基于UG的曲轴锻模数控加工工艺与编程

赵明炯+潘强+方名汉

摘 要： 本文以曲軸锻模下模为例，对下模的结构特征、材料的硬度及所需刀具等进行综合加工工艺分析，制定数控加工工艺规程，介绍基于UG的曲轴锻模数控编程与加工的过程。

关键词： 曲轴锻模；加工工序；刀具选择；数控加工

中图分类号： TG76 文献标识码： A 文章编号： 2095-8153（2016）06-0108-02

0 引言

曲轴是发动机中最重要的部件。要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面须耐磨，工作均匀、平衡性好。曲轴粗加工广泛采用数控车床、数控内铣床、数控车拉床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进行数控车削、内铣削、车-拉削加工，以有效减少曲轴加工的变形量。曲轴精加工采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工。而曲轴的毛坯是通过锻造生产的，曲轴锻造的质量直接影响其在发动机中使用性能，所以锻造使用的模具，是保证曲轴锻造质量的关键。本文以曲轴锻模下模为例，介绍基于UG的曲轴锻模数控编程与加工的过程。

1 曲轴锻模加工工艺分析

锻模材料为4Cr5MoSiV，该材料具有耐磨损性、高温强度、热态硬度、韧度等优点，广泛应用于锻造模具中。曲轴锻模下模毛坯尺寸600×320×160；为了保证模具的整体强度，在数控加工前先对材料进行热处理，材料硬度达到HRC45-50，加工难度比较大。首先该模具腔体最窄处只有6.5 mm，最深处达到60 mm，只能选择φ6以下的刀具进行加工，刀具直径小且伸得长，刀具直径刚性就比较差，容易断刀；其次如图1所示，主轴颈、曲柄颈之间圆弧连接比较多，型面复杂，加工过程中容易过切。所以必须合理安排数控加工工艺，才能完成锻模下模的加工。

2 制定数控加工工艺规程

2.1 零件的定位与装夹

为使编程基准与锻模设计基准重合并使程序尽可能简短，方便加工过程中对刀，曲轴锻模加工坐标系设定在零件表面的对称中心。为了保证一次装夹，完成模具上表面所有部位的加工，采用强力吸盘方式，吸住工件，校正下模，使长边基准面与加工中心的X轴平行。

2.2 锻模数控加工工序

曲轴锻模数控加工工序卡如表1所示。

工序1：为了提高加工效率，选用D30R5圆鼻铣刀，加工方式为型腔铣，加工余量为0.3 mm，粗加工曲轴锻模型腔及四处锁扣。型腔及锁扣加工轨迹如图2所示。

工序2：在D30R5圆鼻铣刀加工后，选用D17R3.5圆鼻铣刀，继续采用型腔铣加工方式，并在切削参数空间范围中设置参考刀具为D30R5，零件余量为0.3 mm，进一步完成曲轴锻模型腔的粗加工。D17R3.5圆鼻铣刀型腔粗加工轨迹如图3所示。

工序3：选用D20R4圆鼻铣刀，采用深度轮廓加工方式，并在切削参数策略中设置切削方向为混合，精铣四个锁扣，零件余量设定为0 mm。精加工四个锁扣轨迹如图4所示。

工序4：选用D10R3圆鼻铣刀，采用深度轮廓加工方式，并在切削参数策略中设置切削方向为混合，半精加工曲轴锻模型腔，零件余量设定为 0.3 mm。半精加工曲轴锻模型腔轨迹如图5所示。

工序5：选用R5球头铣刀，采用深度轮廓加工方式，并在切削参数策略中设置切削方向为混合，精加工曲轴锻模型腔，零件余量设定为0 mm。加工轨迹类似图6。

工序6：型腔根部圆角为R3，R5球头铣刀加工后，还有一定的余量，选用D6R1圆鼻铣刀，采用型腔铣加工方式，并在切削参数空间范围中设置参考刀具为R5，零件余量为0.3mm，去除曲轴锻模型腔根部余量。清角加工轨迹如图6所示。

工序7：采用R3球头铣刀对曲轴型腔进行清根加工。清根加工轨迹如图7所示。

3 结语

数控加工工艺的制定是否合理，对编制加工程序，保证零件精度，提高加工效率和降低加工成本都有着十分重要的影响[1]。针对曲轴锻模的结构特点，进行全面的工艺分析，选择合理的加工设备、刀具和装夹方法，制定了数控加工艺规程，利用UG软件，编制合理、高效的数控程序，确保零件精度的前提下，提高了加工效率，最终顺利完成零件的加工，对类似零件的加工有一定参考价值。

[参考文献]

[1]龙家钊.基于PowerMill的打印机外壳定模型芯加工[J].模具工业，2014，40（11）：56-59.

Abstract： This paper studies the lower mold of crankshaft forging die and makes a comprehensive analysis on its structure， material hardness and the necessary tool，develops CNC machining process specification，and introduces NC programming and machining process based on UG crankshaft forging die.

Key words： crankshaft forging die；processing operations；tool selection；NC