基于PowerMill的深腔模具加工方法

苑妮，呂宏貴

（中國華錄·松下電子信息有限公司，遼寧大連 116023）

1 引言

在高速模具加工中對于深腔的處理通常比較麻煩，由于加工使用各種直徑刀具長度的限制，加工后的模具鑲塊經常會遇到刀具間接刀、加工讓刀后引起的工件缺肉、表面精度不良以及單個刀具加工時間過長產生的刀具損耗等問題。因此，如何將深腔位置加工到位、精度得以保證，是CAM設計要考慮的問題。本文以我司某深腔模具為例，以多年加工經驗為基礎，給出不同加工策略、使用不同加工刀具以及加工方法解決深腔模具的加工過程，對類似深腔模具的加工具有一定的參考價值。

2 深腔粗加工

如圖1所示，工件外形高度130mm，鑲塊加工深度82.28mm底 部R角7.6mm。首 次 開 粗 使 用φ32R4.5mm圓弧型立銑刀換刀片刀具，全長200mm，留量0.5mm。使用三維偏置區域清除模型加工策略，并開啟輪廓光順選項，就是在刀具路徑拐角處增加0.05倍刀半徑的圓弧拐角，以避免產生直角拐角的刀具路徑，從而導致減速產生彈刀等缺陷，如圖2和圖3所示的刀具路徑對比。

圖1 鑲塊工件

圖2 未開啟輪廓光順

圖3 已開啟輪廓光順

二次開粗參考首次開粗程序，使用φ12R1mm圓弧型立銑刀，刀具全長100mm，刃長24mm，留量0.3mm，加工腔內深度88.28mm。仍然采用上一刀具路徑加工策略，受刀具長度限制，刀具夾持部分35mm，剩余懸出最大加工深度65mm。

全部完整刀具路徑如圖4所示。由于加工刀具不能滿足一次加工深度要求，因此，在二次粗加工階段，采用分層分段粗加工的方式，在不同深度采用不同伸出長度、不同刀具夾持的辦法，可以取得較好的加工效果并可以有效縮短加工時間。

圖4 φ12R1mm刀具路徑

（1）第一層加工深度至41.82mm，加工時間3h09min，如圖5所示。

圖5 φ12R1mm第一層路徑

（2）第二層加工深度至62.28mm，加工時間3h18min，如圖6所示。

圖6 φ12R1mm第二層路徑

（3）第三層加工深度至88.28mm，加工時間3h36min，如圖7所示。

圖7 φ12R1mm第三層路徑

由于第三層的加工深度已超出刀具的懸出長度，因此，需更換直徑較細的焊接式刀夾，減少刀具懸出長度，并進行碰撞檢查，確認此刀具是否適用此次路徑。

如圖8所示，碰撞檢查發現刀具伸出65mm時四周拐角處側壁發生夾持碰撞，因此需將刀路裁切，并更換成全長110mm的φ12mm端銑刀，伸出65mm，形成圖9所示刀路，進行加工。其余部分仍沿用φ12R1mm圓弧型立銑刀，伸出60mm加工。

圖8 φ12R1mm過切路徑

圖9 φ12mm端銑刀裁切路徑

3 深腔精加工

深腔精加工，主要采用等高和最佳等高加工策略。因本次鑲塊造型深腔陡峭側壁處是滑塊槽，加工精度要求較高。如果采用一顆刀具從頭到尾加工到位的方式，確實可以避免側壁加工段差的出現；但由于鑲塊尺寸大、加工距離長，加工時間也長，刀具磨損嚴重，被加工側壁的上端和下端會出現余量相差很大的問題，精度很難保證。因此，最好采用分層加工，但刀具之間的接刀問題又很難保證加工精度。

于是在鑲塊實際加工中，深腔陡峭側壁部分采用了二次精加工的辦法。第一次精加工采用大步距、大進給的方式，用φ20R0.5mm圓弧銑刀一次性加工到底，留量0.05mm，加工時間2h10min，加工深度88.23mm，如圖10所示。

圖10 φ20R0.5mm第一次精加工路徑

第二次精加工，仍然用等高策略加工，更換新的刀具。本次使用φ12mm端銑刀，全長110mm，不同深度不同伸出分層加工。為避免上述提到分層產生的接刀問題，二次精加工試行了不同留量的加工方式：

考慮到刀具磨損的問題在尺寸公差要求范圍內，最上端加工留量0.01mm，中間部分加工到位即留量0mm，最下端即最深處留量-0.01mm，如圖11所示。

圖11 分層留量圖

本次加工程序較上次精加工步距減少2～3倍、進給速度提升30%加工，可以很好的解決因加工時間過長導致的刀具磨損產生的加工精度問題。

鑲塊中間部分的深型腔底部均為曲面、根部是R角，所以精加工采用最佳等高策略加工，此部分型腔為外觀面，精度要求高，因此也采用二次精加工保證表面加工質量。第一次型腔精加工，采用φ12mm球頭刀，全長120mm，型腔待加工區域深度71.59mm，留量0.05mm，其中陡峭區域用等高加工，淺灘平緩區域三維偏置精加工，兩種方法采用相同下切步距，兩者交接處設置與留量相同的重疊部分，以減少交接處出現明顯段差（見圖12）。左右兩側分開加工，每側加工時間3.5h。

圖12 φ12mm球頭刀腔內精加工刀路

第二次型腔內精加工，仍采用與上次相同直徑的φ12mm球頭刀，長度改選短些的，全長80mm，加工策略仍采用與上次加工相同的最佳等高加工，但此次將待加工型腔按深度分兩次加工到位。由于使用球頭刀具，兩層之間會有至少刀具半徑的段差（見圖13）因此為提高加工表面精度，下一層的最高加工點要比上一層的最低加工點至少高一個刀具半徑，如圖14所示。

圖13 球頭刀行距差示意

型腔精加工第一層加工深度至38mm，加工時間2h40min；第二層從31.5mm開始加工，加工深度至71.59mm，兩側分開加工，單側加工時間2.5h，如圖14、圖15所示。

然后是其它小直徑刀具對鑲塊進行的精加工，因不涉及本文提及的深腔加工，這里不再贅述。

圖14 φ12mm球頭刀腔內第一層刀路

圖15 φ12mm球頭刀腔內第二層刀路（一側）

4 結束語

近年來我國制造業飛速發展，模具加工的方向越來越廣泛，因此，深腔模具加工的品質至關重要。本文通過本次鑲塊加工總結出粗加工分層，精加工分多次、不同留量的加工方法，高精度高效率地完成了深腔模具的加工。