典型型腔類零件三維造型及數(shù)控銑加工[三維ProE][工序卡]【插座面板】

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數(shù)控加工的一個(gè)重要運(yùn)用就是模具的生產(chǎn)。由于模具的精度要求很高，傳統(tǒng)的手工加工以很難適應(yīng)模具制造業(yè)的發(fā)展。隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平在不斷的提高，消費(fèi)觀念的也在不斷的改變，對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品的要求也越來越高。人們的追求已不僅僅是質(zhì)量的好壞，外型的美觀也越來越多的被人們重視。人們的這種觀念在很大程度上提高對(duì)加工制造業(yè)的要求，呼喚著先進(jìn)制造工業(yè)的發(fā)展。數(shù)控加工作為先進(jìn)制造工業(yè)的一個(gè)重要支柱，其迅速的發(fā)展與普及已成為必然的趨勢(shì)。然而目前，我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大一段差距。 根據(jù)資料顯示，目前，我國(guó)數(shù)控技術(shù)人才緊缺50萬，加入WTO以后，我國(guó)的制造業(yè)將與國(guó)際接軌，傳統(tǒng)的制造工業(yè)技術(shù)將不能適應(yīng)新形式下制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，我們必須大力發(fā)展新興制造工業(yè)。數(shù)控加工最突出的優(yōu)點(diǎn)是零件加工尺寸的一致性好，易于控制中間公差，從而使加工部件及整機(jī)的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。由于其高精度、高自動(dòng)化、智能化，以及在加工復(fù)雜形狀零件時(shí)所體現(xiàn)出來的優(yōu)越性，使其在現(xiàn)代加工制造體系中占據(jù)了重要地位，因此數(shù)控技術(shù)的發(fā)展將極大推動(dòng)加工制造業(yè)的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床加工程序的編制，是保證數(shù)控加工順利進(jìn)行的基礎(chǔ)，對(duì)于數(shù)控加工編程的研究有其很大的現(xiàn)實(shí)意義。 由于先進(jìn)三維造型軟件和數(shù)控加工仿真軟件的出現(xiàn)，大大方便了工程人員進(jìn)行數(shù)控加工。結(jié)合三維造型進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和仿真加工，可以為加工提供很多參考依據(jù)，實(shí)現(xiàn)加工過程的優(yōu)化?，F(xiàn)代數(shù)控加工，可以方便的通過仿真加工自動(dòng)生成加工程序，然后將程序輸入數(shù)控機(jī)床，這樣就可以免去了工程人員很多復(fù)雜煩瑣的編程工作。自動(dòng)生成的加工程序，由于是完全按照零件的輪廓軌跡來確定刀具的走刀路徑的，而且由于計(jì)算機(jī)的輔助，使得刀具路徑點(diǎn)的坐標(biāo)與零件輪廓上各點(diǎn)的坐標(biāo)非常吻合，其加工的精度非常高。這是傳統(tǒng)手工加工所無法比擬的。計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的這種優(yōu)勢(shì)，在加工復(fù)雜形狀零件時(shí)更為突出，它可以幫助工程人員完成很多通過手工編程無法完成的工作。 手工編程作為一種融合了工程人員設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)理念的編程手段，在加工簡(jiǎn)單、規(guī)則零件時(shí)，也有其獨(dú)特的優(yōu)越性。由于機(jī)械制造業(yè)日趨走向標(biāo)準(zhǔn)化，在加工一些具有標(biāo)準(zhǔn)特征的零件時(shí)，它能讓工程人員，據(jù)零件的具體形狀，更加合理的安排加工工藝，從而能夠提高生產(chǎn)效率，節(jié)省加工成本。 由于自動(dòng)編程和手工編程在實(shí)際生產(chǎn)中各有其優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)零件的大小、形狀以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度合理的選擇編程方法，對(duì)于現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過程有很大的意義。為了盡量減少編程和加工過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤而對(duì)自動(dòng)編程和手工編程的進(jìn)行研究，有很大的必要性，它能夠幫助工程人員實(shí)現(xiàn)加工結(jié)果的優(yōu)化。 本文研究了一典型型腔類塑件模具的設(shè)計(jì)，仿真加工自動(dòng)生成加工程序和手工編程加工的全過程。首先對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，并對(duì)測(cè)繪的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)對(duì)塑件進(jìn)行三維造型，設(shè)計(jì)塑件的模具，并進(jìn)行塑件模具的三維造型。對(duì)模具進(jìn)行工藝分析，然后根據(jù)三維造型進(jìn)行仿真加工，自動(dòng)生成加工程序。進(jìn)行手工編程，并在FANUC XH-713A立式加工中心進(jìn)行加工。結(jié)合這一過程，闡述了一些基于數(shù)控加工工藝原則，提出了一種利用AutoCAD進(jìn)行輔助編程的簡(jiǎn)易手工編程方法，并對(duì)加工中出現(xiàn)的過切、少切、意外碰刀等問題提出了一些解決方案。希望這些方法能給從事數(shù)控編程加工的工作人員提高一些幫助。 1.總體設(shè)計(jì)方案 本課題的設(shè)計(jì)目的是對(duì)典型型腔類零件三維造型、數(shù)控編程以及工藝數(shù)據(jù)庫進(jìn)行研究。要進(jìn)行零件的三維造型，必須先對(duì)零件進(jìn)行測(cè)繪，畫出零件的零件的工程圖，然后根據(jù)工程圖進(jìn)行零件的三維造型，再將零件的三維造型轉(zhuǎn)化為模具型腔的三維造型，然后進(jìn)行仿真加工，并生成G代碼程序。進(jìn)行手工編程，在加工中心進(jìn)行加工，并與軟件自動(dòng)編程的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。 完成這一切后，就進(jìn)行加工。加工時(shí)，要根據(jù)模具型腔的材料、大小、精度要求等，建立加工中常用刀具的切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫，覆蓋整個(gè)加工過程。對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行分析，編寫數(shù)控銑床的操作須知，包括操作要領(lǐng)，操作規(guī)范，以及常用疑難問題解決方案等內(nèi)容。 1.1型腔類零件的特點(diǎn) 型腔類零件主要是由一些平面，島嶼和凹槽組成，一般曲面較少，手工編程很方便。本課題選擇是一個(gè)塑料插座模具，以它作為研究對(duì)象，進(jìn)行工藝分析，編程，加工以及對(duì)加工結(jié)果進(jìn)行分析。在編程加工前，要充分結(jié)合型腔類零件的特點(diǎn)以及加工機(jī)床的加工能力來設(shè)計(jì)合理的模具。這樣，才能保證加工的可行性。 1.2設(shè)計(jì)加工工具的選擇 進(jìn)行模具設(shè)計(jì)加工，首先要對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，然后要進(jìn)行三維造型，仿真加工。這一切都是依靠CAD/CAM軟件來進(jìn)行的。目前，較為流行的CAD/CAM軟件有UG、MasterCAM、Pro/E、AutoCAD等。AutoCAD是一種先進(jìn)的二維軟件，在繪制工程圖時(shí)很方便。Pro/E是美國(guó)PTC公司著名的CAD/CAM 3D設(shè)計(jì)系統(tǒng)，由于參數(shù)化設(shè)計(jì)可以隨時(shí)通過修改參數(shù)來改變?cè)O(shè)計(jì)，自1998年問世以來，已逐漸成為當(dāng)今世界最普及的CAD/CAM 3D系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，受到廣泛應(yīng)用。MasterCAM并沒有采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，在進(jìn)行造型時(shí)，不象Pro/E那樣方便，但它在進(jìn)行時(shí)，可以方便的根據(jù)零件的工藝要求選擇各種切削用量，定義刀具的路徑，而且簡(jiǎn)單，易操作，故其在加工上更具優(yōu)勢(shì)。根據(jù)以上分析，我們主要選擇Pro/E軟件進(jìn)行三維造型，采用MasterCAM軟件進(jìn)行仿真加工，這樣可以綜合利用兩者的長(zhǎng)處。進(jìn)行加工時(shí)，采用的FANUC XH 713-A立式加工中心，它可以很方便的實(shí)現(xiàn)編程加工，而且該機(jī)床比一般的普通數(shù)控銑床更易操作，更有利于進(jìn)行編程。 2 塑件及其模具的造型與設(shè)計(jì) 2.1 塑件的測(cè)繪與造型 塑件為塑料插座，材料為ABS，用游標(biāo)卡尺對(duì)零件進(jìn)行測(cè)繪。我們最終所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我們所取的塑件是模具生產(chǎn)出來的千千萬萬個(gè)塑件中的一個(gè)，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的變形，因此對(duì)該零件的測(cè)量數(shù)值需要進(jìn)行分析處理。如對(duì)塑件較大尺寸誤差的進(jìn)行修正，對(duì)相同形狀處所測(cè)不同尺寸的取均值進(jìn)行圓整，然后繪出零件的測(cè)繪草圖。（見附件）。 零件測(cè)繪草圖出來以后，應(yīng)該根據(jù)零件的測(cè)繪圖，對(duì)零件的進(jìn)行三維造型。三維造型可以選用Pro/E或MasterCAM軟件，三維造型的所有參數(shù)必須嚴(yán)格與測(cè)繪的數(shù)據(jù)一致。 塑件的三維造型如圖： 圖2-1 圖2-2 2.2 塑件模具的設(shè)計(jì)與造型 1）塑件尺寸精度 塑件的尺寸精度一般是根據(jù)使用要求確定的，但還必須充分考慮塑料的性能及成型工藝的特點(diǎn)。由于該塑件是作為日常生活用具，要求其外表面光滑，既不會(huì)在使用過程中對(duì)人造成傷害，還要必須考慮其外形的美觀。因此需要光滑的外表面的精度取高一點(diǎn)，為6級(jí)精度，無具體要求的內(nèi)表面選用5級(jí)精度。 2）塑件的結(jié)構(gòu)工藝性 從塑件的測(cè)繪圖和三維造型可以看出塑件外部的結(jié)構(gòu)形狀比較規(guī)則，除有幾個(gè)小錐度圓臺(tái)外，其他都是平面，幾乎沒有復(fù)雜曲面，但塑件有很多薄的加強(qiáng)筋。 3）拔模斜度 由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)使塑件緊緊地包住模具型芯、型腔中突出的部分，為了使塑件易于從模具內(nèi)脫出，在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證塑件的內(nèi)外壁具有足夠的脫模斜度。由于目前還沒有比較精確的脫模斜度計(jì)算公式，在選擇脫模斜度時(shí)，主要還是參照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)ABS材料的性質(zhì)在設(shè)計(jì)中選用2.5°的拔模斜度。 4）分模 零件材料為ABS，其收縮率為0.４％～０.６％，取其平均收縮率為５％計(jì)算，設(shè)計(jì)模具型腔。 取塑件內(nèi)表面為分型面，設(shè)計(jì)的模具型腔如下圖： 圖2-3 圖2-4 從加工角度分析，由于塑件有很多寬度為1mm的加強(qiáng)筋，分模后 B圖中出現(xiàn)了寬1mm的深槽。由于刀具直徑大小的限制，這樣的狹槽在加工中心上無法進(jìn)行加工，故需對(duì)模具進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。 我們可以把圖2-4中的槽內(nèi)的孤島設(shè)計(jì)成鑲塊，并在槽內(nèi)鉆孔，模具加工好后把鑲塊鑲在槽內(nèi).鑲塊形狀如下圖： 圖2-5 這樣，圖2-4可以設(shè)計(jì)成如下圖： 圖2-6 這樣，塑件的兩個(gè)模具型腔都可以進(jìn)行數(shù)控加工了。 3　塑件模具的仿真加工 3.1 仿真加工 以圖2-6的模具加工為例 首先打開MasterCAM，進(jìn)入主菜單，選擇Toolpaths, Jobsetup, 進(jìn)行毛坯設(shè)置。根據(jù)零件形狀，設(shè)置100×100×25的長(zhǎng)方形毛坯。如圖： 圖3-1 毛坯定義好后，就可以進(jìn)行加工了。仿真加工需認(rèn)真設(shè)定銑削加工切削參數(shù)，主要包括：Spindle (主軸轉(zhuǎn)速)，F(xiàn)eed Rate (X、Y向進(jìn)給)，Plunge（Z向進(jìn)給），Retract(返回)，F(xiàn)eed Plane進(jìn)給平面,Depth（切削深度），Stepover（切削間距）.Cutting method（切削方法），Max. Rough Step(粗加工切削量)，F(xiàn)inish Cuts (精加工切削次數(shù))，F(xiàn)inish Step(精加工切削量) 1）銑平面 選擇Face命令，然后選擇一個(gè)窗口，將毛坯包括在內(nèi)，則出現(xiàn)Face命令對(duì)話 如下圖： 圖3-2 可以通過單擊Tool parameters 和Facing parameters 進(jìn)行操作界面的切換。 圖3-3 圖3-4 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 10 Depth （切削深度） 0．0 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 1500 Stepover（切削間距） 75%刀具直徑 Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 150 Cutting method（切削方法） Zigzag Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 2.0 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 1 Finish Step(精加工切削量) 0.5 定義完后，點(diǎn)擊OK，則系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行加工，生成刀具路徑。點(diǎn)擊Operation命令，會(huì)出現(xiàn)如下圖對(duì)話框： 圖3-5 選中模型樹中的Facing選項(xiàng)，點(diǎn)擊Verify, 則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加工仿真。其加工結(jié)果如下圖： 圖3-6 在完成加工以后，要得到CNC控制器可以解讀的NC碼需進(jìn)行后處理。在操作管理器中單擊Post按鈕，可以自動(dòng)生成加工程序。 程序如下： % O0000 N100 G21 G21表示公制單位 N102 G0G17G40G49G80G90 (TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 10.) N104T1M6 選擇一號(hào)刀具 N106G0G90G54X-61.Y-49.998A0.S1500M3 轉(zhuǎn)速1500 主軸正轉(zhuǎn) N108G43H1Z50. 選擇一號(hào)刀補(bǔ) N110Z15. N112G1Z3.5F100 直線插補(bǔ)F100 N114X56.F100 …… N370G0Z50. 加工完畢,快速返回Z50 N372M5 程序結(jié)束 N374G91G28Z0. 返回參考點(diǎn) N376G28X0.Y0.A0. N378M30 % 2）銑中間凸臺(tái) 選擇pocket命令。選endmill（平銑刀） 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 10 Depth （切削深度） -6.6 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 1500 Stepover（切削間距） 75%刀具直徑 Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 150 Cutting method（切削方法） Constant Overl Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 2.0 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 1.0 Finish Step(精加工切削量) 0.5 定義好參數(shù)后，就可以進(jìn)行加工模擬，其加工結(jié)果如下圖： 圖3-7 3）銑凹槽 選擇Pocket命令， 選擇endmill（平銑刀） 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 4 Depth （切削深度） -6.6 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 1500 Stepover（切削間距） 75%刀具直徑 Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 150 Cutting method（切削方法） Constant Overl Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 1.0 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 1.0 Finish Step(精加工切削量) 0.5 圖3-8 4）銑筋槽 選擇Couter命令，選擇endmill（平銑刀） 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 2 Depth （切削深度） -2.5 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 1500 Stepover（切削間距） Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 150 Cutting method（切削方法） Constant Overl Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 1.0 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 1.0 Finish Step(精加工切削量) 0.5 定義好參數(shù)后，就可以進(jìn)行加工模擬，其加工結(jié)果如下圖： 圖3-9 5）鉆孔 選擇Drill命令，選擇Drill（鉆頭） 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 4 Depth （切削深度） -12.6 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 3500 Stepover（切削間距） Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 50 Cutting method（切削方法） Constant Overl Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 1.0 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 1.0 Finish Step(精加工切削量) 0.5 定義好參數(shù)后，就可以進(jìn)行加工模擬，其加工結(jié)果如下圖： 圖3-10 6）銑斜孔1 選擇Pocket命令，選擇Endmill(平銑刀） 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 4 Depth （切削深度） -12.6 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 3500 Stepover（切削間距） Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 50 Cutting method（切削方法） Constant Overl Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 0.1 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 2 Finish Step(精加工切削量) 0.05 定義好參數(shù)后，就可以進(jìn)行加工模擬，其加工結(jié)果如下圖： 圖3-11 7）銑斜孔2 選擇Pocket命令，選擇Endmill(平銑刀） 以零件上表面為XY平面，各主要參數(shù)如下： Tool dia (刀具直徑) 2 Depth （切削深度） -12.6 Spindle (主軸轉(zhuǎn)速) 3500 Stepover（切削間距） Feed Rate (X、Y向進(jìn)給) 50 Cutting method（切削方法） Constant Overl Plunge（Z向進(jìn)給） 50 Max. Rough Step(粗加工切削量) 0.1 Retract(返回) 500 Finish Cuts (精加工切削次數(shù)) 2.0 Finish Step(精加工切削量) 0.05 定義好參數(shù)后，就可以進(jìn)行加工模擬，其加工結(jié)果如下圖： 圖3-12 至此，模具型腔一的一面已經(jīng)加工完成，下面進(jìn)行澆注口的加工，需重新裝夾，在仿真加工中，需重新定義毛坯，其過程同上。其加工結(jié)果如下圖： 圖3-13 模具型腔二的加工過程與模具型腔一的加工過程基本相同，這里不再贅述，其加工結(jié)果如下圖： 圖3-14 使用MasterCAM進(jìn)行自動(dòng)加工，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)零件形狀,自動(dòng)計(jì)算刀具的軌跡點(diǎn)。在定義刀具路徑時(shí)，應(yīng)該根據(jù)零件的外形，選擇合理的刀具路徑。在仿真加工時(shí)，即使其他參數(shù)完全一致，如果走刀方式不同，也會(huì)使加工結(jié)果不同。 3.2 加工后處理 要得到CNC控制器可以解讀的NC碼需進(jìn)行后處理。在操作管理器中單擊Po 按鈕，彈出下圖對(duì)話框： 圖3-15 　選中Save NC file,單擊OK即可。 4 塑件模具的加工 模具制造中常有很多零件需采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行加工。因此，無論是手工編程，還是自動(dòng)編程，在數(shù)控編程之前均需對(duì)所加工的零件進(jìn)行全面的工藝分析。若工藝分析不周全，往往會(huì)造成工藝設(shè)計(jì)不合理，從而引起編程工作反復(fù)，使工作量成倍增加，嚴(yán)重時(shí)甚至造成數(shù)控加工出錯(cuò)，導(dǎo)致模具報(bào)廢。因此，合理的工藝分析是保證正確編程的依據(jù)。 4.１數(shù)控加工工藝的一般原則 4.1.1圖樣尺寸的標(biāo)注 一般情況下，尺寸標(biāo)注時(shí)因較多的考慮裝配因素，常采用分散尺寸標(biāo)注法，但這樣常?；亟o數(shù)控加工工序安排帶來很多不便。由于數(shù)控加工精度及重復(fù)定位精度均較高，不會(huì)產(chǎn)生較大的誤差影響使用性能，因此對(duì)數(shù)控編程的模具零件圖，將局部尺寸分散標(biāo)注改為已同一基準(zhǔn)引注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這樣既便于編程又利于尺寸間的相互協(xié)調(diào)，還便于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、檢測(cè)基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)（或編程基準(zhǔn)點(diǎn)）保持一致。 4.1.2 編程原點(diǎn)的選擇 編程原點(diǎn)通常作為編程坐標(biāo)的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，它的正確選擇將直接影響模具零件的加工精度和坐標(biāo)尺寸計(jì)算的難易程度 1) 編程原點(diǎn)因盡可能與圖樣上的尺寸基準(zhǔn)相重合。例如：以孔定位的零件，應(yīng)以孔的中心作為編程原點(diǎn)。加工路線是封閉形式時(shí)，因在精度要求較高的表面選擇編程原點(diǎn)（或加工其始點(diǎn)） 2) 編程原點(diǎn)的選擇因有利于編程和數(shù)值的計(jì)算。 3) 編程原點(diǎn)應(yīng)容易找出，測(cè)量位置較方便 4) 編程原點(diǎn)所引起的加工誤差最小 4.1.3 模具加工的特殊工藝要求 普遍性的零件結(jié)構(gòu)工藝性同樣適用與數(shù)控加工，此外，結(jié)合模具制造和數(shù)控加工的工藝特點(diǎn)，應(yīng)注意： １) 零件的型腔和外形應(yīng)盡量采用同類的幾何型體和統(tǒng)一的尺寸，尤其是加工轉(zhuǎn)角處的凹圓弧半徑，最好采用統(tǒng)一的尺寸，已減少刀具品種和換刀次數(shù)，便于編程，有利于提高生產(chǎn)效率。 ２) 應(yīng)采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)。數(shù)控加工中若沒有統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，會(huì)因零件的重新安裝而引起加工后兩個(gè)面上的輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)，生成較多的誤差。 ３) 避免造成欠切削和過切削現(xiàn)象。用銑刀內(nèi)外輪廓時(shí)，刀具的切入點(diǎn)和切出點(diǎn)應(yīng)選在零件輪廓幾何參數(shù)交點(diǎn)處，并選擇合適的切入和切出方向。 ４) 零件內(nèi)模轉(zhuǎn)角處的圓角半徑不宜過小，底面與側(cè)徑間的圓角半徑不宜過大。 4.２工藝分析 4.２.1模具的工藝性審查 1） 模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 模具A （見圖2-3，零件圖見附圖）。該模具與塑件的外表面結(jié)合，有很高的精度要求。主要加工的部分為較小的凸臺(tái)，但凸臺(tái)的形狀較為規(guī)則。 模具B （見圖2-4，零件圖見附圖）。該模具與塑件的內(nèi)表面結(jié)合，精度要求相對(duì)較低。主要加工部分為槽和圓孔。 2） 主要技術(shù)要求 零件圖上的主要技術(shù)要求有：1、淬火處理：43-47HRC；2、銳角去毛倒鈍； 3、未注拔模斜度2.5 3） 零件材料 零件的材料為45鋼，可以通過淬火處理來獲得所需的機(jī)械和力學(xué)性能。 4.２.2模具加工參數(shù)的設(shè)定 1）毛坯選擇 （1）考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯。 （2）確定毛坯的形狀、尺寸：選用45鋼鍛件102×102×21（mm）。 2）基準(zhǔn)選擇 加工中心要求工序集中，能在一次裝夾內(nèi)完成的加工盡量在一次裝夾內(nèi)完成，這樣可以降低由于基準(zhǔn)不重合而導(dǎo)致的基準(zhǔn)不重合度誤差。根據(jù)對(duì)工件的加工的初步分析在毛坯的初次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準(zhǔn)。 3）確定零件的安裝方法和夾具選擇 在確定零件的裝夾方法時(shí),應(yīng)注意減少次數(shù),盡可能做到一次裝夾后能加工出全部待加工表面,以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的功能。夾具選擇必須力求其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,裝卸零件迅速,安裝準(zhǔn)確可靠。此零件的加工，根據(jù)其方形形狀，采用平口鉗作為夾具即可。 4）確定程序原點(diǎn)和換刀點(diǎn) 確定程序原點(diǎn)和換刀點(diǎn)的確定為了提高零件的加工精度,程序原點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)上。例如以孔定位的零件,以孔的中心作為原點(diǎn)較為合適。程序原點(diǎn)還可選在兩垂直平面的交線上,不論是用已知直徑的銑刀,還是用標(biāo)準(zhǔn)心棒加塞尺或是用測(cè)頭都可以很方便地找到這一交線。換刀點(diǎn)是為帶刀庫的加工中心而設(shè)定的。為了防止換刀時(shí)刀具與工件或夾具發(fā)生碰撞,換刀點(diǎn)應(yīng)設(shè)在被加工零件的外面。針對(duì)此零件的加工，選擇零件的上表面左下點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。 5）工件坐標(biāo)系的設(shè)定 FANUC立式加工中心可以設(shè)定多個(gè)坐標(biāo)系，并將坐標(biāo)值輸入加工中心，然后使用Ｇ５４～Ｇ５９調(diào)用設(shè)定的坐標(biāo)系，簡(jiǎn)化編程。 4.2.3擬訂加工工藝路線 見附件工藝過程卡 4.3手工編程 　　手工編程應(yīng)該綜合考慮加工精度的要求、機(jī)床實(shí)際加工能力、刀具的大小、切削用量的合理選擇 4.3.1確定加工路線的原則與簡(jiǎn)易方法 確定加工路線在確定走刀路線時(shí),應(yīng)使數(shù)值計(jì)算簡(jiǎn)單,程序段少,以減少程序工作量。為了發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用,應(yīng)使加工路線最短,減少空走刀時(shí)間。對(duì)于點(diǎn)位控制的機(jī)床,定位精度要求較高,所以定位過程盡可能快。 在編程過程中可以充分利用AutoCAD軟件的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行編程的輔助。通過精確的繪制零件的二維工程圖，然后利用AutoCAD中的Offset命令根據(jù)刀具的直徑大小將輪廓線偏置一距離，確定刀具的軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)值，從而方便編程。如下例： 圖4-1 如圖加工深度為6.6的槽，槽的圓角半徑為R=2mm，選擇直徑為4mm的平銑刀，利用AutoCAD的Offset命令，將槽的四條邊分別向里偏置2mm作為刀具的路徑，再將槽內(nèi)左邊的線向右偏置3.5mm (刀具直徑為4mm,保證一定的重疊量)，這樣可繪制出加工路線，然后利用AutoCAD的標(biāo)注尺寸命令，將路線的各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)出，作為刀具的軌跡轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這樣可以方便的進(jìn)行編程。 編制程序如下： N0080 T01 M98 P9000 N0090 G00 G90 G54 X65.05 Y36.1 N0100 G43 Z100 H01 N0110 S800 M03 N0110 G00 Z5 N0120 #01=-1.6 N0130 G01 Z#01 F100 N0130 X61.55 Y36.1 N0140 X61.55 Y63.9 N0150 X70.05 Y63.9 N0160 X65.05 Y65.05 N0170 X65.05 Y60.04 N0180 X67.55 Y36.1 N0190 G00 Z10 N0120 #01=#01-1 N0130 IF [#01 GT -6.71] GOTO 0130 N0140 G00 Z100 N0150 M30 4.3.2宏程序的使用 　　　雖然子程序在編制相同加工操作的程序時(shí)可以簡(jiǎn)化編程，但宏程序由于允許使用變量、算術(shù)和邏輯運(yùn)算及條件轉(zhuǎn)移，使得編制相同加工操作的程序更方便，更容易。 　　如上圖銑削深6.6mm的槽，編程時(shí)只需第一層的加工程序，使用變量＃０１表示-Z方向的切削深度，并用＃０１＝＃０１-１表示切削深度的變化，這樣可以通過判斷語句和循環(huán)語句方便地實(shí)現(xiàn)指定的切削深度。 4.3.3合理劃分程序塊 　　手工編程是一項(xiàng)非常煩瑣的工作，編程時(shí)一個(gè)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤就可能導(dǎo)致加工的出錯(cuò)。由于數(shù)控加工一個(gè)是按照程序高自動(dòng)化進(jìn)行的過程。因此，編程時(shí)應(yīng)該合理的按照工序把程序劃分為若干個(gè)程序塊，每個(gè)程序塊包括幾個(gè)較為集中工序，這樣分塊進(jìn)行編程加工，即有利于編程，又有利于程序的校驗(yàn)。 　　手工程序見附件 4.3.4手工程序和自動(dòng)程序的比較 1）.從程序的簡(jiǎn)易程度看 一個(gè)很直觀的事實(shí)就是手工編制的程序要比自動(dòng)生成的程序簡(jiǎn)便得多，手工編程由于融入了編程人員思想，在某些問題上會(huì)處理得更合理。 2）.從使用的程序指令看 自動(dòng)編程所形成的加工軌跡，是完全按照模具的形狀，確定加工軌跡點(diǎn)的，很少利用簡(jiǎn)化編程的指令。它充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能，來確定軌跡點(diǎn)的坐標(biāo)值，而且能近似到微米級(jí)的精度。手工編程，在很多時(shí)候，可以利用宏指令，循環(huán)語句、判斷語句來簡(jiǎn)化編程，程序中的套用要比自動(dòng)程序多得多，這也是手工編程很簡(jiǎn)便一個(gè)重要原因。 3）.從程序產(chǎn)生過程看 利用仿真系統(tǒng)形成自動(dòng)加工程序，所需要計(jì)算量很小，但必須要對(duì)所加工的零件進(jìn)行精確的三維造型。而手工編程，則需要進(jìn)行大量的復(fù)雜的、煩瑣的計(jì)算，必須借助必要的工具來確定每一個(gè)軌跡轉(zhuǎn)折點(diǎn)的坐標(biāo)，很容易出錯(cuò)，有時(shí)甚至?xí)驗(yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)的計(jì)算錯(cuò)誤，或者是因?yàn)橐粫r(shí)的疏忽而給整個(gè)加工帶來無法挽回的后果。這種錯(cuò)誤在加工復(fù)雜零件時(shí)更為突出。 4）.從加工結(jié)果看 雖然自動(dòng)生成的加工程序很復(fù)雜，也很煩瑣，甚至有很多加工軌跡點(diǎn)是人為無法想象和確定的，但由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能和高準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，使得自動(dòng)生成的加工程序其加工結(jié)果要比手工編程的加工結(jié)果精確得多，尤其是在加工一些復(fù)雜形狀的工件時(shí)。 4.4　加工 1）.加工前，先根據(jù)零件的形狀大小，確定裝夾方式。我選擇平口鉗作為裝夾工具。將平口鉗放于機(jī)床工作臺(tái)上，用百分表將鉗口拉成直線，再用兩個(gè)螺栓將平口鉗固定。將等高塊置于鉗口內(nèi)，把工件放在等高塊上，夾緊工件。將工件的基準(zhǔn)邊用立銑刀切直。 2）.確定基準(zhǔn) 先將標(biāo)準(zhǔn)棒裝在主軸上，將標(biāo)準(zhǔn)棒移至基準(zhǔn)邊的左外側(cè)并使標(biāo)準(zhǔn)棒的端面低于工件上平面10mm左右，用標(biāo)準(zhǔn)塊在工件側(cè)邊與標(biāo)準(zhǔn)棒之間進(jìn)行測(cè)量，使間距剛好為標(biāo)準(zhǔn)塊的寬度。如圖所示： 圖4-2 記下此時(shí)機(jī)床的X軸機(jī)械坐標(biāo)，計(jì)算工件的X軸零點(diǎn)位置。 計(jì)算公式如下： X軸工件坐標(biāo)=X軸機(jī)械坐標(biāo)+標(biāo)準(zhǔn)棒直徑/2+標(biāo)準(zhǔn)塊寬度 Y軸工件坐標(biāo)依此類推可得： Y軸工件坐標(biāo)=Y軸機(jī)械坐標(biāo)+標(biāo)準(zhǔn)棒直徑/2+標(biāo)準(zhǔn)塊寬度 將標(biāo)準(zhǔn)棒移到工件上表面，測(cè)量方法如上，公式如下： Z軸工件坐標(biāo)=Z軸機(jī)械坐標(biāo)-標(biāo)準(zhǔn)棒長(zhǎng)度-標(biāo)準(zhǔn)塊寬度 將計(jì)算結(jié)果輸入機(jī)床。 3）裝夾刀具并確定刀具長(zhǎng)度 將準(zhǔn)備好的刀具一一裝入刀庫，并將刀具長(zhǎng)度值按編號(hào)輸入機(jī)床，以便加工時(shí) 直接調(diào)用刀具的長(zhǎng)度補(bǔ)償值。 4）再將編好的程序輸入機(jī)床，檢查無誤后即可進(jìn)行自動(dòng)加工。 我們利用手工編制的程序在FANUC XH-713A型立式加工中心進(jìn)行了加工，結(jié)果如下圖： 圖4-3 上面的白色塑料制品為塑件插座，下面兩個(gè)是在加工中心上加工出來的塑件的模具型腔圖。 5 塑件模具編程、加工中出現(xiàn)的問題及解決方案 模具加工好后，對(duì)其加工結(jié)果進(jìn)行測(cè)量分析。由于數(shù)控加工的精度較高，其尺寸誤差較小，基本符合要求。存在的主要問題是： 5.1銑削曲線輪廓時(shí)的過切與刀痕 銑削曲線輪廓的直接入刀會(huì)引起過切。因此必須采用刀具半徑補(bǔ)償，找到合 的入刀點(diǎn)是關(guān)鍵。從曲線入刀點(diǎn)法向入刀可有效防止曲線的過切，但從法向入刀，曲 線入刀點(diǎn)易出現(xiàn)一個(gè)刀痕，可采用近似方式從曲線切向入刀。 如圖5-1：銑削圓孔時(shí)，銑刀從工件中心起刀，向下到B點(diǎn)。從B點(diǎn)開始銑圓， 銑刀運(yùn)動(dòng)一周，銑整園再回到B點(diǎn)，從B點(diǎn)向上退刀到起刀點(diǎn)，由于銑刀在B點(diǎn)停 留時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)在B點(diǎn)產(chǎn)生明顯的到痕。為避免刀痕，常使用切入圓弧和切出圓弧。如 圖5-2： 圖5-1 圖5-2 　　 切入、切出圓弧小于并接近于圓弧半徑，刀點(diǎn)從工件中心起刀到切入圓弧的起刀點(diǎn)A，沿切入圓弧銑削到B點(diǎn)，從B點(diǎn)開始銑削整圓再回到B點(diǎn)，從B點(diǎn)沿切出圓弧回到切出圓弧的終點(diǎn)C，回到工件中心。當(dāng)使用圓臺(tái)時(shí)可使用與圓相切的切入、切出直線段。 5.2銑削曲線輪廓時(shí)的少切 加工時(shí)數(shù)據(jù)起點(diǎn)和終點(diǎn)不閉合，以至進(jìn)刀和退刀時(shí)刀具位置不重合，造成少切。 解決少切的關(guān)鍵是使數(shù)據(jù)曲線閉合，為消除切痕，超過曲線上實(shí)際切入點(diǎn)再退刀。 5.3采用雙變量銑削錐槽時(shí)產(chǎn)生階梯形刀痕 如圖5-1：現(xiàn)需銑45度錐槽，采用2mm銑刀，水平方向變量每和豎直方向變量每次都進(jìn)給1mm，原本需得到的是A-F直線，但實(shí)際結(jié)果卻銑成A-B-C-D-E的階梯形。如果改變水平方向和豎直方向進(jìn)給量，如每次0.25mm,則其形狀就更加接近直線。由于刀具原因，這種情況是不可避免的。但我們可以通過縮小變量的進(jìn)給值來無限的逼近，加工完后，再進(jìn)行其他處理。 圖5-3 5.4其它常見問題 1) 數(shù)控加工中忽視粗、精加工分開的原則。應(yīng)按先粗后精的原則劃分工序 減少粗加工變形對(duì)精加工的影響。 2) 精加工時(shí)，因適當(dāng)調(diào)整加緊力，合理選用刀具，以保證加工精度。 3) 換刀位置不當(dāng)引起碰撞。換刀位置離工件較近，極可能發(fā)生刀具與工件或機(jī) 床部件的碰撞。因此，換刀點(diǎn)的設(shè)定因以刀架轉(zhuǎn)位時(shí)不碰撞工件和機(jī)床上的其他部件為準(zhǔn)則。 4) 刀具快進(jìn)時(shí)，與工件發(fā)生碰撞。這種情況的放生通常是由于刀具在水平方 快速移動(dòng)，而發(fā)生與工件的碰撞，而且很多時(shí)候是在加工已經(jīng)完成而回刀時(shí)。因此為防止發(fā)生這種現(xiàn)象，應(yīng)該在程序的結(jié)尾加一句+Z方向的回刀。 6 結(jié)論 本文研究了基于數(shù)控編程的模具設(shè)計(jì)加工的全過程，通過對(duì)編程過程和加工結(jié)果的分析，對(duì)數(shù)控加工中的一些問題提出了解決方案，現(xiàn)總結(jié)如下： 1、 介紹了利用Pro/e進(jìn)行三維造型，用MasterCAM進(jìn)行仿真加工的方法 2、 分析了手工編制的程序與自動(dòng)加工的程序的各自特點(diǎn) 3、 提出了一些基于數(shù)控加工的工藝原則 4、 提出了一種利用AutoCAD進(jìn)行輔助編程的簡(jiǎn)易方法 5、 提出了解決數(shù)控加工中過切問題的方法 6、 提出了解決數(shù)控加工中少切問題的方法 7、 提出了利用宏指令進(jìn)行編程時(shí)，優(yōu)化編程加工結(jié)果的方法 8、 提出了數(shù)控加工中其他一些常見問題的解決方法 這些問題的解決方法，都是在進(jìn)行實(shí)踐的基礎(chǔ)上，并借助查閱大量的專業(yè)資料 后提出的，并且通過實(shí)踐操作，解決了一些問題，希望能給工程人員的工作提供一些參考依據(jù)。 參考文獻(xiàn) １　廖衛(wèi)獻(xiàn). 數(shù)控銑床及加工中心自動(dòng)編程.　國(guó)防工業(yè)出版社，2002 2 卓迪仕. 數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用. 國(guó)防工業(yè)出版社, 1997 3 王睿、鄭聯(lián)語. 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Quarter Technical Papers/4th Quarter, 2002 　　　 　　　　 　　 　　　　 附件清單 1 塑件測(cè)繪圖1張 A2 2 塑件零件圖1張 A2 3 模具零件圖2張 A2 4 鑲塊零件圖4張 3張A4 1張A3 5 MasterCAM三維造型 （電子文檔） 7 Pro/E三維造型 （電子文檔） 8 MasterCAM仿真加工 （電子文檔） 9 數(shù)控加工自動(dòng)程序 （電子文檔） 10 加工成品相片一份 （電子文檔） 11 數(shù)控加工手工程序1套 12 FANUC XH-713加工中心操作須知1份 13 模具型腔工藝文件1套 27