加工中心廣泛應(yīng)用于模具零件加工，為了減少操作人員的勞動強度，提高零件的加工精度，之前由普通銑床加工的模具零件現(xiàn)在基本上由加工中心完成。但注射模零件表面有不同種類的曲面，如分型面、避空面和膠位面等，這3種曲面的加工要求各不相同，另外注射模零件還有斜推孔、鑲件配合孔、推桿孔等，這些孔位一般由電火花或線切割加工。因此數(shù)控銑削編程工程師在對注射模的定、動模型芯進行編程前，須結(jié)合整副模具的結(jié)構(gòu)對定、動模型芯進行分析，了解不同曲面的作用，對不同種類的曲面編寫不同的數(shù)控程序。對于成型面，必須按圖紙的要求進行精加工，且粗糙度必須達到要求；對于不需要由加工中心加工的位置（如鑲件配合孔），編程前在實體上刪除孔位?，F(xiàn)以某電器產(chǎn)品注射模的動模型芯為編程對象，并以UG軟件為載體，介紹模具零件數(shù)控編程前對實體進行整理、創(chuàng)建幾何體和刀具，并進行數(shù)控編程模擬過程，動模型芯如圖1所示。

圖1   動模型芯

1 實體整理

動模型芯實體上有推桿孔、筋位、鑲件配合孔、冷卻水孔等，這些位置由電火花或線切割加工，在數(shù)控編程前刪除，UG所用的命令是“菜單→插入→同步建?！鷦h除面”，刪除所有不需要數(shù)控銑削加工的特征后，實體如圖2所示。

圖2   刪除不需要數(shù)控銑削加工的特征

2 數(shù)控刀路分析

實體兩側(cè)有一串筋位，筋位的寬度為2.5 mm，深度為3 mm，筋位位于圓弧面上，需要電火花加工，因此筋位不需要數(shù)控編程；實體有一個方形鑲件配合孔，是由電火花加工，不需要數(shù)控編程；實體的上表面有一個半圓槽，無法用加工中心完全加工到位，也需要用電火花加工，因此該位置只需要粗加工。

3 所用刀具研究

數(shù)控編程前應(yīng)根據(jù)零件尺寸、材料硬度、實體的實際形狀選用不同的刀具，一般情況動、定模型芯的材料硬度一般為40~42 HRC，在編寫數(shù)控程序時選用硬度較高、耐磨性較好的刀具。適合加工動模型芯的常用刀具有2種：一種是合金刀，即鎢鋼刀，其耐磨性較好，硬度為90~92 HRC；另一種是刀粒刀，與鎢鋼刀相比，刀粒刀具有表面硬度更高、耐磨性更好等特性。零件的外形尺寸為300 mm×250 mm×80 mm，適合使用不易磨損的大刀具，如φ50R5的刀粒刀粗加工，零件表面有圓弧曲面，沒有拐角位及空間狹小位置且分型面為平面，應(yīng)同時選用上述2種刀具進行加工：粗加工時使用φ50R5的刀具，半精加工和精加工時使用φ20R0.8刀具；對實體上的圓弧面進行精加工時使用φ8R4的鎢鋼刀；實體上表面和分型面是平面，適合用φ20R0.8的刀粒刀；實體上的最小角為R5.5 mm，不需要使用專門的清根刀具。

4 創(chuàng)建幾何體

（1）在菜單欄中選取“應(yīng)用模塊”選項卡，再單擊“加工”命令按鈕，在彈出的窗口中選擇“cam_general”和“mill+planar”2個選項，然后單擊“確定”按鈕，進入UG編程模式。

（2）在菜單欄中選擇“菜單”命令，再在彈出的下拉菜單中選擇“插入”，再選擇“幾何體”命令，在彈出的“創(chuàng)建幾何體”窗口中將“幾何體”子類型設(shè)為“MCS”選項，再單擊“應(yīng)用”按鈕，再在返回的“創(chuàng)建幾何體”窗口中單擊“WORKPIECE”選項，再單擊“應(yīng)用”按鈕，彈出“零件”窗口，在該窗口中單擊“指定部件”按鈕圖片，選取整個實體，再單擊“確定”按鈕，軟件返回“零件”窗口，在該窗口上單擊“指定毛坯”按鈕圖片，在彈出的“毛坯幾何體”窗口中將“類型”設(shè)為“包容塊”，將XM-、XM+、YM-、YM+、ZM-、ZM+全部設(shè)為0。

（3）單擊“創(chuàng)建刀具”按鈕，創(chuàng)建4種刀具，分別是φ50R5刀粒刀、φ20R0.8刀粒刀、φ6R0立銑刀、φ8R4球頭刀。

5 數(shù)控編程過程

5.1 編寫粗加工加工工藝

（1）依次選擇“菜單→插入→工序”命令，彈出“創(chuàng)建工序”窗口，在該窗口中將“銑削類型”設(shè)為“mill_contour”，將“工序子類型”設(shè)為“型腔銑”選項，將“數(shù)控程序”設(shè)為“PROGRAM”，將“銑削刀具”設(shè)為“D50R5”，其他參數(shù)選擇默認值。

（2）在“型腔銑”窗口中將“方法”設(shè)為默認值，將“切削模式”設(shè)為“跟隨周邊”，將“切削步距”設(shè)為“按刀具平面直徑百分比”，將“平面直徑百分比”設(shè)為50%，將“毛坯距離”設(shè)為1 mm，將“每刀切削深度”設(shè)為1 mm，將“最終底面余量”設(shè)為0.2 mm。

（3）單擊“切削參數(shù)”按鈕圖片，在彈出的“切削參數(shù)”窗口中，將“切削方向”設(shè)為“順銑”選項，將“剖切角”設(shè)為0，選擇“使底面余量與側(cè)面余量一致”選項，將“余量”設(shè)為0.25 mm。

（4）單擊“非切削移動”按鈕圖片，在彈出的“非切削移動”窗口中，將“進刀類型”設(shè)為“線性”，其他參數(shù)選用默認值。

（5）單擊“進給率和速度”按鈕圖片，將“主軸轉(zhuǎn)速”設(shè)為1 500 r/min，將“進給率”設(shè)為2 000 mm/min。

（6）為了防止加工方框的內(nèi)壁，選擇方框的邊線為修剪邊界。

（7）上述參數(shù)設(shè)置完成后，再單擊“型腔銑”窗口中的“生成”按鈕，軟件自動創(chuàng)建粗加工刀路，如圖3所示。

圖3   粗加工刀路

5.2 創(chuàng)建半精銑削工藝

零件在完成粗加工后，由于切削時的背吃刀量較大，零件表面呈現(xiàn)明顯的層狀，導(dǎo)致零件表面留下不同高度的加工余量，不適合直接進行精加工。為了滿足精加工要求，需將零件的加工余量控制在0.15~0.25 mm，且還要求實體表面不同位置的加工余量大致相等，因此在粗加工后、精加工前，必須編寫半精銑削加工工藝。該實體的半精銑削加工工藝選用φ20R0.8的刀粒刀，采用等高銑削切削加工工藝，具體方法是依次選擇“菜單→插入→工序”命令，在彈出的“創(chuàng)建工序”窗口中將“類型”設(shè)為“mill_contour”，在“工序子類型”欄中選擇“深度輪廓銑”選項，在“刀具”欄中選擇“D20R0.8”，為了防止加工方框的內(nèi)壁以及實體中間的圓孔內(nèi)壁，選擇方框的邊線和圓孔邊線為修剪邊界，所生成的半精加工刀路如圖4所示。

圖4   半精加工刀路

5.3 剩余銑削刀路

由于零件表面不規(guī)則，而且所使用的刀具較大，導(dǎo)致半精加工后零件表面某些位置無法加工，此時應(yīng)使用剩余銑削刀路，將沒有加工的位置進行切削，對于該零件前面的半圓形凹坑，選用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進行切削，刀路如圖5所示。

圖5   剩余銑削刀路

5.4 精加工刀路

實體上有分型面、膠位面、碰穿面等，這些曲面的結(jié)構(gòu)各不相同，實體兩側(cè)和4個支撐柱處也是圓弧面，實體的分型面和上表面為平面，對于這些不同結(jié)構(gòu)的曲面，必須采用不同的加工工藝，因此在編寫程序時應(yīng)采用不同的加工刀路。

（1）加工膠位面。編寫實體膠位面刀路時，應(yīng)按圖紙的技術(shù)要求對其進行加工，實體上有4個支撐柱，為了使4個支撐柱的曲面獨立，應(yīng)對支撐柱的膠位曲面單獨設(shè)計刀路。零件的圓弧曲面與分型面之間的曲面為斜度曲面，所設(shè)計的刀路與圓弧曲面的刀路有不同，其中圓弧曲面采用平行刀路（所用刀具為φ8R4的鎢鋼刀），如圖6（a）所示，斜曲面采用等高刀路（所用刀具為φ20R0.8的刀粒刀），如圖6（b）所示，零件上表面和分型面為平面，采用平面銑削刀路（所用刀具為φ20R0.8的刀粒刀），如圖6（c）所示。

圖6   精加工刀路

（2）加工4個支撐柱孔位。零件膠位面的4個角位處各有1個支撐腳，其內(nèi)部有1個圓柱形的凹坑，需用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進行切削，由于其側(cè)壁的斜面具有斜度（斜度為2°），所用的切削工藝為等高銑削，刀路如圖7所示。

圖7   精加工支撐腳圓孔的刀路

（3）加工分型面。零件的中間位置有1個圓孔，尺寸為φ20 mm×30 mm，由于其側(cè)壁具有2°的斜度，且為膠位面，用線切割加工底孔后，再用加工中心加工側(cè)壁膠位面，需用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進行切削，所用的切削工藝為等高銑削，刀路如圖8所示。

圖8   加工分型面的刀路

（4）加工4個圓弧角。零件的4個角為圓弧角，需要加工中心進行加工，所用的切削工藝為等高外形加工，所使用的刀具為φ20R0.8的刀粒刀，刀路如圖9所示。

圖9   加工圓弧角的刀路

（5）仿真模擬。當數(shù)控銑削刀路編寫完成后，還需要進行刀路仿真，通過仿真模擬檢查數(shù)控銑削是否存在刀路過切或在加工過程中撞刀等故障，對于出現(xiàn)的過切或撞刀等的刀路，應(yīng)對數(shù)控程序進行檢查，找出原因，并對其進行修改，再重復(fù)仿真模擬，直到不發(fā)生過切或撞刀為止。

6 實際應(yīng)用

在粗加工過程中，由于刀具的切削量較大，刀具容易磨損或發(fā)生崩角現(xiàn)象，此時操作工應(yīng)注意當?shù)毒甙l(fā)生異常情況時，需更換新刀具，確保刀具能正常切削。在精加工過程中，受機床精度、刀具磨損的影響，不同刀路之間不能較好地接順，并且不同位置的粗糙度也不同，此時需要操作工對零件表面進行拋光，才能使零件表面粗糙度達到要求。