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基於數控編程工藝的型腔加工效率與質量的研究

2019-5-24 來源：青島理工大學琴島學院作者：呂英傑，周燕，劉順紅

【摘要】研究粗加工（gōng）及（jí）精加工刀具選擇、模具零件的數控編程工藝，通過（guò）數控仿真進行加工時間的對比，確定出最優的數控編程工藝，從而實現模具加工效率的提升；通過對比刀具在不同的刀間距情況下殘高的具體數值（zhí），並（bìng）結合模具（jù）行業（yè）的加（jiā）工質量要求，確定出最優的（de）刀間距數值參（cān）數，實現加工質量和加工效率的最佳（jiā）融合。

關（guān）鍵詞：編程工藝；刀間距；加工效率；加工質量

1 引言

模具零件的（de）加（jiā）工（gōng）效率與加（jiā）工質量會受到數控編程工藝、編程切削參數（shù）、操作工技能水平、機床自身精度、刀具精度等多種因素（sù）的影響。其中，數控編程（chéng）工藝對加工效率的影響（xiǎng）、刀具刀間距對加工質量的影響最為關鍵。所以，在模（mó）具製造過程中，為了（le）更好地提高模具零（líng）件的加工效率和加工質量，就（jiù）需要對模具零件的數控編程工藝和編程參數中的（de）刀間距進行研究，找出最有效的解決方案。本文（wén）以洗衣機（jī）後控板模具型腔為例進行分析研究，如圖1所示（shì）。

2 、數控編（biān）程工藝及加工效率的研究

由於後控板塑件在洗衣機上為外觀件，表麵光潔度要求較高，所以在（zài）模具型腔加工製造過（guò）程中必須保證型腔（qiāng）尺寸的（de）公（gōng）差要求和表麵粗糙度要求。對於該模（mó）具型腔零件，從（cóng）內向外主要由以下幾部分構成：塑件型腔麵（miàn）、分型（xíng）麵（miàn）、排氣槽、側抽（chōu）芯槽、模架麵、回程杆墊片槽等（děng）。在編製數控編程工藝時，一般按照整體粗（cū）加工、分型麵半精（jīng）加工、分（fèn）型麵精加工、型腔麵半精加工、型腔麵精加工、型腔（qiāng）局部形狀清角的工藝思路進行編程，並按（àn）照分區域編程的思路，逐漸完成整體零件的編程工作。

圖1 洗衣機後控板模具型（xíng）腔

2.1 整體粗加工刀具的選擇

在編製（zhì）粗（cū）加工程序時，粗加工刀具型（xíng）號的選擇直接決（jué）定了（le）開（kāi）粗的加工效率。若（ruò）開粗刀具（jù）選擇過小，致使每（měi）刀（dāo）的下刀量較小（xiǎo），而且刀具的（de）進給速度也較小，最終導致工（gōng）件的加工（gōng）效率很低。若開粗刀具選擇過大，表麵上看起來粗加工時間很少，但是開粗效果不理想，本應開粗到位的區域沒（méi）有開粗到位（wèi），需要增加整體中粗程序或大範圍的清角程（chéng）序，這樣總體的加工時間也（yě）會（huì）增加。所以（yǐ）在粗加工刀具選擇（zé）方（fāng）麵，不但要考慮到工件的整（zhěng）體尺寸大小，還要考慮該零件的材料（liào）去（qù）除量大（dà）小。對（duì）於中小型零件（jiàn）來說，原則上把開（kāi）粗（cū）時間控製在 5h 以內，初步選定開（kāi）粗刀具為直徑為 32mm的牛鼻刀，刀具定義為D32R0.8mm。

2.2 型腔精加工刀（dāo）具的選擇

在（zài）對模具零件型腔進行精加工時，由於模具的型腔麵在塑件上為外觀麵，表麵（miàn）光潔度（dù）要求較高，並考慮到模具的型腔麵大部分為曲麵（miàn），所以在精加工刀具（jù）選擇方麵，優（yōu）先選擇球頭銑刀進行加工，刀具符號用B及 R 表示，如直徑為 20mm 的球頭刀定義為B20R10mm。本次研究列出了 3 種精加工刀具選擇方案：第 1種方（fāng）案為大直徑球頭銑刀（B16R8mm）整體精加工、小直徑球頭銑刀（B8R4mm）局（jú）部清角的編程加工工藝；第 2 種方案為較大直徑球頭銑刀（dāo）（B12R6mm）整體光刀、小直徑球頭銑（xǐ）刀（B8R4mm）清角的編程加工工藝；第3種方案為整體用小直徑球頭（B8R4mm）刀一次加工到位，如表 1 所示。然後對以下

3 、種刀具選擇方（fāng）案

分別（bié）進行數控編程，並通過機床驗證仿真（zhēn）統（tǒng）計出各種精加工方案的數控（kòng）加工時間。通過對（duì）比不難發現，第1 種方案加工效率最高（gāo），所以本次數（shù）控編程精加工刀具（jù）選擇采用第一種方案。

表1 精加（jiā）工刀具的選擇

2.3 編程加工工藝的確（què）定（dìng）

對於後控板模具型腔零件（jiàn）來說，一般先加工反麵熱流道部分、工藝螺絲孔等形狀，然後再加工正麵形狀部分。在型腔零件正麵加工時，考慮（lǜ）到前麵粗加工、精（jīng）加工刀具（jù）已經（jīng）確定，現根據模具零件的總（zǒng）體（tǐ）尺寸大（dà）小、分形麵及（jí）型腔麵（miàn）的形狀特征、模架的外圍形狀，並結合數控編程的總體工藝思路，最（zuì）終確定出該零件加工正麵時的主要數控編程工藝步驟為：整體粗加工→分型麵半精加工（gōng）→分（fèn）型麵精加工→局部粗加清角→腔麵半精加工→型腔麵（miàn）精精（jīng）加工→局部精加工清角→

模架其餘凹槽加工（gōng），如表2所示。

表2 模具零（líng）件編程加工工藝

3 、球頭銑刀刀（dāo）間距及加工質量的研究（jiū）

在數控加工時，球頭刀具刀間距的大小直接決影響工件表麵的加工質量（liàng）。刀間距過大，模具零件型腔的加工表（biǎo）麵過於粗糙，下道工序拋光的（de）加工效率會大幅度降（jiàng）低，而且（qiě）容易出現拋光（guāng）質量問題，如拋光產生的側麵倒扣等；相反，若（ruò）刀間距過小（xiǎo），會造成工件表麵（miàn）重複切削，產生拉毛現象，導致（zhì）在下道拋光工（gōng）序進行加（jiā）工時，需要專門處理，影響拋光的整體加工效率。所以，合理設置（zhì）刀具的刀間距，不僅能夠使數控加工（gōng）的（de）表麵質量（liàng）能（néng）夠滿足（zú）塑件的要求，而且能夠提升下道拋光工序的加工效率（lǜ）和加（jiā）工質量。本次研究對精加工刀具 B16R8mm，局部清角刀具B8R4mm分別進行設置不同的刀間距值（zhí），並計算出精加工（gōng）後模具零件表麵的殘高，如表3所示（shì）。考慮到該後控板塑件表麵為一般外觀件，並結合模具行業對模具零件（jiàn）型腔麵的質量要求，模（mó）具零件型腔表（biǎo）麵的殘高要求為0.002mm，能夠滿（mǎn）足一般外觀模具的質量要求。所以本（běn）次精加工刀具B16R8mm的刀間距選擇為0.36mm，局部清（qīng）角刀具 B8R4mm 的刀間距選擇為0.25mm。

表（biǎo）3 精加工刀間距的選擇

4 、結語

在模（mó）具數控加工過程中，要重視數控編程工藝對加工效率的影響以及刀間距對（duì）加工質量的影響，一定要對模具零（líng）件進行編程加工工藝的（de）對比分析，並根據客戶的質量要求，確定最優的刀間距數值。這樣（yàng）不但（dàn）能夠滿足的客（kè）戶質量需求（qiú），還能最大程度的提高加工效率，降低模具的製造成本，提升模具企（qǐ）業的自身競爭（zhēng）力。

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