的曲面。

圖10 D8R4刀精加工

（7）選用D8R4球刀，用CONTOUR_AREA固定軸分3個程序加工以下3大塊平坦底面，相關參數設定如圖11所示。

圖11 固定軸加工平坦底面

（8）選用等高加工方法，D8R4球刀，分3個程序，加工以下3大塊平直壁面，余量為0，步距為刀具直徑的60%,每刀加工深度為0.15mm，其它選項包括：切銷方式為順銑并深度優先，合并距離為3mm，最小切銷長度為1mm，在邊上延伸0.5mm等，刀路如圖12所示。

圖12 等高加工方法直壁面

（9）等高加工方式，對局部直面進行精加工，如圖13所示。

圖13 局部直面等高精加工

3.3 后處理

無論是哪種CAM軟件，其主要用途都是生成在機床上加工零件的刀具軌跡簡稱（刀軌）。一般來說不能直接傳輸CAM軟件內部產生的刀軌到機床上進行加工，因為各種類型的機床在物理結構和控制系統方面可能不同，由此而對NC程序中指令和格式的要求也可能不同。因此，刀軌數據必須經過處理以適應每種機床及其控制系統的特定要求。這種處理，在大多數CAM軟件中叫做“后處理”。后處理的結果是使刀軌數據變成機床能夠識別的刀軌數據，即NC代碼:

（以下為模具型腔第一個程序中的一部分）

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

N0030 T00 M06

…………

N4160 X1.2799 Y-1.83 I-.0362 J.0154

N4170 G0 Z.5906

N4180 M05

N4181 M30

%

4 結束語

針對復雜模具型腔零件的結構進行了分析，設計出適合其加工的工藝方案，提供了詳細的加工工藝。采用型腔銑削方法進行開粗，同時采用多種方式對內腔槽位做半精加工，再精銑內腔槽至尺寸。另外，應用NX技術對型腔進行數控編程，以達到高生產效率、高加工精度的目的，從而確保零件生產之后安裝在鋁材設備里牢固可靠，本技術在實際加工中得到了廣泛的應用。