数控铣床加工模具零件的工艺要点

2018-04-13唐黎标

电动工具 2018年3期

唐黎标

（杭州东新模具有限公司，浙江杭州 310022 ）

0 引言

随着技术进步和品牌意识的逐步提升，相关产品制造商对机加工零部件的质量提出更高要求。当前，自动化数控加工设备逐渐替代普通机床加工设备，应用在多行业。以模具产品为例，在多样性、功能性上有着较快、较新发展，产品更新速度快，各种复杂形式的零部件加工精度也在不断提高。在此背景和需求下，加工技术将不断朝自动化、网络化、数字化方向发展。

1 概述

在数控铣床工艺实际应用中往往会出现一些加工零件带有斜面、结构尺寸不精准等问题，由此需要投入二次加工甚至是多次加工，降低生产效率，这就需要从数控铣床的工艺流程入手进行改进，逐步提高模具零件加工质量和加工效率。

2 数控铣床特性

1）复杂工件加工能力强

数控铣床对于零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具类零件、壳体类零件等。同时，可加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。

2）加工质量高

依托于计算机技术，通过数据程序控制实现自动化加工，工作人员只需要在控制终端中输入相关的加工信息，即可保证加工质量，从而避免人工操作的误差问题。如在加工过程中出现了误差问题，通过调整数控系统软件即可实现误差矫正，较为便捷。

3）加工效率高

相比传统的模具加工工艺，数控铣工艺在零件加工中较大幅度提高加工效率，特别是对于五面体加工中心和柔性单元等设备而言，在零件装夹后即可实现绝大部分施工，避免多次装夹引发的加工误差，减少操作流程。

4）柔性高

柔性主要是体现在进行多种模具加工过程中，对编程内容进行调整即可实现不同种类模具加工，无需定制专用工具夹，缩短生产周期，降低成本，满足批量生产需求。

3 加工工艺与问题

通过选用不同类型的铣刀，比对加工过程中刀具和所加工零件斜面接触情况以及数控铣床加工斜面零件精度，从而进行深度探究。

1）倒角立铣刀

刀具参数：主轴速度：1 200 r/min；进给量100 mm/min；平头立铣刀Φ14 mm；刀尖倒角β=30°。

采用倒角立铣刀加工法，加工表面会出现一定的残留物，理想面和基准点的距离也不符合标准，最终导致所得到的工件存在一定的误差。如在此基础上继续加工制造，则缺失了标准的基准线，很难加工出符合设计要求的零部件。

2）不倒角立铣刀

刀具参数：主轴速度1 200 r/min；进给量100 mm/min；立铣刀Φ14 mm；刀尖半径R=0。

为更好地观察实际加工情况，理论上可将刀具与斜面接触情况进行理想化设计，沿模具零件的峰、谷两侧进行加工。但是，在实际应用中，加工表面依然存在残留问题，通过精加工工序去除残留量可得到符合要求的尺寸。理论上，在刀具加工参数设置过程中降低加工增量值可得到更小的峰值，其表面残留量也有所降低，同时也能降低加工难度。但实际加工中恰恰相反，不仅会增加工序、增加加工时间，同时也会降低工作效率。可见，不倒角立铣刀加工方法理论上非常理想，但是在实践中有着各种问题，倒角不可能为零。如刀具不倒角则降低了其强度和刚度，增加了刀具的磨损程度，甚至出现崩刃现象，由此加工的零件表面粗糙度也较差。

4 改进策略

1）改进加工方式

在加工过程中，应确保刀具斜面上的稳定性，合理规划刀具运动方向，在斜面与斜面之间的圆弧位置降低铣削给进速度。刀具与零件斜面一旦接触，后刀面和零件之间产生较大摩擦力，易引发共振。当刀具运行至斜面圆弧位置时，切入角与铣削长度增加，铣削切削度变薄，受铣刀的弹性变形影响产成“让刀”现象，逆铣时，产生“过切”现象。

切削量选择是否合理直接影响着整个零件加工质量，控制切削量和切削速度可有效降低共振现象，得到理想的加工面。如刚度允许，切削量（切削深度）与加工深度应相等，这对降低走刀次数有较好帮助。

2）合理设置刀具路径

在设置铣刀加工路径时，需掌握模具零件的加工精度和表面粗糙度，尽量减少走刀路线，降低空刀几率。可在零件相邻两行切刀路之间采用一定半径的圆弧给予过渡，在软件所提供刀路光顺化设置之后，相邻行切刀路中的行间移刀中增加一定半径的圆弧过渡，同时在另外一侧进行过渡设置，可避免出现两次走刀之间突然转弯的情况，让铣刀自然移动至下一个加工路线。如加工斜面为等高情况，可采用一定半径的圆弧过渡方法，在两个模具层间增加半圆弧度过渡，满足刀路平滑需求，同时缓解螺旋下刀减少切削阻力的问题，有效降低刀具磨损度。

3）内斜面采用螺旋进刀

在应用螺旋进刀过程中，需设置合理的螺旋直径范围，当小于设定范围时，系统自动降低螺旋直径，直至能够下刀为止。如螺旋直径过小，可采用斜坡下刀方法，加工时应考虑斜坡下刀次数，避免因振动在模具表面留下刀痕。加工带曲面的模具时，应注重合理选择加工方法。

精加工时，如刀具行间距离过小，即使采用一定半径圆弧过渡也会因直径太小而产生近乎直线过渡，此时应采用摆线进给方法进行加工，即增加两个刀具之间的距离，保证模具零件的加工质量。

4）优化加工流程

通常情况下，数控铣床加工模具应重视前期准备、方案设计、编程、定型四个环节。在前期准备中，提前设定模具零件，提出问题预判和应对措施，掌握相应数据信息，针对问题提出合理的建议。

在设计方案中，应结合车间实际情况细化到每个加工细节，进行刀具、设备机床等相关设备分析，规定产品型号数据。

编程环节作为中心环节，需重点考虑不同加工零件的作用与功能，最大限度发挥生产工具价值，结合设计标准内容进行自动化加工，通过前期准备方案设计好刀具运行轨迹，通过模拟演练观察轨迹是否可行，对于存在的偏差进行调整。

定型环节检查、验证整个流程的正确性，确保各项工艺正确，防止加工期间不良现象的发生。