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hyperMILL：把“神棍”拉下神壇——整體式KN95熔（róng）接齒模的編程（chéng）與優化

2020-6-15 來源（yuán）：-- 作者：-

摘要：熔接齒（chǐ）模是（shì）各類全自動和半自動口罩機的核心零部件，一度被譽名為“神（shén）輥”。本文基於OPEN MIND公司hyperMILL軟件的加工功（gōng）能，針對整體（tǐ）式（shì）KN95口罩熔接齒因結構複雜而導致數（shù）控編程和加工難度大的特點，實（shí）現數控加工編程及加工工藝（yì）優化的（de）過程。本文（wén）通過軟件中五軸形狀（zhuàng）偏置和五軸輪廓加工指令，為解決熔接齒模在（zài）加工過程中加工空間狹窄，切削刀具（jù）小，刀具壽命短，其（qí）他軟件（jiàn）程（chéng）序抬刀、跳刀（dāo）、空刀過多導致加工效率低下的問（wèn）題（tí）提（tí）供（gòng）了一（yī）些解決方法與實用技術。結果表明hyperMILL軟件可以簡化編程的過程，提高編程和加工的效（xiào）率，充分發揮多軸數控加工的技術（shù）優勢，幫（bāng）助數控加工企業充分（fèn）利用現有設備，快速應對市場變化，並為（wéi）其它同類複雜零件的編程加工提供（gòng）了重要依據。

口罩熔接齒模是各類（lèi）全自動和半自動口罩機的核心零部件。該模具的加工質量對於口罩（zhào）在加工成型的生產過程中有著非常大（dà）的影響，稍有（yǒu）偏（piān）差口罩便麵臨著切不斷，邊緣有毛邊甚至出現刀口崩裂的狀況。該模具也因結構特（tè）殊，加（jiā）工精度要求高，數控編程複雜和加工難度大（dà）等特點一度（dù）也譽名為“神輥”。如何（hé）快速（sù）準（zhǔn）確的實現數控加工編程和加工工藝優化，提高加工精度（dù）及加工效率成（chéng）為該產品加（jiā）工的關鍵（jiàn）。

hyperMILL是德國OPEN MIND 公司的一款CAM軟件，其軟件中的五軸形狀偏置和五軸輪廓加工指令，為熔接齒模在加工過程中因加工（gōng）空間（jiān）狹窄，切削刀具小（xiǎo），刀（dāo）具壽命（mìng）短，其他軟件程序抬刀、跳刀、空刀過多導致加工（gōng）效率（lǜ）低下的問題提供了（le）一（yī）些解決方法與（yǔ）實用技術。

整體式KN95熔接齒模（mó）模型

熔接齒模是打片機上最為（wéi）主（zhǔ）要部件之一，用於熔（róng）切無（wú）紡布。熔（róng）接齒模最為主要的（de）位置由壓花齒、切刀口和送料齒三部分組成，其中壓花齒與切刀口保證口（kǒu）罩的壓印與切斷，兩側送料齒保證無紡布的（de）輸送。工（gōng）作時熔接齒模呈軸向旋轉運動，通過超（chāo）聲波超聲振動原理對多層（céng）無紡布（bù）進行熱（rè）熔與切削。本文所研究的熔接（jiē）齒模是整體式KN95口罩熔接齒模，如圖1所示。

圖1 整體式KN95熔接齒模及其主要結構（gòu）

整體式KN95熔接齒模的外形尺寸如圖2所示。該模型為一出一熔切一體式熔接齒模，模具總長285mm，最大外徑（jìng）Φ79，切刀口角度為60°，壓花齒與送料齒數分（fèn）別為380、120個，間距為1mm。

圖2 整體式KN95熔接齒模外形尺（chǐ）寸圖

整體式KN95口罩熔接齒模結構（gòu）複（fù）雜，加工難度大，其數控編程和加工的難點主要有以下幾點：

（1）壓花齒與送料齒間距（jù）小，加工效率低、易斷刀；

（2）切刀口處要求寬度（dù）均勻，一般控製在0.1mm~0.3mm，並保證刃肩光順，因（yīn）與壓花齒距離較近，隻能選用（yòng）小刀進行粗、精加工，效率低下，加工效果不佳；

（3）壓花、送料齒（chǐ）與切刀口存在（zài）一定量（liàng）落差，落差若不同軸（zhóu）則造成口罩壓花印高低，將直接對模具使用產生影響。

KN95熔接（jiē）齒模數控編程

hyperMILL是集成化NC編程的CAD/CAM軟件［1］，其多軸（zhóu）模塊為熔（róng）接齒模（mó）提供了高效可靠的編程與加工方案。與其它加工軟件相比編程效率高，自帶的加工仿真模塊可檢（jiǎn）驗程序的（de）正確性。

2.1 刀具與加工參數選擇

選擇合（hé）適（shì）的刀具和刀具（jù）類型不僅可以保證加工效率，而且能夠（gòu）滿足（zú）零件的（de）加工質量。刀具的（de）選擇需要充分考慮工件的形狀、材料、加工效率和精度等各個方麵的因（yīn）素［2］。KN95熔接齒模加工刀（dāo）具的（de）選取可遵（zūn）循以下原則（zé）：

（1）粗加（jiā）工時，在條（tiáo）件允許的情（qíng）況下應選擇直徑較大的平底銑刀，以提（tí）升加工效率；

（2）熔接齒間間距較小（xiǎo），但（dàn）加工（gōng）深度較淺，應選擇直徑較小（xiǎo）的立銑刀或角度刀；

（3）切（qiē）刀口是整個（gè）模型的（de）關鍵點之（zhī）一，且切刀口要求較高，可選擇較小的R角刀或者帶角度的（de）成型銑刀。

根據整體式KN95口罩熔接齒模的尺寸、材（cái）料等，選擇立銑（xǐ）刀、成型刀（dāo）分別完成各個加工工序。所選刀具的參數如表1所示。

表1 加工中選（xuǎn）用刀具（jù）的參數

2.2整體式KN95熔接齒（chǐ）模加工工序及加工參數確（què）定

根據所用毛坯的形狀以（yǐ）及整體式KN95熔接齒（chǐ）模的（de）結構特（tè）點，將其加工（gōng）工序分為整體粗（cū）加工、清角加工、底麵精加工、送料齒精加工、壓花齒精加（jiā）工、切刀（dāo）口精加工。各加工工序所用刀具以及加工（gōng）參數如（rú）表（biǎo）2所示。

表2 各加（jiā）工工序使用（yòng）的刀具以及參數

2.3數（shù）控編程

2.3.1 粗加工

粗（cū）銑加工完成了熔接齒模主要加工餘量的去除和後（hòu）續加工餘量的均勻（yún）化。因此，要求粗（cū）加工（gōng）具有較高的加工（gōng）效率，在保證不發生幹涉且盡可能多的前提下盡可能選擇直徑大的（de）銑刀，以保證加工效率［1］。在hyperMILL軟件（jiàn）上建立圓柱（zhù）驅動麵並法向與驅動麵進行加（jiā）工。最大橫向步距設置2mm，垂直步距0.4mm。底麵與側麵餘量均為0.15mm。生（shēng）成（chéng）刀具路徑如圖3所示。

圖3 整體粗（cū）加工刀具路徑

2.3.2 清角與二次清角

整體式KN95熔接齒（chǐ）模輪廓島嶼眾多，較為複雜，粗加工後因刀（dāo）具直徑原因（yīn）無法保證側麵（miàn）餘（yú）量均勻化，因此需（xū）清角。直接選用D2平底立銑刀進行整體清角時（shí）效率低下，為此采用D4、D2平底立銑刀進行清角與二次清角，保證零件側麵（miàn）餘量均勻。最大橫向步距設置1.2mm，垂直步距0.08mm，底麵與側麵（miàn）餘量均為（wéi）0.15mm。

在hyperMILL軟（ruǎn）件中使用“五（wǔ）軸形狀（zhuàng）偏置精加工”設置“清角模式”參考刀具為7.5、3.8，加工選項為“側壁”進行零件整體清角。兩（liǎng）次整體清角的刀具路徑（jìng）如圖4所示。

圖4整體清角加工刀具路徑

2.3.3 底麵精加工

整（zhěng）體式KN95熔（róng）接齒模（mó）齒底麵（miàn）加（jiā）工要求並不高，在整個模具的運行中屬於避空麵。但壓花、送料齒頂麵要求較高，在使用過程中（zhōng）與無（wú）紡（fǎng）布存在直接接觸，其與切（qiē）刀口頂麵存在落差，一（yī）般控製與0.15mm~0.2mm之間，若落差不均勻（yún），則直接影響這個模具的使用，為保證齒麵與切刀口的落差，在該工序運（yùn）行前需再次驗證模具在（zài）機床上（shàng）是否位於同軸。為保證加工質量（liàng），加工底麵時對零件側麵留有0.15餘量（liàng），行距不宜過大，可選擇D4的銑刀進行齒底、齒頂表麵精加工。齒底、齒頂表（biǎo）麵精加工刀具路徑如圖5所示

圖5齒頂與齒底加工刀具路（lù）徑

2.3.4 壓花齒、送料齒精加工

壓花齒呈環（huán）繞形纏繞於整體式KN95熔接齒模表麵，起（qǐ）到壓印的作用，數量較多。送料齒在整體式（shì）KN95熔接齒模上可壓花齒平齊或稍（shāo）高於壓花齒麵，為更好（hǎo）的保證送料齒（chǐ）的輸送作用（yòng），可與切刀口均采用外圓磨床磨削。

壓花齒、送料齒齒間（jiān）距較窄，數量較多，對側壁的表麵（miàn）要求不高，可選擇D1平底立銑刀采（cǎi）用“五軸形（xíng）狀偏置（zhì）粗加工”進行加工，該位置刀路拐角較多，采用刀具路徑倒圓角進行光順過渡。最大橫向步距設置0.4mm，垂直步距0.05mm，底麵與側麵餘量無。壓花、送（sòng）料齒（chǐ）精加工刀（dāo）具路徑如圖6所示。

圖6送料齒精加工刀具路徑

2.3.5 切刀口精加工

切刀口是熔接齒模加工要求最高的部位（wèi），起到切斷（duàn）無紡布的（de）功能，加工（gōng）要求高，若無法保證切刀（dāo）口寬度，在使用時易發生毛邊、局部未切斷等情（qíng）況。可選擇D1R0.2 R角刀采用hyperMILL軟件中“五軸形狀（zhuàng）偏置精加工（gōng）”進行螺（luó）旋環繞（rào）式加工。因在熔接齒模的使用中（zhōng）對（duì）切刀口側壁表麵質量要求較（jiào）高，因此軸向進給（gěi）設置為0.03，以保證表麵（miàn）粗糙度。切刀口加工路徑如圖7所示

圖7切（qiē）刀口加工刀具路徑

2.3.6 加工仿（fǎng）真與後處理

利（lì）用hyperMILL的內部機床或模擬功能進行仿真模擬［3］，整個過程未發現幹涉、漏切，仿真結果如圖（tú）8所示。使（shǐ）用加工中心的操作係統為牧野V33i立式四軸（zhóu）加工中心，刀具路（lù）徑經過後處理器處理生成.nc格式的NC文件。

圖8 加工仿真效果

程序優化

3.1 壓花齒程序（xù）優（yōu）化

壓花齒數量眾多，一般在400個齒左右，使用“五軸形狀偏置精加工”效（xiào）率低（dī）下、刀具壽命（mìng）低（dī）下，且跳刀較多。優化（huà）後利用hyperCAD-S軟件進行軌跡輪廓線構建，再采（cǎi）用“五軸輪廓加（jiā）工”，以走輪廓線上的方式進（jìn）行程序編寫，生（shēng）成刀路軌跡有以下優（yōu）點：

（1）跳刀（dāo）少，基本無（wú）空刀；

（2）刀具壽命（mìng）長；

（3）加工效率提升三倍以上。

壓花齒優化前後刀具路徑（jìng）如圖9所示。

圖9壓花齒（chǐ）優化前後刀具路（lù）徑

3.2 送料齒程序優化

送料齒一（yī）般呈環繞形均（jun1）勻附著於熔接齒模（mó）表麵，起到輸送（sòng）布料的作用，其數量多、間距小，使用“五軸形（xíng）狀偏置粗加工”加工效率低，且刀具壽命短。優化後（hòu）采用“五軸輪廓加工”編寫一齒，使用轉換功能進行圓（yuán）形陣列並（bìng）連結工單。該加工（gōng）方案刀路整潔清晰，最大程度的簡化（huà）了刀具路徑。送料齒優化（huà）前後刀（dāo）具路徑如（rú）圖（tú）10所示。

圖10送料齒優（yōu）化前後刀（dāo）具路徑

3.3 切刀口程序優化

在加工切刀口時，一般使用“五軸形狀偏置精加工”呈（chéng）環繞形加工， R角刀（dāo）分層切削效率低下，且表麵效果不佳。優化後采用“五（wǔ）軸輪廓加工（gōng）”使用（yòng）成型刀分（fèn）層加工，大大的提升（shēng）了加工效率與表麵質量。切刀口優化前後刀具（jù）路徑如圖11所示。

圖11切刀口優化前後刀具路徑

結論

整體式KN95熔接齒模對製造要（yào）求的水平較高，且（qiě）加工時間（jiān）加長，製造質量對熔接齒模的性能、使用壽命（mìng）及應用效果有著重（chóng）要的影響，因此要製造出一款優異的（de）產（chǎn）品，不僅要有良好的製造方法，還要有良好的工藝作保證。

參考文獻(References):

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（來源：杭州蕭（xiāo）山技師學院；作者：沈梁、崔凱（kǎi）冬、尹耀、張慶明）

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