基于NX的复杂模具型腔加工＊

陈洪土，吴秀杰，李俊璋，李俊锋，黄锐树

（1.广东工贸职业技术学院，广东广州510510；2.广东俊德政海机械科技有限公司，广东佛山528244）

1 加工项目导入

图1所示为机座零件的模具型腔，图2所示为产品图，图3所示为加工三视图，型具型腔材料为H718，其表面粗糙度值为Ra0.8μm。

图1 模具型腔图

图2 产品图

图3 加工三视图

2 加工项目分析

2.1 基本工艺信息

（1）毛坯为200×150×69mm，零件实际加工最深位置约为40mm。

（2）加工钢材材料为国产H718钢。

（3）加工工件的主要内表面粗糙度值为Ra0.8μm，其它则按三视图标注所示。

（4）未注公差参考±0.03mm。

（5）鉴于加工特点，需拆装两个加工电极，如图4所示，才能达到加工效果。

图4 电极图

2.2 确定装夹方案和工件原点

（1）该零件以底面为定位基准，选用平口钳夹紧定位，用百分表找正。

（2）工件上表面的中心为工件原点，以此为工件坐标系编程。

2.3 分析加工难点及特点

（1）材料为H718模具钢材，该钢经预硬化处理,材质均匀，洁净度高，具有极佳的抛光性能及光刻花性，半精加工及精加工工序的安排至关重要，以符合本产品工艺要求。

（2）外观要求较高。本零件上下模一样，表面光洁度要求高，分型面为配合面，加工符合图纸所示的垂直度要求。同时，在精加工工序最后清角的时候要合理安排，以防过切。

（3）该工件表面粗糙度值要求达到Ra0.8μm，且腔体较深，要高屋建瓴，通盘考虑，使整个加工过程换刀次数少，加工效率高。

（4）在初次开粗后，会留下较大面积的、不平均的余量。利用NX加工技术，通过巧妙地选用CAVITY_MILL进行二次开粗，同时，对于平坦面加工、直壁面加工时，要分别采用不同的方法来实施。

（5）本型腔骨位较多，要得到较高的加工效率时，注意兼顾较高的加工质量。

（6）型腔面曲面多，低部有比较多的R角，加工时间长；且相对曲率变化较大，刀具与工件的接触点主要集中于刀尖部位，刀具磨损比较严重。

根据上述分析，加工过程中应该选择合理的刀具、加工方式、主轴转速、进给率，加工余量，防止过切。对于数控铣床加工不到位的部分，需要另外在电火花机上清角加工。同时也要考虑零件在产品中的位置、装配关系及其作用，弄清各项技术要求对装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求。本文以NX软件技术为工具，展开零件加工过程。

3 加工项目实施

3.1 创建刀具

在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低，加工表面质量的优劣和加工效率的高低，选择合适的刀具并设置合理的切削参数，将可以使数控加工以最低的成本和最短的时间达到最佳的加工质量。刀具选择的总原则是：刀具的选择应根据机床的加工性能、被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。在对模型腔编制数控加工程序之前，应创建本文加工所用到的刀具库，首先在NX的创建刀具的对话框里选择刀具的类型，并设置刀具的几何参数、材料、刀具号等，形成刀具库，以备调用。所建立的刀具号大小有：D20R4、D10、D6、D8R4、D4、D8、D9R4.5、D6R3、D3R1.5等。

3.2 型腔加工刀路编制

（1）用CAVITY_MILL开粗。

采用D20R4的圆鼻刀对模具型腔进行粗加工,余量0.5mm,步距为刀具直径的60%,每刀加工深度为0.3mm，选择跟随部件的走刀方式，去除大部分的工件材料，刀路如图5所示。

图5 CAVITY_MILL开粗

（2）用CAVITY_MILL二次整体开粗。

采用D10平底刀对模型腔进一步开粗加工,余量0.3mm，步距为刀具直径的60%,每刀加工深度为0.2mm，选择跟随部件的走刀方式，对残留的材料进一步清理，刀路如图6所示。

图6 CAVITY_MILL二次开粗

（3）用ZLEVEL_PROFILE二次局部开粗模腔侧底直壁面。

采用D10平底刀对模型腔进一步开粗加工,余量0.3mm,步距为刀具直径的60%,每刀加工深度为0.15mm，其他选项包括：切销方式深度优先，合并距离为3mm，最小切销长度为1mm，选择混合走刀，在边上廷伸4mm等，对残留的材料直壁进行清理，刀路如图7所示。

图7 ZLEVEL_PROFILE二次开粗

（4）用CORNER_ROUGH 3次局部开粗深腔底壁面。

经过D20R4的圆鼻刀和D10平底刀对模具型腔进一步移除材料之后，在腔体深底处，仍然有较多的残余材料。本工序旨在进一步利用CORNER_ROUGH轮廓粗加工方式，采用D6的平底刀，进行残料移除。相关参数设定如下：切销方式采用跟随部件，侧壁余量0.2mm,底面余量0.1mm,步距为刀具直径的60%,每刀加工深度为0.15mm，重叠距离为1mm等，对残留的深腔底壁面进行加工，刀路如图8所示。

图8 CORNER_ROUGH深腔底壁面加工

（5）利用ZLEVEL_PROFILE进行整体半精加工。

用D8R4球刀对模型腔进行半精加工,余量0.05mm，步距为刀具直径的60%,每刀加工深度为0.2mm，其他选项包括：切销方式为顺铣并深度优先，合并距离为3mm，最小切销长度为1mm，在边上廷伸0.5mm等，刀路如图9所示。

图9 半精加工

（6）选用D8R4球刀分块进行精加工。

分别利用ZLEVEL_PROFILE方式加工直壁面及CONTOUR_AREA方式加工半圆球面（见图10）。ZLEVEL_PROFILE方式相关参数设定参考图9半精加工，但余量为零；CONTOUR_AREA方式，实为固定轴加工方式，主要加工较为平坦的、有规则的曲面。

图10 D8R4刀精加工

（7）选用D8R4球刀，用CONTOUR_AREA固定轴分3个程序加工以下3大块平坦底面，相关参数设定如图11所示。

图11 固定轴加工平坦底面

（8）选用等高加工方法，D8R4球刀，分3个程序，加工以下3大块平直壁面，余量为0，步距为刀具直径的60%,每刀加工深度为0.15mm，其它选项包括：切销方式为顺铣并深度优先，合并距离为3mm，最小切销长度为1mm，在边上延伸0.5mm等，刀路如图12所示。

图12 等高加工方法直壁面

（9）等高加工方式，对局部直面进行精加工，如图13所示。

图13 局部直面等高精加工

3.3 后处理

无论是哪种CAM软件，其主要用途都是生成在机床上加工零件的刀具轨迹简称（刀轨）。一般来说不能直接传输CAM软件内部产生的刀轨到机床上进行加工，因为各种类型的机床在物理结构和控制系统方面可能不同，由此而对NC程序中指令和格式的要求也可能不同。因此，刀轨数据必须经过处理以适应每种机床及其控制系统的特定要求。这种处理，在大多数CAM软件中叫做“后处理”。后处理的结果是使刀轨数据变成机床能够识别的刀轨数据，即NC代码:

（以下为模具型腔第一个程序中的一部分）

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

N0030 T00 M06

…………

N4160 X1.2799 Y-1.83 I-.0362 J.0154

N4170 G0 Z.5906

N4180 M05

N4181 M30

%

4 结束语

针对复杂模具型腔零件的结构进行了分析，设计出适合其加工的工艺方案，提供了详细的加工工艺。采用型腔铣削方法进行开粗，同时采用多种方式对内腔槽位做半精加工，再精铣内腔槽至尺寸。另外，应用NX技术对型腔进行数控编程，以达到高生产效率、高加工精度的目的，从而确保零件生产之后安装在铝材设备里牢固可靠，本技术在实际加工中得到了广泛的应用。