模具型腔零件數控加（jiā）工工藝的設（shè）計-數控機床（chuáng）市場網

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模具型腔零件數控加工工藝的設計

2019-1-18 來源：江蘇建築職業技術學院（yuàn）徐州市模具新技術（shù）作者：黃繼戰康力範玉李憲軍陳（chén）波濤

摘要：在模具型腔零件工藝分析的基礎（chǔ）上，設計了兩種工藝方案，經分析、比（bǐ）較，選（xuǎn）擇了基於工序集中的工藝方（fāng）案，詳細設（shè）計了加工工序及走刀路線。結（jié）果（guǒ）表明，該加工工藝正（zhèng）確、合（hé）理，可有效（xiào）縮短零件加工時間（jiān），保（bǎo）證加工質量（liàng），這對模具型腔類零件的數控銑削加工具有一定的（de）參考價值。

關鍵詞：模具（jù）型腔；數控（kòng）銑削；工藝方案；走刀路線（xiàn）

0 引言

數控加工技術在機械製造企業應用日益廣泛，逐漸成（chéng）為機械零件加工的主要（yào）方法。立式數控銑床是數控機床的一種，加上（shàng）刀庫和換刀裝置即可構（gòu）成加工中心，在實際生產中占有重要的地位，尤其在模具製造企業更為突出。

數控編程是數控機床（chuáng）加工的關鍵環節，編程質量的優劣直接（jiē）決定零件的加工精（jīng）度、加工效率和加工成本（běn），而編程質量的好（hǎo）壞（huài）決定於（yú）數控加工工藝。因此（cǐ），文中以模具型（xíng）腔零件為載體，進行型腔（qiāng）零件（jiàn）的（de）工藝設（shè）計、程序編（biān）製和切削加工，對型腔類零件的數控（kòng）銑削工藝設計具（jù）有一定的借鑒意（yì）義。

1 、模（mó）具型腔零件工藝分析

某型腔零件（jiàn）如（rú）圖1所示，毛坯長×寬×高為100 mm×100 mm×25 mm，生（shēng）產批量為（wéi）單件，技術要求如下：1）其餘表（biǎo）麵粗糙度為Ra3.2 μm；2）未注圓角R3~R5，去毛刺。由圖1可知，該零件為型腔類零件，主要由平（píng）麵、曲線輪廓、凸台及孔結構組（zǔ）成，結構較為複雜，由於為單件生產，故較適合采用立式（shì）銑床加工。

零件（jiàn）工藝分析如（rú）下：1）型腔內輪廓尺寸80±0.02，精度要求較高，需（xū）要粗加工、精加工。2）橢圓凸台外輪廓是數控銑削加工編程的難點，也需要（yào）粗加（jiā）工和精加工，同（tóng）時，編程需（xū）要采（cǎi）用高級（jí）編程手段宏程序或自動編程，橢（tuǒ）圓凸台頂麵采用粗加工、精加工合二為一，以節省加（jiā）工時間。3）尺寸25+0.02（次方）的孔加工精度要（yào）求（qiú）高，傳統加工采用中心鑽鑽底孔、鑽小孔、粗鏜（táng）和精鏜孔的加工方案，為減少刀具換刀次（cì）數（shù），提（tí）高加工效率（lǜ），充分發揮數控機（jī）床的優勢，確定該孔25+0.02 （次方）精加工可采用（yòng）以銑代鏜的（de）新方法，即確定該高（gāo）精度孔 25+0.02 （次方）的加工方案為（wéi）中心鑽（zuàn）孔→鑽孔→擴孔→精銑該孔。4）2－10+0.022 （次（cì）方）通孔的（de）精度要求非常高，需要逐步加工到位，因此（cǐ）確定采用中心鑽鑽底孔→鑽孔→鉸孔的加工方案；兩角落上（shàng）的（de）沉孔18先采用中心鑽鑽底（dǐ）孔，最後采用銑削加工的加工方法完成沉孔的加工。5）型腔內兩角落菱形槽由於加工精度（dù）要求不高（gāo），在滿足加工精度要求的前提下（xià），確定采用粗加工→精銑切削的加工方案。6）該零件材料為45鋼，為中碳鋼，切削加工性能好，適合切削加工。

2 、工（gōng）藝方案的（de）確定

在（zài）上述圖樣有關分析基礎（chǔ）上，即可擬定該型（xíng）腔零件的工藝（yì）方案，主要包括定位基準的選擇（zé）、粗、精加工階段的劃分、工序的分散與集中等內容。本設計確定以下2種工藝方案。

2.1 加（jiā）工工藝方案一

1）下料。長寬高尺寸為95 mm×95 mm ×25 mm。2）銑（xǐ）側邊。普通銑床銑（xǐ）削95 mm ×95 mm ×25 mm長方體至長寬高為90 mm ×90 mm ×25 mm，滿足對邊平行，鄰邊垂。3）銑頂麵、底麵。普通銑床銑平頂麵，後銑（xǐ）削底麵保證高度尺寸（cùn）為20 mm。4）鑽中心（xīn）孔（kǒng）、鑽孔。使（shǐ）用（yòng）鑽（zuàn）床在3個孔位（wèi）置上鑽中（zhōng）心孔（kǒng）、鑽9.8孔。5）擴孔（kǒng）25+0.02（次方）。使用鑽（zuàn）床擴孔（kǒng）尺寸至20。6）型腔粗加（jiā）工。采用普通銑床粗（cū）加工。7）型腔（qiāng）精加工。用數控銑床精加工方形型腔、橢圓島（dǎo）嶼輪廓及頂麵的加工，以及銑孔18。8）銑菱形槽。采用數（shù）控銑床銑兩菱形槽。9）銑25+0.02（次方）孔。采用（yòng）銑床精銑25+0.02（次方）孔。10）鉸2－10+0.022（次方（fāng））孔。手工鉸孔。11）去毛刺。12）零件質量檢測。

2.2 加工工藝方案二

1）下（xià）料（liào）。毛坯尺寸為95 mm ×95 mm ×25 mm。2）銑六麵。使用立式數控銑（xǐ）床將毛坯尺寸（cùn）加工至（zhì）90 mm ×90mm ×20 mm，加工內容包（bāo）括銑（xǐ）削長方體毛（máo）坯4個側麵和上（shàng）、下底麵。3）鑽、擴孔。采用立式數控銑床，在型腔（qiāng）零件頂（dǐng）麵3個位置上鑽中心孔、鑽3-9.8孔，並（bìng）擴25+0.02（次方）孔，將（jiāng）其直徑尺（chǐ）寸由9.8擴至20。4）型腔、橢圓凸台和孔加工。

采用立式銑床粗精加工型腔（qiāng）內輪廓（kuò）、橢圓凸台輪（lún）廓，並加工橢圓凸台頂麵。以銑代（dài）鏜采用銑床使用立銑刀精銑25+0.02（次方）孔。5）鉸孔。采用（yòng）立式銑床，使用鉸刀鉸削2－10+0.022（次方）孔；6）銑沉孔及菱形槽。使用立式（shì）銑床銑加工直徑尺寸18沉孔和兩菱形槽。7）去毛（máo）刺、質量檢測。

上述工藝方案一工藝路線長，劃分工序時采用了工序分散的原則；工藝方案（àn）二工藝路線短，采用了工序集中的（de）原則，且基（jī）本上以刀（dāo）具為單位劃分工序，以縮短換刀次數。考慮該（gāi）零件為單件生產，比較適合采用（yòng）工序集中的原則，同（tóng）時要減少（shǎo）輔助換刀時間，因此，本設計確定采用工藝方案二。

3 、加工工序的設計

3.1 加工設備選擇

根據零件毛坯長寬高尺寸90 mm ×90 mm ×25 mm以及數控車間設備的現狀，數控車間立（lì）式數控銑床（chuáng）型號為VM600，該零件的尺寸加工（gōng）範圍完全在機床的工作行程範圍內，滿足要求，確定選擇數控（kòng）車間VM600型號數控銑床。

3.2 夾具選擇

夾具分為通用夾具（jù）和專用夾具，專（zhuān）用夾具適合大批（pī）大量生產，該零件為（wéi）單（dān）件生產，且主體形狀為規則的（de）長方體，故選擇平口虎鉗。

3.3 刀具（jù）選擇

根據各道工序的加工表麵形狀、工件材料和機床，刀具材料選高速鋼，各工序刀具選擇如下（xià）：1）銑（xǐ）六麵。側（cè）麵加（jiā）工選用直徑為16 mm的鍵槽銑刀，平麵加工刀具一般選用（yòng）端銑刀、立銑刀進行（háng）加工，考慮到該工件上、下底麵加工麵積小和減少換（huàn）刀次數，也（yě）選用直徑為16 mm的鍵槽銑刀。2）鑽、擴孔。鑽底孔選擇（zé）直（zhí）徑3mm的中心鑽，擴孔選擇直徑9.8和20直柄（bǐng）鑽頭。3）銑型腔、橢圓凸台及25+0.02（次方）孔。型腔圓角半徑為R10，選擇（zé）刀具（jù）半徑值要小於R10，根據刀庫現有刀具情（qíng）況和粗精加工合一，確（què）定（dìng）選（xuǎn）擇半R8的兩刃鍵槽銑刀。4）鉸孔。選（xuǎn）擇直徑為10 mm鉸刀。5）銑沉孔18及菱形槽。選擇直徑為8 mm的鍵槽銑刀。

綜合上述，共（gòng）選（xuǎn）擇6把刀具：中心鑽3、9.8和20直柄鑽頭、16槽刀、8槽刀、10鉸刀。

3.4 切（qiē）削用量的選擇

根據切削用量的選擇原則，銑刀切削用量選擇步驟如下：首先確定切削深（shēn）度；其次，根據刀具材料和工件材料查手冊得切削速度Vc，將Vc代入式（1）即可計（jì）算出編程所需的主軸轉速。

根據以（yǐ）上切（qiē）削用量的選擇步驟或生產經驗，確定的各工序（xù）切削用量結果如下。1）銑六麵。銑削4個側（cè）麵切削用量：切削深度約5 mm，主軸轉速500 r/min，進給（gěi）速度70 mm/min；銑削下麵切削用量：切削深度約（yuē）1 mm，主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）速500 r/min，進給速度60mm/min；銑削頂（dǐng）麵切削用（yòng）量：切削深度約（yuē）4 mm，主軸轉速550 r/min，進給速度50 mm/min，保證工件高度（dù）。2）鑽、擴孔。鑽3-3中心孔（kǒng），切削深度（dù）2 mm，主軸轉速（sù）1600 r/min，進給速度35 mm/min；鑽3-9.8孔，切削深度約4.9 mm，主（zhǔ）軸轉速750 r/min，進給（gěi）速度40 mm/min；擴孔20孔，切（qiē）削深度（dù）約5.1 mm，主軸（zhóu）轉速500 r/min，進給（gěi）速度30 mm/min。3）銑型腔、橢圓凸台及25+0.02（次方）孔。型腔、橢圓凸台粗銑切削用量（liàng）。切（qiē）削深度約4 mm，主軸轉速500 r/min，進給速度60 mm/min；型腔、橢圓凸台精銑切削用量：切削（xuē）深度約0.5 mm，主軸轉速650 r/min，進給速度50 mm/min。25+0.02（次方）孔精銑（xǐ）切削用量（liàng）：每次切削深度4 mm，主軸轉速650 r/min，進給速度40 mm/min。4）鉸孔。鉸孔切削用量：切削深度0.1 mm，主軸轉速180 r/min，進給速度20 mm/min。5）銑兩圓角（jiǎo）菱形槽及（jí）18沉孔。銑兩圓（yuán）角菱形（xíng）槽切削（xuē）用量：切削深度2 mm，主（zhǔ）軸轉速800 r/min，進給速度40mm/min；銑18沉孔切削用量：切削深度4 mm，主軸轉速600 r/min，進給速度40 mm/min。

4、走刀路線（xiàn）的設計

走刀路線（xiàn）設（shè）計是加工工藝（yì）的進（jìn）一步細（xì）化，是數控加工（gōng）工藝的（de）關鍵（jiàn）工（gōng）作之一，關係到數控編程質量、機床加工（gōng）效率和零件的加工質量。這裏僅介紹型腔內輪廓、斜橢圓凸台輪廓走刀路線設計，其他工序走刀（dāo）路線不再贅述。型腔（qiāng）加工分為區（qū）域（yù）餘量加工和內輪廓加工，由於本（běn）工件型（xíng）腔不大，在加工內（nèi）輪廓和橢圓凸台粗加工時即可把區域加工餘量去掉，橢圓凸（tū）台頂麵采用手動操作加工（gōng），所以，區域餘量去除和橢圓凸台頂麵不再單獨編製加工程序。

為了簡化程序編製，編製型腔內輪（lún）廓和橢圓島嶼外輪廓的粗精加工程序（xù）采用刀具半徑補償功能，粗精加工僅需改變刀具補償值設置即（jí）可。輪廓走刀路線的組成為刀具（jù）切入切出路（lù）徑（jìng）和零件（jiàn）輪廓，重點是切入切出（chū）路徑的設計，切入切出路徑一般有徑向（xiàng）切入切出、切向切入切和混合切入切出，考慮零件輪廓加工精度和簡化編程，此處（chù）設計選擇徑向切入切出路徑。

刀具銑削輪廓（kuò）側麵切削方式分為順銑和逆銑，一般粗加工和硬皮材料選擇逆銑，精加工選（xuǎn）擇順銑切削方式（shì）。為粗精加工能使用（yòng）同一個加工程（chéng）序，本設計粗、精加工均選擇順銑切（qiē）削方式，對應的刀具半徑補（bǔ）償指令為G41指令，使用G41指令作刀具半徑補償時，加工型腔內輪廓刀具軌跡為（wéi）逆時針方（fāng）向（xiàng），加工斜（xié）橢圓凸台刀具（jù）軌跡為順時針方向。

綜（zōng）上所述，設計的型腔內輪廓、斜橢圓凸台外輪廓走刀路線如圖2所示，即（jí）方形型腔內輪廓走刀路線為A1→A2→A3→A4→A5→A6→A2→A1，斜橢圓凸（tū）台（tái）外輪廓走刀路線為（wéi）E

1→E2→E2→E1。

5 、結語

在模具型腔零件工藝設計的基礎上，將編製的加工程序錄入數控銑床調試，並進行了試（shì）切削。結果表明，該工（gōng）藝方案（àn）正確、合理，可有（yǒu）效縮短零件加（jiā）工時間，保證加工質量，對模具型腔類零件的數控銑削加工具有一定的借鑒意（yì）義。

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