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1引言

加工工藝制定得合理，對(duì)數(shù)控加工的程序編制、加工零件的尺寸精度保證、加工效率和制造成本的高低有著重要的影響。要制定出合理的加工工藝，工藝人員在明確數(shù)控加工的內(nèi)容后，首先要對(duì)其進(jìn)行工藝分析，對(duì)零件的整個(gè)加工過程心中有數(shù)。工藝分析是實(shí)踐性和經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)的工作，涉及的知識(shí)面很寬，包括所在企業(yè)現(xiàn)在的生產(chǎn)能力或制造水平等，如生產(chǎn)類型、零件結(jié)構(gòu)、工藝裝備、技術(shù) 水平、管理體制等。打印機(jī)外殼動(dòng)模型芯結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，包括動(dòng)模型芯與滑塊的配合位、推桿孔、冷卻水道、澆注系統(tǒng)、斜導(dǎo)柱避空孔、斜頂孔、鑲件孔等，如何合理地安排這些孔的加工工藝，將極大地影響模具制造質(zhì)量及制造成本。

2塑件分析

(1) 塑件的技術(shù)要求。圖1所示殼體屬于外觀
件，外觀要求較高，主要的外觀要求有:①再生材使用時(shí)，不能有異物、變色、色差等;②外觀面不能有傷痕、飛邊、熔接痕、澆口痕和推桿痕等;③外觀要進(jìn)行蝕紋處理;④配合位不能有傷痕、飛邊、熔接痕等；⑤外觀判斷參照LBP的外觀判定基準(zhǔn) (Q09-S002)或參照外觀限度樣本(生產(chǎn)出來的零件超出外觀判定標(biāo)準(zhǔn)Q09-S002,但不影響使用，在客戶同意情況下，把現(xiàn)有超標(biāo)零件當(dāng)做臨時(shí)樣本，一般會(huì)有期限要求）_；⑥澆口的二次加工標(biāo)準(zhǔn)參照限度樣本。

(2) 塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。塑件的外形尺寸288.4 mmx220.7 mmx47.6mm，基本壁厚 2.1 mm,有大量的加強(qiáng)筋和倒扣。塑件的外側(cè)面倒扣需用側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)成型，內(nèi)側(cè)面倒扣需用斜頂塊結(jié)構(gòu)成型，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證型腔壁厚均勻，否則不但會(huì)導(dǎo)致成型塑件尺寸超差，還會(huì)使型腔充不滿。

3工藝分析

模具零件加工的工藝制定是否合理，對(duì)生產(chǎn)效率的提高，成本控制，成型塑件尺寸精度的保證有著重要影響，因此必需綜合考慮各方面的影響，尋找最佳的加工工藝。

3.1型芯材料特性

動(dòng)模型芯的材料為HPM38, HPM38是13鉻系

含鉬不銹鋼，經(jīng)過特殊熔解制造而成，因此適合于制造硬度高且對(duì)耐腐蝕鏡面性要求高的注射模零件。HPM38熱處理變形小，適合于精密熱處理，此外浸蝕性好，對(duì)模具零件的保養(yǎng)有利；鏡面加工性優(yōu)良，擁有比SUS420J2更好的耐磨蝕性，無需鍍鉻。

3.2動(dòng)模型芯結(jié)構(gòu)

動(dòng)模型芯如圖2所示，包括圓推桿孔、斜頂結(jié)構(gòu) 孔、直水道孔、冷卻水孔、滑塊配合面、滑塊滑軌和斜導(dǎo)柱避空孔、分流道、澆口、螺釘安裝孔（螺釘通孔和沉頭)、鑲件安裝孔等。

3.3型芯加工工藝分析

因成型塑件的產(chǎn)量不是很大，并且塑件外形尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素的影響，注射模決定采用1模 1腔結(jié)構(gòu)。注射成型時(shí)只能在塑件的側(cè)面進(jìn)澆，模具采用熱流道結(jié)構(gòu)。塑件的內(nèi)側(cè)面比較平整，頂出結(jié)構(gòu)盡可能使用圓推桿，倒扣的位置使用斜頂塊作為頂出機(jī)構(gòu)。圓推桿的推桿孔要求尺寸精度準(zhǔn)確，所以推桿孔的加工要安排在熱處理后，熱處理后用普通鉆頭等已經(jīng)無法加工，要用慢走絲加工推桿孔。斜頂塊孔因?yàn)楹托表攭K配合，精度和表面粗糙度要求也高，也采用慢走絲加工，必須在熱處理前鉆穿絲孔。塑件面積比較大，為了提高生產(chǎn)效率，需要快速冷卻定型，因此模具的冷卻系統(tǒng)要完善，型芯周圍和中間布有大量的冷卻水道。冷卻水道的尺寸精度和表面粗糙度要求不高，為了提高加工
效率，降低制造成本，這些位置的加工可以在熱處理前進(jìn)行。

型芯加工工藝路線為：下料^粗銑六面^精銑六面—精磨六面（留熱處理余量)—預(yù)鉆中心孔— 鉆螺釘通孔沉頭孔—鉆推桿孔穿絲孔—鉆斜頂塊孔穿絲孔—鉆冷卻水路—動(dòng)模型芯粗加工—淬火 —中溫回火—精磨六面至圖紙要求尺寸—線切割推桿孔—線切割斜頂塊孔—CNC精加工動(dòng)模型芯 —EDM加工動(dòng)模型芯—拋光。

4數(shù)控加工工藝編制

4.1零件定位與裝夾

為實(shí)現(xiàn)加工工序的集中，使零件裝夾后，能進(jìn) 行多個(gè)表面的加工，減少裝夾次數(shù)，提高加工精度和效率，裝夾要牢固可靠，操作方便。另外零件裝夾后要便于設(shè)置工作坐標(biāo)系、對(duì)刀及測(cè)量零件尺寸，可以用螺釘將規(guī)格適當(dāng)?shù)膲|板鎖在型芯上，然后用壓板壓緊墊板，最后用百分表校正型芯即可，如圖3所示。

4.2零件加工工序內(nèi)容及刀具選擇

零件的加工工序內(nèi)容及刀具選擇如表1所示。

4.3程序編制

4.3.1前期準(zhǔn)備

編制程序前，分析型芯模型，區(qū)分特征面，然后對(duì)這些特征面進(jìn)行歸類，接著對(duì)圖形進(jìn)行處理，把不屬于數(shù)控加工的特征刪除(補(bǔ)面），刪除這些特征可以避免生成一些零碎的刀具路徑，提高編程的效率。

表1零件加工工序內(nèi)容及加工參數(shù)

工序	工序內(nèi)容	刀具規(guī)格/mm	主軸轉(zhuǎn)速/R_min^-1	進(jìn)給速度/mm ■ min^-1	加工設(shè)備
1	下料	-	-	-	鋸床
2	粗銑零件六而	050端銑刀	8OO	6OO	普通銑床
3	精銑零件六而	050端銑刀	1OOO	8OO	普通銑床
4	精磨零件六面	白剛玉砂輪	--	--	平面磨床
5	預(yù)鉆中心孔	中心鉆	5OO	3OO	普通銑床
6	鉆螺釘通孔沉頭孔	麻花鉆	6OO	3OO	普通銑床
7	鉆推桿孔穿絲孔	麻花鉆	6OO	3OO	普通銑床
8	鉆斜頂塊孔穿絲孔	麻花鉆	6OO	3OO	普通銑床
9	鉆冷卻水路孔	麻花鉆	6OO	3OO	普通銑床
10	粗加工	03OR5端銑刀	1 5OO	1 6OO	加工中心
11	潔角加工	017RO.8端銑刀	2 OOO	1 8OO	加工中心
12	半精加工	017RO.8端銑刀	2OOO	1 8OO	加工中心
13	熱處理	-	-	-	熱處理爐
14	精磨六個(gè)面到角	白剛玉砂輪	-	-	平面磨床
15	熱處理后的半精加工	017RO.8端銑刀	2 OOO	1 6OO	加工中心
16	平坦面的精加工	017RO.8端銑刀	4 OOO	1 2OO	加工中心
17	曲面的精加工	R4球刀	5 OOO	1 2OO	加工中心
18	側(cè)面的精加工	08RO.5牛鼻刀	5 OOO	1 2OO	加工中心
19	潔角加工	08平底刀	5 OOO	1 2OO	加工中心
20	分流道加工	06RO.5牛鼻刀	6 OOO	1 OOO	加工中心
21	雕刻字碼	R3球刀	6 OOO	8OO	加工中心
22	放電加工	電極	-	-	火花機(jī)
23	拋光	拋光工具	-	-	-

4.3.2粗加工

模型區(qū)域清除策略是模型粗加工最常用的策略，可以使用它對(duì)模具型芯進(jìn)行粗加工。粗加工的目的就是為了快速切除材料，刀具直徑盡可能大，以便快速切削。但是也不是越大越好，刀具越大，切削抗力就越大，機(jī)床的主軸會(huì)負(fù)擔(dān)過重，振動(dòng)過大，影響零件加工質(zhì)量。切削抗力過大，對(duì)零件夾持也不利，極易導(dǎo)致零件松動(dòng)，造成加工事故。刀具直徑過大，會(huì)導(dǎo)致更多的一些狹窄區(qū)域無法切除，給后續(xù)的殘留加工增加負(fù)擔(dān)。綜合以上因素，針對(duì)此模型，刀具選用03OR5飛刀比較合適，這種刀具的刀片是可拆換的010 mm的圓刀粒，刀粒在加工時(shí)磨損了，可以直接暫停加工，更換刀片后接著加工，避免程序加工中斷。粗加工的參數(shù)設(shè)置如圖 4所示。

粗加工時(shí)采用的刀具因?yàn)橹行臎]有切削刃，刀具中心沒有切削能力，粗加工最容易出現(xiàn)的編程事故是因?yàn)橄碌斗绞讲捎弥苯酉碌抖鴮?dǎo)致刀具損壞，必須保證粗加工時(shí)刀具要螺旋斜向下刀，下刀方式的參數(shù)設(shè)置如圖5所示，粗加工后的模擬結(jié)果如圖6 所示。

4.3.3半精加工

半精加工主要是殘留加工，即將大刀具切削不到的區(qū)域，改用小刀具清除，應(yīng)用的功能是參考前面的刀具路徑產(chǎn)生殘留刀具路徑。這樣的好處是能夠讓軟件自動(dòng)規(guī)劃探尋尚未加工的區(qū)域，自動(dòng)生成尚未加工區(qū)域的刀具路徑，生成的刀具路徑安全高效，并且刀具切入切出連接會(huì)比較合理，省時(shí)省力。粗加工時(shí)因?yàn)?/span>Z方向下刀步距是0.5 mm，層與層之間不可避免地產(chǎn)生很多臺(tái)階，這些臺(tái)階余量不均，留給精加工會(huì)影響精加工的加工效果，必需進(jìn) 一步追加半精加工。殘留加工后，可米用最佳等高策略進(jìn)一步加工型芯，最佳等高策略的優(yōu)勢(shì)是平坦區(qū)域和陡峭區(qū)域都能產(chǎn)生等距刀具路徑，經(jīng)過最佳等高策略加工的型芯，加工余量會(huì)比較均勻，為精加工的加工質(zhì)量提供保證，半精加工后的模擬結(jié)果

4.3.4精加工

精加工時(shí)需要考慮的是精度，在保證精度的情況下，要兼顧效率，所以要合理劃分好加工的區(qū) 域。劃分的區(qū)域有:①平坦面和底面平行，可以用大飛刀平面，切削步距可以設(shè)置比較大，提高銑削效率，另外飛刀銑削的平面非常光滑，可達(dá)亞鏡面效果;②直身面和底面垂直，可以用圓柱銑刀的側(cè) 刃切削，下切步距可以設(shè)置比較大，一次切削深度可以達(dá)到20 mm以上，可以有效地提高切削效率;③ 曲率較大的曲面可以做相應(yīng)的曲面邊界，利用比較大的球刀做最佳等高加工，切削步距可以根據(jù)切削刀具的直徑合理調(diào)整，該型芯用到的球刀是尺4 mm，走刀步距可以設(shè)定為0.25 mm，殘留的扇形高度0.002 mm_;④狹窄的區(qū)域可以用毛坯邊界等限制其范圍，然后采用比較小的刀具加工。精加工后的模擬結(jié)果如圖8所示。

4.3.5清角

對(duì)一些側(cè)壁底面的尖角位置，用球刀是無法加工的，需要用多筆清角精加工策略加工，避免這些底面的尖角位置因加工不到而殘留圓角，節(jié)省了用電火花加工清角的步驟。

4.3.6刀具路徑校驗(yàn)

為了及早發(fā)現(xiàn)問題，避免在加工的過程中發(fā)生加工事故，必須對(duì)所編制的程序進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)的內(nèi)容包括以下方面:①過切信息查看;②公差和余量檢查、快進(jìn)高度檢查;③計(jì)算刀具夾持是否碰撞; ④進(jìn)給率等切削參數(shù)是否合理;⑤刀具路徑仿真檢查。只有經(jīng)過充分校驗(yàn)的程序，才能下發(fā)給制造車間加工。

5結(jié)束語

經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，并充分應(yīng)用PowerMill軟件的虛擬加工，探索出加工殼類零件的合理加工工藝與編程技術(shù)，順利完成零件的加工制造。

(1) 針對(duì)成型外殼類塑件的模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對(duì)模具零件進(jìn)行充分、全面地工藝因素分析，選擇適當(dāng)?shù)募庸ぴO(shè)備、刀具、夾具和安裝方式，確定合理的數(shù)控加工路線，最終編制出理想的數(shù)控加工程序，滿足加工要求。

(2) 為保證加工零件定位穩(wěn)定，將加工零件直接安裝在工作臺(tái)中，保證了零件具有穩(wěn)定的定位面與夾緊面，提高了加工精度。

(3) 粗加工時(shí)，型芯正面4個(gè)角留有4個(gè)等高凸臺(tái)，方便熱處理后的磨削加工。

(4) 對(duì)成型殼體塑件的模具零件采用PowerMill 軟件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化編程，充分利用軟件已有的虛擬制造驗(yàn)證，提高了程序編制的效率與正確性。

成型殼體塑件的型芯加工工藝探索

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