現(xiàn)代模具成形制造中，型面設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，自由曲面所占比例不斷增加，制造精度要求日益提高，而交貨期不斷縮短，這就對(duì)模具加工提出了更高的要求。隨著數(shù)控機(jī)床、刀具系統(tǒng)及CAD／CAM軟件的不斷發(fā)展，高速切削加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用越來越廣泛。

　　《CAXA制造工程師》是北航海爾公司開發(fā)的機(jī)械設(shè)計(jì)及制造系列軟件中的一個(gè)組成部分．主要用途是為數(shù)控銑床及加工中心完成數(shù)控自動(dòng)編程。蘭州交通大學(xué)鐵道技術(shù)學(xué)院在引入該軟件之后，通過在大河機(jī)床廠生產(chǎn)的DK45型數(shù)控銑床及V700型加工中心的使用中發(fā)現(xiàn)，該軟件在模具型腔的加工方面有比較好的效果。該軟件相對(duì)國外三維加工軟件而言，價(jià)格比較便宜，基本功能較為齊全，可滿足機(jī)械加工中常用二維及三維模具型腔的加工，具有比較好的應(yīng)用前景。

　　現(xiàn)有一典型模具型腔零件如圖l所示。其數(shù)控加工流程為：CAD模型設(shè)計(jì)，刀具軌跡生成，后置設(shè)置，生成G代碼，最后連接數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。

1 CAD造型設(shè)計(jì)

　　CAXA制造工程師軟件具有卓越的實(shí)體造型、模具設(shè)計(jì)功能，是在Windows環(huán)境下運(yùn)行的CAD／CAM軟件。結(jié)合該模具型腔的結(jié)構(gòu)特征，首選功能是CAXA中的曲面實(shí)體混合造型。

圖1模具型腔零件圖

　　1.1 分析零件圖

　　(1)通過零件圖可以知道，該零件整體結(jié)構(gòu)是一個(gè)長方體。

　　(2)通過主、俯視圖可以看出長方體中間有一個(gè)型腔，由B—B、A—A剖視圖可知型腔底部為一曲面；從主視圖可以看出型腔內(nèi)部有高度不同的兩個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)基本形狀可由俯視圖及主視圖看到。

　　(3)從俯視圖和B—B、A—A剖視圖可以看出，在長方體的長度方向上表面有一個(gè)曲面凹槽。

　　1.2 確定造型方法

　　(1)用拉伸增料方式構(gòu)造一長方體。

　　(2)由于凹缺部分的左、右兩截面形狀不同，故用放樣除料。

　　(3)型腔底部為一曲面，用掃描面先做出此曲面，再用拉伸除料到面方式做出型腔。

　　(4)從主視圖可知凸臺(tái)上、下表面位置，故下凸臺(tái)可從上表面用拉伸到曲面的增料方式完成造型，上凸臺(tái)由于上、下兩表面形狀不同，故用放樣增料方式完成造型。

　　(5)曲面凹槽：先用雙導(dǎo)動(dòng)面做出曲面，再用曲面裁剪實(shí)體方式得到曲面凹槽。

　　1.3 建模注意事項(xiàng)

　　(1)軟件所繪制草圖必須是首尾相接無重疊的封閉輪廓，每個(gè)草圖繪制完成后都要進(jìn)行草圖封閉性檢查。如果出現(xiàn)開口環(huán)問題，解決方法如下：①對(duì)出現(xiàn)開口環(huán)位置的兩個(gè)草圖元素進(jìn)行尖角過渡，來解決草圖元素交叉或未接觸問題；②對(duì)出現(xiàn)開口環(huán)位置的兩個(gè)草圖元素分別進(jìn)行刪除處理，以解決重疊線的問題。

　　(2)放樣除料時(shí)，要注意放樣的兩個(gè)草圖節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)問題。例如一個(gè)草圖有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，而另一個(gè)草圖為六個(gè)節(jié)點(diǎn)，放樣處理時(shí)有可能出現(xiàn)實(shí)體模型扭曲的情況。

(3)用曲面裁剪實(shí)體的時(shí)候，要注意臨界性問題。所做曲面一定要比被裁減的實(shí)體略大，可以采用曲面延伸的辦法處理。

2 刀具軌跡生成

　　2.1 擬定工藝路線

　　高速加工的關(guān)鍵是要保證三點(diǎn)：①保持切削載荷的平穩(wěn)；②最小的進(jìn)給率損失；③最大的程序處理速度。

　　基于以上三點(diǎn)的要求，加工時(shí)主要注意以下原則：

　　(1)加工方法的選定：以擺線加工、等高加工、掃描線加工、三維偏置加工為主。

　　(2)刀具路徑：擺線、掃描線可有效提高切削時(shí)載荷的平穩(wěn)性。

　　(3)下刀問題：要考慮被加工對(duì)象屬于封閉型腔、開放型腔、半封閉型腔三種類型的哪一種。封閉型腔要采用螺旋式下刀，特別注意下刀半徑的干涉問題；開放型腔和半封閉型腔可以采用模型外下刀，再切入工件。

　　(4)切入切出問題：保證切向切入，可采用“沿著形狀”的切入方式，可使刀具沿著零件形狀接近零件，既避免了加工干涉問題，又保證了刀具切入負(fù)荷最小。　　根據(jù)以上原則制定本零件加工工藝路線如表1所示。

　　2.2 生成刀具軌跡

　　(1)毛坯設(shè)定

　　CAXA制造工程師提供了兩點(diǎn)方式、三點(diǎn)方式和參照模型三種毛坯的設(shè)定方法，本文已經(jīng)完成了模具型腔的三維建模，所以采用參照模型方式來生成模型的包圍盒。

　　(2)粗加工采用擺線式粗加工

　　刀具擺動(dòng)前進(jìn)切削，在轉(zhuǎn)彎處增加了擺線接近和圓弧轉(zhuǎn)角，使得進(jìn)刀更加平滑。直線切削時(shí)先切出一道通槽，然后再使用直線走刀進(jìn)行切削，這樣有效避免了全刃徑的前進(jìn)切削，使得整個(gè)曲面切槽加工的每刀切削負(fù)荷更加平均。參數(shù)設(shè)定為：切削圓弧半徑20mm，加工方向?yàn)閄正方向，刀具采用15mm的平底立銑刀，以提高加工效率。

　　(3)限制線加工刀具軌跡

　　模具的高速精加工策略取決于刀具與工件的接觸點(diǎn)，而刀具與工件的接觸點(diǎn)隨著加工表而的曲面斜率和刀具有效半徑的變化而變化。由于該模具型腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以應(yīng)將整個(gè)型腔進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)各部分曲面的特點(diǎn)采用不同的走刀策略，曲面凹槽應(yīng)采用限制線精加工控制其走刀方向。

　　(4)補(bǔ)加工刀具軌跡

　　此部分軌跡的目的主要是針對(duì)前面等高加工部分和造型相比還有剩余未加工的部分，所以選用的刀具直徑一定要比等高加工刀具直徑小，否則系統(tǒng)無法生成補(bǔ)加工軌跡，補(bǔ)加工選用直徑4 mm的球刀。

　　(5)筆式清根加工刀具軌跡

　　最后做清根加工，消除由于使用球頭刀而在角落部分所殘余的材料。清根加工采用外形銑削的方法，用直徑4 mm的平底刀進(jìn)行。

3 后置設(shè)置

　　CAXA制造工程師的后置設(shè)置主要是就不同的數(shù)控系統(tǒng)來設(shè)置參數(shù)，以便將前面生成的刀具軌跡轉(zhuǎn)化成數(shù)控機(jī)床可以識(shí)別的G代碼。這里主要以目前國內(nèi)應(yīng)用最多的FANUC系統(tǒng)為例，簡單設(shè)置參數(shù)如下：

　　程序說明：　　(SPOST—NAME，SPOST—DATE，SPOST—TIME)　　程序頭：　　SG9 S0WCOORD SG0 SCOORD_Z@SSPN—FSSPN—SPEEDSSPN_CWSCOOL_ON(加入冷卻液打開宏指令)

　　換刀：　　SCOOL—OFFSSPN—OFF@SSPN—FSSPN—SPEEDSSPN—CWSCOOL—ON(加入冷卻液關(guān)閉后再打開宏指令)

　　程序尾：

　　SCOOL—OFFSSPN OFF@SPRO—STOP(加入冷卻液關(guān)閉宏指令)

4 生成G代碼

　　用生成G代碼功能將刀具軌跡分別生成各自的數(shù)控加工程序。當(dāng)多個(gè)加工軌跡所用的刀具相同時(shí)，可將這些軌跡生成一個(gè)數(shù)控加工程序。注意應(yīng)按實(shí)際加工的先后順序拾取軌跡。

5 數(shù)控機(jī)床加工

　　由于本零件形狀復(fù)雜，加工代碼量大，所以使用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備CF卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)，CF卡盡量選用低速低容量卡，以保證其兼容性。將計(jì)算機(jī)保存的程序轉(zhuǎn)存為NC文件，將CF卡插在其讀卡器上，作為u盤插入計(jì)算機(jī)，并將NC文件存在CF卡上。加工時(shí)把CF卡取下再插入適配器，將其插入數(shù)控機(jī)床的PCMCIA卡插槽，應(yīng)用DNC功能在線加工。

6 結(jié)語

　　通過對(duì)模具型腔零件圖的分析，采用了曲面實(shí)體混合造型生成了零件的三維模型，之后經(jīng)過擺線粗加工、等高線半精加工、等高線精加工、限制線精加工、區(qū)域式補(bǔ)加工、等高線補(bǔ)加工、筆式清根加工等加工方法生成了加工軌跡，在軌跡仿真界面通過了加工仿真，再經(jīng)過軟件后置處理生成了G代碼，最終在V700加工中心上完成了該模具型腔的數(shù)控加工，取得了較好加工質(zhì)量。

　　經(jīng)過驗(yàn)證，《CAXA制造工程師》作為國產(chǎn)數(shù)控加工軟件，具備了銑削加工的各種功能，能夠勝任復(fù)雜零件的自動(dòng)編程工作。