李敏
（深圳技师学院，广东深圳518100）
摘要：对具有复杂曲面的模具型腔进行数控编程，依据零件的材料、形状和加工精度，合理运用平面轮廓加工、曲面加工、型腔加工等方式，制定详细的数控加工工艺，并使用数控编程软件选择合适的加工路线及优化切削用量，提高复杂模具加工的质量和效率。
关键词：模具型腔；数控编程；加工工艺；切削用量
中图分类号:TH16;TQ320文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）06-0129-03 Programming and Process Strategy for Complex Mold Cavity Machining
LI Min
(Shenzhen Institute of Technology,Shenzhen518100,China)
Abstract:NC programming for mold cavity with complex surfaces is presented in this paper.According
to the material, shape and processing precision of parts,the detailed NC processing technology is formulated by using plane contour processing,surface processing and cavity processing.To improve the quality and efficiency of complex die processing,NC programming software is used to select suitable processing routes and optimize cutting parameters.
Keywords:mold cavity;NC programming;processing technology;cutting parameters安全监控
0引言
随着社会工业化的不断发展，大型化、高精密、高复杂度的模具在模具行业中的应用愈加广泛，对模具的设计与制造也提出了更高的要求。而数字化模具制造技术采用数字信息来设计与制造模具，通过建立强大的数据库系统，精确定量地控制模具制造过程，能够进行完美的数字化描述，在设计过程中将不再采用仅适用于简单结构部件的手工编程，而是使用能够自动编程的数控编程软件来完成模具的数字化加工。
模具数控编程是模具加工的核心，大概占用了模具CNC加工的1/3时间。它不要求设计人员精通各个方面的知识，在操作时只需要输入机床类型、加工对象的材料属性、零件图形、制造精度要求、各种工艺参数等数字信息，经过计算机系统的仿真、优化，直至制造加工，最终得到符合用户要求的产品。数控自动编程能够适应结构复杂的模具零件，形式自由，应用灵活，可以大大减少编写加工程序的时
间，推进了数控编程领域的蓬勃发展[1]。
一款优秀的数控编程软件，不仅可以为设计人员提供多个加工策略，而且能够优化切削参数和刀具轨迹，使生成的加工路径更加合理，从而提高模具的加工质量和企业生产效率。
1模具型腔图样分析
复杂模具型腔如图1所示，模具整体尺寸为110 mm×110mm×30mm，需加工部分为内部六边形的型腔，而上下表面与四周外轮廓已加工完毕。在模具型腔中间有一个十字形的凸台，凸台顶部是半径为300mm的大弧面，凸台周围有均匀分布的4个椭圆形台，6个侧面是拔模角为5°的拔模面。整个型腔结构复杂，内部凹凸圆弧面较多，且各个凸台之
间的间隙较小。
2模具型腔加工
工艺分析
数控加工工艺
主要包括两个部
分：一是设计数控
加工工序，如工步
的划分、刀具的选
择、零件的定位与
夹具的选择、切削
用量的确定等；二
是调整数控加工工
序的程序，如对刀
点和换刀点的选
择、刀具的补偿、加工路线的确定[2]。工艺设计的好坏直接影响了数控加工的尺寸精度和表面精度、加工时间的长短、材料和人工的耗费，甚至直接影响加工的安全性。依据此模具型腔的复杂程度，将工序划分为粗加工、半精加工和精加工。
粗加工的主要目的是提高生产效率，尽快地去除毛坯材料，并留一定余量给后续工序。编制加工程序时应设置为对毛坯连续切削，以防刀具因频繁切入切出而被损坏。粗加工时一般选择立铣刀加工零件，立铣刀的圆柱面和端面均有切削刃，切削效率较高。而铣刀半径应小于零件型腔的最小半径[3]。因此，粗加工选用刀具是直径为10 mm的硬质合金平铣刀。考虑模具材料为3Cr2NiMo，数控机床主轴转速为3000r/min，进给速度为500mm/min。
5°R300R2R1
129
网址：www.jxgcs电邮：hrbengineer@1632019年第6期
半精加工一般用于尺寸精度较高的零件，作为中间过渡工序，切削后可给精加工留下较小的加工余量。通常半精加工留的侧面余量是0.1mm，底面余量也是0.1mm。鉴于型腔凸台之间最窄处的距离为6.8mm，半精加工采用直径为6mm的平铣刀，主轴转速为4500r/min，进给速度为350mm/min。
精加工是最后的切削加工，关系着模具产品的加工质量，零件加工时不同的精加工路线会产生不同的精度效果。理论上来说，精加工步距越小，加工出来的表面质量就越佳，但是加工时间也越长[4]。因此，精加工时应把握好加工质量与加工效益的关系，可选取刀具直径为6mm的平铣刀，主轴转速为5000r/min，进给速度为250 mm/min。
辊道窑
加工十字形凸台圆弧面时，采用固定轮廓铣的加工策略，模式为区域铣削，并选取直径6mm的球形铣刀。
对于带拔模角的六边形型腔侧面及椭圆凸台侧面，由于拔模角比较小，属于陡峭面，故采用深度加工轮廓。在选择切削区域时，要把型腔底面也选上，加工轨迹较好。为了提高刀具的使用效率，应选取直径为6mm的球形铣刀加工各处侧面，
清根是模具加工常用的加工工序，主要是切掉前面工序未去除的余量，一般用在两个方面：一是为了给后续较小的刀具提供一个好的加工环境，避免小刀在经过零件拐角处时切削量过大，损伤刀具；二是用在精加工之后，提高加工速度及加工出图样要求的圆角[5]。考虑各处侧面与底面的连接圆弧半径较小，故采用单刀路清根的策略，选取与连接圆弧一致的球形铣刀加工到位。模具型腔加工工序表见表1。
3数控编程参数设置
确定加工工艺后，需依据加工策略在UG数控编程软件中做进一步的参数设置，在保证加工质量的同时控制好加工时间，最终生成刀路轨迹。
粗加工时，设置型腔铣为加工策略。型腔加工过程一般是先用平铣刀用行切或环切法铣削余量，再沿
着型腔侧壁和底面走刀。如果底面要求的表面粗糙度不高，深度可一步加工到位，而侧壁通常要留出精加工余量。为避免刀具损伤，封闭区域进刀类型为螺旋，切入斜坡角为1.5毅，区域排序选“优化”。选择“MILL_ROUGH”为加工方法，内外公差为0.03mm，切削模式是跟随周边，切削顺序为深度优先，侧面余量0.5mm，底面余量为0.1mm。步距为刀
具直径的50%，最大切削
深度是2mm，加工参数设
置如图2所示。
在进行半精加工策略
的设置时，作为一个过渡骨刺消痛膏
工步，半精加工完毕时，应
用卡尺测量工件尺寸，以
调整留给精加工的余
编程时空间范围处理中
的工件选择“使用3D”，这
样可以在上一步粗加工
的基础上进一步优化加
工路线。最大切削深度设
为1mm。
铸造工艺流程
在设置深度加工轮廓
铣削用于精加工时，需要把圆槽底面也选上。如果凹槽侧壁用轮廓区域时，侧壁和下面圆角要分开，加工质量可能较差。选择“MILL_FINISH”为加工方法，内外公差为0.01mm，在所有圆弧上调整进给率。拐角处的刀轨形状设为所有刀路光顺。
十字形凸台顶部的曲面采用轮廓区域铣的加工策略，驱动方法选“区域铣削”，方法选取“MILL_FINISH”，进刀类型为圆弧-平行于刀轴，步距设为0.1mm。为确保曲面边缘加工到位，在边上延伸0.5mm的刀轨，并选择“优化刀轨”。
所有工序设置完毕，得到的加工程序如图3所示，加工仿真结果如图4所示。
根据生成的刀路轨迹，点击“后处理”，再选择处理器“MILL_3_AXIS”，可生成各个工序的代码，见图5。
4结论活跃ip扫描器
在加工复杂模具
腔时，平面区域
廓区域的刀路轨迹比
疏松，有利于提高
加工的生产效率。而
有拔模角的陡峭区域
凸台圆弧曲面区域则
要设置比较密的刀路
迹，有利于减少加工
生的残留余量，提高
具型腔的加工质量。
对此模具型腔进行数控
表1数控加工工序表
工序内容刀具类型刀具规格/mm 主轴转速/ (r·min-1)
进给速度/
（mm·min-1）
型腔粗加工立铣刀ϕ103000800
型腔半精加工立铣刀ϕ64000500
型腔侧面精加工立铣刀ϕ65000300
凸台圆弧面球头刀R35000500
清根球头刀R26000300
图4型腔加工模拟仿真
说明：刀具材料为硬质合金。
（下转第133页）130
圆园员9年第6期网址：www.jxgcs电邮：hrbengineer@163
网址：www.jxgcs 电邮：hrbengineer@163 圆园员9年第6期
编程时，首先应了解图样的技术要求，再根据图样要求进行工艺分析，然后选择适当的数控加工策略，编写出最佳的加工程序，这样才能得到理想的零件加工质量和生产效率。
[参考文献]
[1]周其江.数控铣加工模具零件工艺改进分析[J].轻工科技,2013
(6):83-85.
[2]李艳霞.基于UG 的型腔铣削数控编程的应用技巧[J].机床与液
压,2010,38(20):127-129.
[3]
彭二宝，史亚贝.数控加工在模具编程中的典型应用实例[J].模
具技术,2010(5):46-50.[4]谢青云.基于UG 自动编程的模具零件数控铣削加工[J].机电工程技术,2016,45(4):15-17.
[5]
赵仕宇，詹艳然，潘玉成，等.基于Cimatron 的双轮机头前盖模具
设计与数控加工编程[J].装备制造技术,2012(4):41-43.
（责任编辑硬质合金模具
张立明）
作者简介：李敏（1982—），男，硕士，讲师，工程师，
研究方向为机械设计与制造。
收稿日期：2018-10-17
（上接第130页）
输出功率按曲线修正；而电动机位于海拔1000m 以下的区域无须修正输出功率，当海拔超过1000m 时电动机的输出功率同样需要按曲线修正。文中研究的雷达使用于环境温度-20~50℃，海拔不超过3000m 的区域。 根据不同风速下的雷达功率需求以及综合考虑电动
机的环境系数，分析如下：在风速为40m/s 时，系统需求功
率最大，达到9.5kW ；系统工作的环境温度为-20~50℃，
对于40~50℃的温度区间需要修正动力单元的功率；系统工作的海拔范围为不超过3000m ，在海拔1000~3000m 的海拔区域内同样需要修正动力单元的功率。
考虑恶劣环境下的功率修正，则驱动电动机功率应满足：
P 伊f 1×f 2≥9.5。（9）
式中:P 为驱动电动机额定输出功率；f 1为温度修正系数，
最高温度50℃时修正系数为0.87；f 2为海拔修正系数，
最高海拔3000m 处的修正系数为0.88。
由此可知驱动单元额定输出功率应不小于12.4kW 。安全系数选1.2，则选取动力单元额定输出功率为12.4×1.2=14.89kW ，选取额定功率为15kW 的动力单元。
上述功率选取为系统最恶劣工况下求得，在系统工
作生命周期内大部分时间的工况要好很多。
那么，需要做到既能兼顾最恶劣工况，又能兼顾经济性原则，
不至于选型过大。这里我们制定驱动策略如下：选用两套并联的驱动子单元作为整个驱动单元，在缓和工况下仅开启一套
驱动子单元，在恶劣工况下才将两套子单元同时开启。
具体策略如下：选用两套额定输出功率为7.5kW 的动力子单元并联，通过离合器实现两套子系统的动力的输出与脱离。
在风速20m/s 时，系统需求动力为5kW ，考虑温度和海拔修正后，最恶劣环境时需要功率为6.5kW 。故将20m/s 作为两个动力子单元同时工作的分界点。当风速小于
20m/s 时，采用一个动力子单元驱动，风速大于20m/s 后采用双单元联合驱动。
2.2传动比选取
根据上述的计算数据可以确定电动机参数，接下来需要为系统设计减速比，以实现天线最高15r/min 的转速。文中采取的传动方案为电动机输出动力通过电动机减速器降速增扭输出至传动轴轴端齿轮。该齿轮与回转支承啮合，带动天线实现方位转动。
选取的交流异步
电动机的额定输出转
速为1460r/min ，则实
现天线转速15r/min
的传动系统总减速比i 应小于97.3。可见前文初选总传动比为82符合条件。结合与电动
机匹配的电动机减速
机速比为27.58，则传动轴端齿轮与回转支承的减速比为3.04。通过合理设计传动轴端齿轮与回转支承齿轮便可实现该传动比。最终确定传动轴端齿轮齿数为27，回转支承齿数为80；传动系
统总传动比为27.58×82/27=81.7。结合前文所述，
列举出传动系统的基本参数，如表4所示。3结语
文中以某型雷达天线为研究对象，
进行雷达风负载、摩擦阻力及惯性负载的计算，得出雷达传动系统的总负载；通过对驱动功率的分析计算，选取合适的驱动电动机
参数；最终给出一套合理的传动系统驱动方案，
并给出电动机功率、减速比等传动系统的具体参数。
[参考文献]
[1]吴凤高.天线座结构设计[M].西安：西北电讯工程学院出版社,1986.
[2]叶尚辉，李在贵.天线结构设计[M].西安：西北电讯工程学院出版社,1986.[3]段颖辉.航管雷达天线座结构设计[J].电子机械工程,2010,26(5):24-27.
[4]
濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2001.
（责任编辑
邵明涛）
作者简介：董青（1985—），男，硕士，工程师，主要从事雷达传动系统
研究设计工作。
收稿日期:2018-11-21
1.11.00.90.8
0.70.6
1.11.0
0.90.8
0.70.6
表4电动机减速机主要参数参数数值
电动机个数2
电动机额定功率/kW
5.5总减速比81.7电动机减速机速比
27
传动轴端齿轮齿数27
回转支承齿数
82133
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议