摘要： 本文主要介紹了使用 POWERMILL 軟件加工鍛造機(jī)鍛模具的三軸數(shù)控銑加工程序害晦，結(jié)合鍛模的形狀復(fù)雜骆膝、型腔窄深、品種繁雜等特點(diǎn)嚼摩，在軟件本身的加工策略和加工方式的基礎(chǔ)上總結(jié)了一些加工工藝與技巧钦讳，在保證鍛模精度的基礎(chǔ)上提高鍛模的加工效率。

　　關(guān)鍵詞： 鍛模 加工工藝 POWERMILL 策略 NC 加工 技巧

　　一枕面、概論

　　1 栖挣、 CAD\CAM 軟件經(jīng)過(guò) 40 多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都有了成熟的產(chǎn)品贮祥。 PowerMILL 就是英國(guó) Delcam 公司 CAD/CAM 專業(yè)化軟件模塊之一夫次。 Delcam CAD/CAM 系列軟件被廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車程昨、船舶搔冈、家用電器、輕工產(chǎn)品和模具制造等行業(yè)咖亏。 1991 年 Delcam 產(chǎn)品首次進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)肩菲。 1997 年在北京成立 Delcam （中國(guó)）有限公司翠坟。多年來(lái)， Delcam 一直保持 CAM 軟件開發(fā)研究的世界領(lǐng)先地位犹佣。 PowerMILL 是一個(gè)獨(dú)立式的三維加工軟件醒狭，它能快速、準(zhǔn)確地產(chǎn)生無(wú)過(guò)切粗加工和精加工刀具路徑皱辞。 PowerMILL 能讀入各種 CAD 系統(tǒng)產(chǎn)生的三維模型君板，提供完善的加工策略，進(jìn)行完全的加工股冗。

　　2 霹陡、 2003 年?yáng)|風(fēng)鍛造有限公司引進(jìn)了 Delcam 公司的 PowerSHAPE 和 POWERMILL 軟件，利用該軟件完成三軸數(shù)控銑床加工鍛造機(jī)鍛模具的 NC 程序止状。我們利用該軟件中的 PowerSHAPE 模塊進(jìn)行模具型腔的三維造型 ( 或其它軟件 ) 穆律，然后把三維圖形導(dǎo)入 POWERMILL 模塊中，根據(jù)模具的形狀特點(diǎn)导俘、不同的工藝要求和精度要求峦耘，靈活的選用該系統(tǒng)提供的各種加工方式和加工參數(shù)進(jìn)行三軸數(shù)控銑床的模擬加工，后置處理形成數(shù)控銑床的 NC 代碼旅薄，然后傳送到機(jī)床進(jìn)行加工辅髓。至今已經(jīng)在鍛造模具加工中使用了 5 年，由于鍛模的形狀復(fù)雜少梁、型腔窄深洛口、品種繁雜的特點(diǎn)，在軟件的加工策略和加工功能的基礎(chǔ)上總結(jié)了一些加工工藝方法和技巧凯沪，在保證使用的情況下第焰，采用合理的經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)的粗糙度，提高鍛模的加工效率卫削。

　　二产贤、鍛模的種類、特點(diǎn)及技術(shù)要求

　　1 赌矩、我廠主要生產(chǎn)汽車鍛件鹦房，鍛模全部由本廠自己生產(chǎn)，因此鍛件的種類決定了鍛模的品種浑梳，主要鍛件有連桿悲社、曲軸、前軸染窝、輪轂反没、萬(wàn)向節(jié)叉等，因此鍛模型腔復(fù)雜医惠，單件小批量生產(chǎn)缺员，因此采用數(shù)控加工比較適合穿桃。鍛件的不同鍛造生產(chǎn)工序也不相同，但是基本工序?yàn)轭A(yù)鍛——終鍛——切邊——校正笔喉。預(yù)、終硝皂、校鍛模的共同點(diǎn)就是上常挚、下分為兩大模塊，預(yù)稽物、終鍛模型腔基本相同奄毡，要求也相似，所以加工基本相同贝或。切邊模具又分為切邊凸模和切邊凹模吼过，加工就完全不同，而校正模具又和終咪奖、預(yù)鍛有所區(qū)別盗忱，加工當(dāng)然有所區(qū)別。

　　2 羊赵、鍛件的不同模具的精度要求也不同趟佃，工序的不同模具要求也有所不同。因此模具制造的技術(shù)條件很多昧捷，下面列舉要采用數(shù)控加工部分的一些通用技術(shù)要求闲昭；

　　(a) 鍛模的制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所有尺寸最小公差為± 0.08mm

　　(b) 終、預(yù)鍛型腔的表面粗糙度為 Ra1.6 撑葡；

　　(c) 飛邊橋部粗糙度為 Ra3.2 益爽；

　　(d) 飛邊倉(cāng)部的粗糙度為 Ra12.5

　　(e) 切邊凸模型腔與鍛件凸臺(tái)必須留有間隙 1.5 —— 2mm, 甚至更大些；凸模外輪廓與凹模之間也有 1 － 2mm 的間隙艾抠。

　　(f) 校正模的型腔也和凸模型腔一樣有類似的技術(shù)要求企棘，就是型腔的凸臺(tái)等特殊部分和鍛件要有間隙。

　　(g) 部分鍛模由于模具結(jié)構(gòu)增加了鎖口惑妒，雖然尺寸技術(shù)要求不是很高特植，但是要求凸和凹鎖口單面配合間隙是 0.3mm 。

　　3 肋漏、經(jīng)過(guò)以上對(duì)鍛模的特點(diǎn)和技術(shù)要求分析逝惑，一般情況下鍛模只是部分采用數(shù)控加工，特殊情況下全部采用數(shù)控加工茶黄，經(jīng)常采用數(shù)控加工的部分為：

　〗砉怠（ A ）預(yù)、終鍛模模塊的外形不采用數(shù)控加工崔败，如圖 1 終鍛鍛模型腔（中間黃色部分）祷安、一定是采用數(shù)控加工姥芥；而部分模具的倉(cāng)部（邊緣灰色部分）采用數(shù)控加工。橋部（紅色部分）大部分模具不需要數(shù)控加工汇鞭；如圖 2 所示部分曲面分模的橋部和如圖 3 帶凸瑣口的上模等需要數(shù)控加工凉唐。

　　（ B ）校正模具只有型槽進(jìn)行數(shù)控加工霍骄；如果曲面分模就要全部采用數(shù)控加工台囱；如一些臂類零件

　　（ C ）切邊凹模刃口采用數(shù)控加工读整，倉(cāng)部一般不采用數(shù)控加工簿训；

　　（ D ）切邊凸模不但型腔而且外輪廓也要部分或全部數(shù)控加工 ( 如圖 4 凸模 ) 米间。

　∏科贰（ E ）模具鎖口的精加工采用數(shù)控加工，這樣可以保證配合間隙屈糊。

　　三的榛、鍛模的數(shù)控加工工藝及 POWERMILL 模擬加工流程

　　1 、鍛模的數(shù)控加工基本工藝

　　不同類別和大小的鍛件決定了不同規(guī)格的的鍛模潦故，因此數(shù)控加工工藝有所區(qū)別蝶映，但是基本方法相同，就是開粗——半精加工——精加工够戒，加工的思路是萬(wàn)變不離這個(gè)初衷擦斑，下面就是中、小曲軸的鍛模的基本數(shù)控加工步驟：

　⊥涨！⑴φ 50R8 或者φ 30R5 大刀全面粗加工（加工余量為 1 — 1.5mm ）才昔；

　　⑵φ 20R4 半粗加工 ( 加工余量為 0.8 — 0.5mm)

　÷选⑶φ 10R3 半精加工 ( 加工余量為 0.3 — 0.5mm)

　》褰浮⑷φ 10R5 精加工 ( 尺寸精度根據(jù)技術(shù)要求達(dá)到 )

　　⑸φ 6R3 清根

　　2 腋积、 POWERMILL 軟件中的模擬加工步驟為：

　【虾椤㈠產(chǎn)生毛坯：根據(jù)鍛模模塊的大小計(jì)算產(chǎn)生毛坯（圖 5 ）；

　∑矫簟㈡選擇進(jìn)給和轉(zhuǎn)速：根據(jù)刀具和經(jīng)驗(yàn)確定（圖 6 ）乏唤；

<圖7>

　　< 圖8>

　　㈣選擇切入與切出方式愤惰、刀具連接方式苇经、抬刀方式等：根據(jù)加工方式、加工策略和刀具確定具體數(shù)值和方式（圖 8 ）；

　∩鹊ァ㈤選擇刀具：利用刀具庫(kù)選擇刀具參數(shù)商模，確定刀具形狀；

　≈├健㈥選擇加工策略確定加工參數(shù)：選擇加工精度施流、加工余量、切深和切寬等主要參數(shù)后鄙信，就可以進(jìn)行計(jì)算模擬加工瞪醋；

　　圖9

　　㈦模擬仿真加工結(jié)果扮碧、檢查加工過(guò)程趟章；

　　圖10

　⌒硬凇㈧后置處理慎王，產(chǎn)生數(shù)控銑床的 NC 代碼

　　%

　　N10G40

　　N20G90G80G17

　　N30G05.1Q1

　　N40M50

　　N50G54G90

　　N60G0X-35.198Y-13.547S3000M3

　　N70Z1.

　　N80G1Z-.394F500

　　N90X-35.184Y-14.047F2000

　　N100X-36.97Y-14.386

　　N110X-38.478Y-14.962

　　N120X-38.965Y-15.227

　　N130X-40.96Y-17.04

　　。嚼般。偿股。。棱硝。

　　N2130X22.455Y18.045　

　　N2140G0Z6.

　　N2150M9

　　N2160M30     

　　四堤麻、使用 POWERMILL 軟件的加工技巧實(shí)現(xiàn) NC 程序的優(yōu)化

　　1 、利用軟件的功能着届，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)精度的加工

　　根據(jù)鍛模的技術(shù)要求紧甫，把模具按照尺寸精度分區(qū)域進(jìn)行加工，就是把型腔和倉(cāng)部分別加工抢必，這樣倉(cāng)部就可以一步加工到位匀洪，不必再進(jìn)行粗精加工。

　　利用軟件產(chǎn)生的邊界耗鲸，單獨(dú)加工邊界的內(nèi)厕扼、外部分，這樣尺寸精度和粗糙度就可以獨(dú)立控制懒潘。如圖 11 中用紅色的曲軸輪廓線把倉(cāng)部和型腔分開胚茴，綠色是正在加工的倉(cāng)部。

　　圖11

　　2 必尼、利用軟件毛坯可以調(diào)解大小的功能使加工路徑連續(xù)蒋搜，避免無(wú)意義的抬刀

　　軟件模擬的毛坯是根據(jù)模塊的大小進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)生的，因此在加工如圖 12 所示的刀具路徑是斷開的判莉，因?yàn)楦鶕?jù)模塊計(jì)算的毛坯不夠一個(gè)刀具的直徑寬度齿诞，軟件示為不可加工，因此不夠刀具直徑的寬度的地方，模擬加工時(shí)它為了避免過(guò)切祷杈，就自動(dòng)抬刀跳到下一個(gè)可以加工的地方斑司。但是毛坯具備放大和縮小功能。所以在加工外輪廓的時(shí)候可以利用此功能來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具路徑的連續(xù)但汞。如圖 13 就是人為加大毛坯的寬度到刀具直徑后宿刮，刀具路徑連續(xù)，使加快平穩(wěn)私蕾，節(jié)約刀具僵缺，提高加工速度。

　　3 踩叭、利用軟件中刀具路徑的裁減編輯功能優(yōu)化程序磕潮，減少抬刀時(shí)間

　　如圖 14 是利用φ 50R8 開粗曲軸凸模外輪廓，加工方法就是標(biāo)準(zhǔn)的加工余量 1.0mm, 利用軟件直接計(jì)算的結(jié)果 锋辩。標(biāo)準(zhǔn)的開粗加工是分層加工暖经，同一層的所有部分加工完畢后再同時(shí)加工下一層，這樣抬刀就增多（圖 14 中紅色的線為抬刀）叽燃，加工時(shí)間為： 1 小時(shí) 03 分鐘缕沟，抬刀時(shí)間為 282 次；

　　如圖 15 是和圖 14 一樣的加工方法校惧，只是加工余量改為 8.0mm 葛暇，也是軟件直接計(jì)算的結(jié)果。加工時(shí)間為 53 分鐘竣篷，抬刀時(shí)間為 173 次尼软；

　　如圖 18 是利用刀具路徑編輯功能進(jìn)行刀具路徑裁減，分成幾個(gè)獨(dú)立的部分（圖 16 傲丹，圖 17 是分程序）后再合并成一個(gè)程序便透，也就是讓它在同一個(gè)地方加工完成后再跳到下一個(gè)區(qū)域進(jìn)行加工，避免了抬刀次數(shù)多浪費(fèi)加工時(shí)間券亚。經(jīng)過(guò)編輯后的程序加工模擬時(shí)間為 35 分鐘缓艳，抬刀次數(shù)為 65 次

　　4 、改變鍛模局部粗精加工次序優(yōu)化加工程序

　　目前很多中看峻、小曲軸的曲柄局部尺寸的截面很小阶淘，而且較深，φ 10R5 刀具沒(méi)有辦法加工到尺寸互妓，必須采用φ 6R3 刀具才能進(jìn)行加工溪窒，因?yàn)榈毒咴叫。笄猩詈颓袑挼膮?shù)越小冯勉，因此加工的時(shí)間越長(zhǎng)澈蚌。所以在加工過(guò)程中摹芙，不是加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就是造成φ 6R3 的刀斷宛瞄，使加工無(wú)法進(jìn)行下去浮禾；經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索認(rèn)為還是利用大刀精加工，只是局部改變常規(guī)原則開粗——半精加工——精加工的方法份汗，并且分塊加工盈电，然后把程序合并成一個(gè)整體，這樣使模具加工順利伤刑，也不會(huì)因?yàn)槭褂眯〉毒庸ぴ斐沙绦蜻^(guò)長(zhǎng)探快。如圖 19 曲軸數(shù)控加工工藝為：

　　⑴φ 50R8 或者φ 30R5 大刀全面粗加工（加工余量為 1 — 1.5mm ）入撇；

　≌ズ⑵φ 20R4 半粗加工 ( 加工余量為 0.8 — 0.5mm)

　　⑶φ 10R3 半精加工 ( 加工余量為 0.3 — 0.5mm)

　∥铖伞⑷φ 10R5 精加工后可以加工到的部分全部加工到尺寸

　≡凼⑸φ 6R3 局部粗加工（先分塊加工，然后合并成一個(gè)程序輸出到機(jī)床）

　」ど薄⑹φ 6R3 局部精加工（同上）

　≌密浴⑺φ 6R3 全部清根

　　5 甲脚、利用輔助程序優(yōu)化加工程序估裁，減少重復(fù)加工

　　在上面的曲軸加工過(guò)程中，雖然改變局部粗帽拘、精加工順序解決了曲軸加工中的難題吠谐，但是在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中又出現(xiàn)了一個(gè)新的問(wèn)題需要解決，就是利用φ 10R5 精加工后坡疼，φ 6R3 從那里開始進(jìn)行粗加工彬呻，又從哪里開始進(jìn)行精加工，型腔比較復(fù)雜邊界如何確定柄瑰，如果邊界過(guò)大造成加工時(shí)間長(zhǎng)闸氮，如果邊界過(guò)小造成刀斷。

　　如何解決這一矛盾教沾，只有利用軟件功能蒲跨，但是軟件中只有粗加工時(shí)才能進(jìn)行后一把刀具參照上一把刀具的殘留加工，而精加工程序沒(méi)有辦法參照路徑加工授翻。而該工藝中φ 6R3 的前一把粗加工程序采用的是φ 10R3 刀具或悲，只有該程序可以進(jìn)行參照，如果參照那么φ 6R3 的局部開粗程序的范圍就擴(kuò)大了堪唐，也有部分重疊的加工區(qū)域巡语，因?yàn)閷?shí)際上φ 10R5 已經(jīng)加工過(guò)了的區(qū)域又重新加工了。

　　這樣就引進(jìn)了輔助程序的概念。輔助程序就是在軟件模擬加工過(guò)程中起到輔助的作用男公，但是在輸出 NC 程序時(shí)不再輸出荤堪，就是在實(shí)際加工鍛模的時(shí)候此程序不會(huì)出現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的方法就是利用軟件码完，采用φ 10R5 刀具產(chǎn)生一個(gè)粗加工程序蛹段，并且可以把尺寸精度控制在必要的精度，然后φ 6R3 局部開粗程序就可以參照這個(gè)假設(shè)的程進(jìn)行加工舞铝，這樣該程序的加工范圍剛好適合捞书，避免了重復(fù)加工，節(jié)約了加工時(shí)間毁设。如圖 20 就是一個(gè)曲柄中參照后的粗加工程序佣锁。

　　圖20

　　6 利用負(fù)余量的加工和進(jìn)退刀選擇，實(shí)現(xiàn)鎖扣的間隙配合及減少輔助加工時(shí)間

　　前面已經(jīng)提到厢卖，鍛模的鎖扣凸擎津、凹間隙是 0.3mm ，理論配合當(dāng)然沒(méi)有問(wèn)題啊嘁，但是實(shí)際加工常常出現(xiàn)配合問(wèn)題朵聪，都是間隙過(guò)小。但是尺寸精度和表面粗糙度并沒(méi)有特殊要求干际，只是間隙控制比較嚴(yán)格亮花，這樣就給加工留有選擇的空間。尺寸精度比較好控制弓熏，只要控制在 0.02mm 即可恋谭。但是如果表面粗糙度低，那么就把間隙吃掉一部分挽鞠，配合出現(xiàn)問(wèn)題疚颊；如果表面粗糙度高，加工時(shí)間過(guò)長(zhǎng)信认；為節(jié)約加工時(shí)間材义，提高效率，就是可以利用軟件中加工余量可以選擇負(fù)值的功能解決這個(gè)矛盾嫁赏。

　　因?yàn)楸砻娲植诙仍降推涞啵叩对娇欤庸ば试礁唛辖蹋允紫劝淹骨蹇堋兼i扣的表面粗糙度控制在 Ra6.3 即可，這樣凸护蝶、凹鎖扣表面的加工的殘留高度都是 0.063mm 华烟，鎖扣配合時(shí)間隙就被殘留高度吃掉了 0.126 mm 塞补，所以鎖扣間隙只有 0.174 mm ，當(dāng)然出現(xiàn)問(wèn)題径瘪，這還是理論計(jì)算喻丐，實(shí)際加工還有刀具的偏移問(wèn)題，因此在此計(jì)算的基礎(chǔ)上加上實(shí)際經(jīng)驗(yàn)患敢，加工余量采用－ 0.2 mm —— 0.5 mm 左右腔水，幫助消除殘留帶來(lái)的配合后患，又一次實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)粗糙度的概念邦孽。

　　另外由于鎖扣的加工大都是精加工已堆，進(jìn)退刀具可以選擇直線或者無(wú)，這樣可以節(jié)約加工輔助時(shí)間揣喻。如圖 21 和 圖 22 是前后方式的對(duì)比你拗。

　　7 利用軟件加工參數(shù)的設(shè)定實(shí)現(xiàn)凸模型腔經(jīng)濟(jì)粗糙度的概念

　　前面已經(jīng)分析過(guò)，凸模型腔與鍛件存在間隙汰畔，并且在 1.0mm 左右括绣，因此間隙部分根本沒(méi)有必要加工到表面粗糙度 Ra1.6, 而加工到 Ra3.2 或者 Ra6.3 完全可以達(dá)到使用要求。因此如圖 23 （綠色部分） 就把型腔分成兩個(gè)部分捂滓，只把和鍛件接觸部分的加工參數(shù)設(shè)定為達(dá)到 Ra1.6 的要求监氢，而其余部分的參數(shù)加大，這樣可以節(jié)約加工時(shí)間藤违，而不影響鍛模的使用浪腐。從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)粗糙度的概念。

　　圖23

　　五纺弊、結(jié)束語(yǔ)：

　　據(jù)有關(guān)資料報(bào)道：模具制造的生產(chǎn)成本粗略的分布為：

　　切削 65%

　　工件材料 20%

　　熱處理 5%

　　裝配 / 調(diào)整 10%

　　這也非常清楚的表明了良好的金屬切削性能對(duì)模具的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要性牛欢。與傳統(tǒng)的加工方法相比骡男，采用數(shù)控加工的鍛模從提高加工質(zhì)量淆游、提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度隔盛、降低生產(chǎn)成本等方面犹菱，其效果都十分明顯，但是提高鍛模的切削經(jīng)濟(jì)性 99 ％取決于數(shù)控程序吮炕。因此經(jīng)過(guò) 5 年來(lái)的實(shí)踐和摸索腊脱，依靠 POWERMILL 軟件，從鍛模的經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)粗糙度的概念入手龙亲，實(shí)現(xiàn)了鍛模的分區(qū)加工陕凹、同一型槽不同精度的加工、引入輔助程序的概念等技巧吻讽，提高了鍛模的加工效率贸薇。技術(shù)是無(wú)止境的技腻，這里只是拋磚引玉，希望今后涌現(xiàn)出更多有興趣的技術(shù)人員鸡犯，更深入的研究開發(fā)數(shù)控加工軟件的各種功能和技巧仓筷，更進(jìn)一步提高鍛模的加工效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1 葫柴、《數(shù)控加工工藝及編程》 機(jī)械工業(yè)出版社 劉萬(wàn)菊主編

　　2 聂弓、 Mastercam 數(shù)控加工技術(shù) 清華大學(xué)出版社 鄧弈 蘇先輝 肖調(diào)生

　　3 、 POWERMILL 軟件的使用說(shuō)明書

　　湖北十堰東風(fēng)公司鍛造有限公司研發(fā)部

　　郵編 442012

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