模具型腔数控铣削加工工艺优化.doc

T

ECHNOLOGY

科技纵横

2010.4CHINAEQUIPMENT

【摘要】本文介绍了模具型腔数控铣

削加工工艺优化。

【关键词】模具型腔数控加工工艺优

化设计

引言

模具型腔数控铣削加工工艺流程:粗铣→

半精铣→精铣→清角。影响型腔数控铣削工

艺方案选择的因素有很多，主要有加工材料、

加工方法、加工设备、走刀方式、刀具参数、切

削用量、加工精度、加工余量、装夹方式、下刀

位置、进退刀方式等等，本文重点就工艺参数

优化进行探讨。

1.铣削参数与铣削刀具

1.1数控加工的铣削参数

粗加工为体积加工，从高的生产率考虑，

应在保证刀具耐用度的前提下，使材料的去

除率最大，而材料的去除率又与吃刀量(切削

深、切削宽)、进给速度切削速度等有关。切

削用量各要素中，任一要素的增加都会使刀

具的耐用度下降，但影响程度不同，影响最大

的是切削速度，切削速度稍一提高，刀具寿命

就会有明显的降低，其次是进给速度，最小的

是吃刀量。为使所选的切削用量使生产率高

且对刀具耐用度下降影响最小，一般首先选

择尽可能大的吃刀量，其次是确定进给速度，

最后根据刀具耐用度确定切削速度。

1.2铣削方式

铣削方式有顺铣和逆铣两种，顺铣和逆

铣相比较，顺铣加工可以提高铣刀耐用度2~3

倍，工件的表面粗糙度值较小，尤其在铣削难

加工材料时，效果更加明显。但是，采用顺铣，

首先要求铣床有消除工作台进给丝杠螺母副

间隙的机构，能消除传动间隙，避免工作台窜

动，其次，要求毛坯表面没有硬皮，工艺系统

有足够的刚度。如果具备以上条件，应优先考

虑采用顺铣，否则应采用逆铣。模具型腔铣削

一般采用顺铣。

1.3数控铣削刀具及选择

数控加工刀具必须适应数控机床高速、

高效和自动化程度高的特点，一般应包括通

用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄

要联接刀具并装在机床动力头上，因此己逐

渐标准化和系列化。在模具型腔的数控加工

中，最常用到是立铣刀进行铣削加工。特别是

一体式立铣刀和镶片式立铣刀。一体式立铣

刀一般为普通高速钢刀具，由于低廉的价格，

仍被广泛应用;镶片式立铣刀所镶刀片一般为

合金刀片，与一体式刀具相比大大减少了刀

具材料的消耗，而且便于更换。

2.模具型腔粗铣的工艺优化

2.1模具型腔加工特征

模具型腔一般由多种多个加工特征组合

而成（如图1所示）。加工时，通常是通过特征

分解，针对各种特征确定相应的加工方法、选

择刀具。图1模具型腔综合了各种典型特征，

通过对该型腔特征分解，得到不同加工特征

选用的刀具与铣削方式。

2.2模具型腔粗铣的工艺优化

粗铣工艺优化目标：①提高加工效率；②

降低加工成本；③留量均匀，便于半精加工和

精加工。

2.2.1粗铣加工刀具组合

粗加工是体积加工。粗铣采用分层铣削，

见图2。采用大直径刀具，可以提高体积切除

率，但留给小直径刀具的加工体积大，总的加

工时间反而会长。为提高加工效率，应优化刀

具组合。国内外很多学者进行了刀具组合优

选的研究，在这里我们通过几何分析，提出了

一种简单的组合方法。

以WALTERY刀具为例，其硬质合金刀

具符合1.25尺寸系列，排列：(63，50,40,32,

25，20,16,.12,10,8,6,5,4,3.5，3，2.5,2)

按此系列组合用刀，以图3为例，假设上

一把用刀直径为63，那么剩余体积的最大型

腔宽度为63。以直径50的刀铣型腔时，最高

切除率的刀具铣削宽度为63。二0.26d，铣平

面时为：αe=0.26d。显然，型腔时刀具切削宽

度太小。假设保证铣型腔时的铣削宽度约为：

e=0.65d，刀具组合系列可为：(63，40,

25，16,10,6}4,3，2)。

以图3为例，假设保证铣型腔拐角时的

铣削宽度约为：e=0.3d，刀具组合系列可

为：(63，25，10,6)。

2.2.2粗加工的走刀方式

利用UGNX多种加工区域图形进行实

验，得出以下几点结论：

(1)平行走刀方式在区域边界留下的余

量往往是不均匀的，希望加工后留下较均匀

的余量，通常需要增加围绕边界的环切刀轨。

若忽略余量不均匀性，Zig-Zag走刀方式下获

得的刀轨是最短的:若考虑余量的不均匀性而

增加环切刀轨，则刀轨一般会比Followpart

刀轨长。

(2)采用平行走刀方式时，当加工区域所

有边界长度较大(多岛屿情况)，则围绕边界的

环切刀轨对总的加工时间影响比较明显。如

果要考虑加工余量的均匀性，加工多岛屿区

域时建议采用螺旋走刀方式。

(3)采用螺旋走刀方式时，一般来说，

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