（廣東佛山職業(yè)技術(shù)學院，廣東 佛山 528137）

隨著高新技術(shù)的不斷改進，高速切削加工已成為模具行業(yè)當代先進技術(shù)的重要組成部分，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，保證模具加工企業(yè)實現(xiàn)“零打磨、少拋光”這一目標得以實現(xiàn)，在模具行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

在汽車消費的普及期，汽車輪轂?zāi)＞呱a(chǎn)市場前景廣闊。但要面對多種挑戰(zhàn)，如大幅提高生產(chǎn)規(guī)模、持續(xù)降低成本、適應(yīng)市場變化、適應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等，為了提高企業(yè)競爭力，提高工件加工效率、精度和表面質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，企業(yè)實際生產(chǎn)中廣泛使用了高速切削加工。在傳統(tǒng)模具的加工工藝流程，生產(chǎn)下模零件需要通過毛坯——粗加工——熱處理——半精加工——電極加工——精加工——電火花加工——大量手工修模等制造過程。通過引入高速切削加工，能獲得很高的表面質(zhì)量，省去電加工工序，減少大量的鉗工拋光打磨環(huán)節(jié)，提高模具質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短交貨周期。和傳統(tǒng)加工相比，高速加工模具制造周期節(jié)省35%以上，如圖1所示。

圖1傳統(tǒng)加工與高速加工模具制造周期

本文針對汽車輪轂精密壓鑄模下模零件特征，分析下模加工工藝，改變傳統(tǒng)的加工方式，采用高速切削加工，制定更加優(yōu)化的加工工藝方案流程，實現(xiàn)下模零件“零打磨，少拋光”。

1 下模工藝分析

某汽車輪轂?zāi)＞呦履Ａ慵鐖D2所示，該零件所有未注圓角均為R0.5，非型腔面未注倒角1×45°，型腔表面未注粗糙度：Ra1.6，配合面Ra3.2，其余Ra6.4；型腔各部圓角要圓滑，型腔面不能有明顯的劃痕及刀痕；所有未注明尺寸公差按±0.15控制；熱處理要求：先細化晶粒，再調(diào)質(zhì)處理，硬度HRC40～45；型腔加工到位，型腔面不得焊接。如圖2所示。

圖2下模零件工程圖

根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備情況，按照圖紙尺寸要求與零件技術(shù)要求，零件以準46 mm澆口套孔作為零件的定位中心，由于零件底面特征與型腔面特征有行位要求，需數(shù)控銑床在加工底面特征時在準506 mm模具最大尺寸外圓處設(shè)計一基準缺口，滿足下一工位型腔面加工時找正。模具加工工藝流程如表1所示。

表1模具加工工藝流程

2 基于UGNX8.5的下模高速切削加工

高速切削之所以得到工業(yè)界越來越廣泛地應(yīng)用，是因為它相對傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性。該技術(shù)的發(fā)展涉及到零件毛坯、刀具、機床、自動控制與檢測等多種技術(shù)的綜合優(yōu)化，需要變革傳統(tǒng)的機加工工藝路線。

下面以UGNX 8.5 CAD/CAM軟件，針對汽車輪轂下模零件型腔面的加工來介紹如何生成和處理高速加工刀路，實現(xiàn)模具加工“零打磨、少拋光”這一目標。

2.1 NURBS曲線插補原理

NURBS曲線插補，誤差小、精度高，可以簡化NC代碼程序，不僅可以控制機床NURBS曲線的曲率變化，還可以進行不超出機床許可加速度的自動進給速度控制，可實現(xiàn)高速、高精度的模具加工。NURBS曲線插補使用控制點、節(jié)點矢量、權(quán)3個變量來表達自由曲線，公式如下所示：

式中：P（T）為 ρ階 NURBS；曲線Bi·a(T)為a樣條的a階3次函數(shù)；ωi為權(quán)因子；ρi為控制頂點。

2.2 NURBS曲線插補指令格式

NURBS曲線插補指令格式為 G6.2P_K_X_Y_Z_R_F_。式中：G6.2為NURBS插補G代碼；P為NURBS曲線曲線的階數(shù)，缺省值為4（三次樣條）；K為控制點矢量；X、Y、Z為控制點坐標；R為權(quán)重，缺省值為1；F為進給速度。

2.3 UGNX 8.5高速加工的應(yīng)用

UGNX 8.5進行高速精加工時，最主要注意選擇合理的切削方式、光順拐角過渡、圓弧進退刀加工策略、機床控制運動輸出、后置處理設(shè)設(shè)定等方面，下面針對輪轂?zāi)＞呦履Ｐ颓幻娓咚倬庸ぶv述UG NX 8.5高速加工的應(yīng)用。

（1）切削方式選擇

采用高速機床對零件進行加工時，切削方式的選擇至關(guān)重要，需要把曲面分為陡峭面與非陡峭面兩大類分別進行精加工，以保證曲面殘留高度的均衡。針對不規(guī)則的陡峭面采用深度加工輪廓進行加工，切削參數(shù)中的層間連接方式使用沿部件交叉斜進刀方式，減少刀軌抬刀，層與層之間連續(xù)光順過渡；針對規(guī)則的陡峭面采用固定軸輪廓銑進行加工，驅(qū)動方法選擇流線，切削模式選擇螺旋或螺旋式，生成螺旋線方式的刀軌，能加工出高表面質(zhì)量的產(chǎn)品，符合高速切削加工要求；針對非陡峭面主要采用固定軸輪廓銑進行加工，驅(qū)動方式主要選擇區(qū)域銑削、螺旋式、曲面等，根據(jù)零件特征選擇不同的加工策略。

（2）拐角控制

在高速銑削過程里，為了保證機床的性能，所有刀軌盡可能避免尖角過度，基于UG NX 8.5CAM模塊里拐角控制相應(yīng)的處理方法，如圖3所示。通過拐角設(shè)，可以生成帶圓弧光滑過渡的刀路，如圖4所示，避免加工時產(chǎn)生振動和停頓現(xiàn)象，這樣才能生成符合高速切削加工刀軌，提高產(chǎn)品表面光潔度。

圖3拐角光順設(shè)置

圖4刀軌拐角應(yīng)用前后效果

（3）機床控制運動輸出

為了得到更高的精度和表面光潔度，在UG軟件中直接生成基于NURBS曲線插補的刀具軌跡數(shù)據(jù)，使得程序更加簡化，提高實際加工時間。需要在“機床控制”對話框中的“運動輸出類型”中選擇“Nurbs”選項，勾選連接分段，設(shè)定角度公差與連接件公差，如圖5所示，為得到高精度與高光潔度，角度公差值應(yīng)設(shè)置小于5°，擬合公差越大，曲線越光順，擬合公差越小，曲線越逼近。

圖5機床控制運動輸出設(shè)定

（4）后置處理設(shè)定

完成刀軌的設(shè)置后，需要選擇帶NURBS曲線插補功能的后置處理文件，才能生成NURBS插補的G代碼。可以通過現(xiàn)有的后置處理文件，通過UG自帶后處理構(gòu)造器，對原有的后處理文件進行修改，增加NURBS曲線插補的啟動與取消模塊，也能生成正確的NURBS插補的G代碼。

打開UG NX 8.5后處理構(gòu)造器，打開相應(yīng)后處理PUI文件，選擇“程序和刀軌”—“程序”—“程序起始序列”—“程序開始”，后面增加新塊“PB_CMD_nurbs_initialize”，實現(xiàn)初始化NURBS曲線插補功能，如圖6所示；然后在“程序結(jié)束序列”—“程序結(jié)束”中，第一行增加新塊“PB_CMD_nurbs_end_of_program”，取消NURBS曲線插補功能，如圖7所示。

圖6啟動NURBS曲線插補

圖7取消NURBS曲線插補

（5）輸出NURBS曲線插補程序

下模零件型腔面精加工程序如圖8所示，所有刀路根據(jù)高速加工理念設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，機床控制運動輸出選擇“NURBS”，生成NURBS曲線插補G代碼，在高速數(shù)控銑床對模具進行精加工，零件vericut仿真加工效果如圖9所示，下模零件加工效果如圖10所示。

圖8型腔面精加工刀路

圖9 vericut仿真加工效果

圖10下模零件加工效果

通過選擇帶NURBS曲線插補功能后處理器，輸出NURBS曲線插補程序如下：

%K0.0 X-1.2637 Z3.0758 G40 G17 G94 G90 G70 K0.0 X-1.2239 Z3.0381 G91 G28 Z0.0 K0.0 X-1.2134 Z2.9919 S16000 M03 K1.G0 G54 G90 X-10.372 Y0.0 ......G43 Z100 H00 G1 X-1.3752 Z3.1692 C273.438 Z3.1692 G0 Z5.5474 G05 P10000 G05 P0 G6.2 P04 K0.0 X-1.3107 Y0.0 Z3.0826 M30

3 結(jié)束語

針對汽車輪轂壓鑄模下模零件，改變傳統(tǒng)的加工工藝，引用高速切削技術(shù)，能大幅縮短模具制造周期，降低加工成本，提高模具生產(chǎn)質(zhì)量，實現(xiàn)模具制造的“零打磨，少拋光”這一目標，解決企業(yè)實際生產(chǎn)問題。

[1]謝 婧，高速切削加工在機械制造中的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造，2006（6）：152-153.

[2]戴冠林.基于UG的NURBS曲線插補技術(shù)的應(yīng)用研究[J].機械研究與應(yīng)用，2012，（5）：66-71.

[3]李厚佳，周立波.面向高速切削的數(shù)控加工工藝研究[J].機械設(shè)計與制造，2010，（4）：171-173.

[4]張國政，周元枝.輪輞數(shù)控加工工藝分析及其加工中心夾具設(shè)計[J].機床與液壓，2014，42（14）：30-32.

[5]胡 靜，宋 晶，王曦崴.基于PowerMILL的密封環(huán)高速加工數(shù)控編程研究[J].機床與液壓，2014 ，42（10）：68-71.

[6]何鏡奎，曾向彬.基于NX6.0高速加工方式的應(yīng)用[J].模具制造技術(shù)，2014，（7）：78-80.