外覆盖件拉延模的编程与加工

vipliangguli

科学地选择相关加工方式，合理地进行模具加工的数控编程，将明显提高模具的产品质量，缩短制造周期，而且对于制造成本（如刀具的消耗、机床精度的保养等）也有直接的受益。
汽车外覆盖件模具直接影响着最终汽车产品的外观质量，如何通过合理的程序编制以及加工方法的选择来保证质量、提高质量，在模具制造方面是需要不断创新提高的重点难点。
汽车外覆盖件模具包括整体侧围、车门、前后翼子板、发动机罩、顶盖、后行李箱、侧围模具等，其中整体侧围模具是较难编程加工的，也是编程加工中最具有代表性的模具。本文就以整体侧围拉延模为例探讨汽车外覆盖件模具的编程与加工方式的选择。
& k( n1 W" S  T1 ?9 K整体编程思路
4 Z, I' G1 y  Z; H对于大型拉延模具的数控编程的粗加工，首先要考虑的问题是在机床切削条件允许的前提下，在最短的时间内切除最多的金属加工余量。数控编程加工参数（主要包括编程加工方式、主轴转速与进给的匹配、跨步、切深、刀具的选择）的合理选择，特别是合理的顺铣粗加工参数，不仅可以保证加工效率，还能够节约刀具的成本，提高加工效率。对于粗加工，在编程之前一定要结合过去的小型型面复杂模具的数控加工经验，进行分区加工，并且要采取多种粗加工方式相结合的编程方法进行粗加工。
- T* V" V8 i: F5 j. H$ C半精加工不涉及到接刀痕迹问题，所以可以只考虑在加工可行性和保证加工效率的前提下任意分区编程加工。半精加工编程时，因编程方式的不同，计算刀具路径时的算法也不同，某些编程方式在局部的残留量会较大，考虑到对精加工时加工质量与精度的影响，有必要编制局部补刀程序。
精加工方式与加工参数的选择直接影响模具表面质量以及以后的产品制造周期。笔者认为应在前期多花费一些编程和加工时间来保证模具的表面加工质量，从而避免因编程方式与加工问题使模具表面质量达不到技术要求而靠钳工来修磨。
5 L. }  K1 u5 q* A* s( z对模具实体结构与加工数模的分析
7 c: H0 Y: ], A4 m4 i0 f图1是一个整体侧围凸模的实体，其加工数模见图2。加工前，数模与实体坐标系统一、料厚及方向、侧围的左右部分等各种信息的确认是非常重要的，这样可以避免因一些低级错误而造成不可估量的损失。
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( E4 Q9 z; |5 ~图1  整体侧围凸模

+ y$ v8 n' }! e- @+ R图2  整体侧围加工数模
2 g! `) u6 ^9 Y2 d/ v, M如果编程软件与造型软件不同，数据传输过程中也可能会出现问题。我们在CATIA与DELCAM软件转换加工数模的过程中，有时就会出现坏剪裁、缝隙、交叉曲、漏面、多余细小碎面等不确定的数据转换，这些对一般的模具不会产生影响，但对于外覆盖件拉延模的表面质量的影响却是相当的大的，因此，在编制程序之前必须做全面细致的检查，同时进行一些有针对性的处理。
粗加工程序的编制
1 x* z3 m3 Y( H2 U* u5 I整体侧围拉延模的型面加工范围都比较大，所以采用刚性好的数控铣床和直径大的刀具加工比较经济，而且能够保证加工效率。在我国，受铸件毛坯制造水平的限制以及毛坯余量不均等不确定性因素影响，我们还不能够很好地合理选用仿形铣刀进行型面的粗加工。就目前现状，我们选用D50mm或D40的球头刀具针对不同的区域编制不同加工方式的程序进行粗加工，在实际生产中还是比较经济的。
# \$ y1 L2 c  E" J" h4 F1、轮廓粗加工程序
轮廓处的毛坯可能对粗加工刀具寿命产生影响，特别是当刀具由上向下运动时，有刀具垂直切入毛坯的运动趋势，所以在粗加工之前，通过试刀检查程序保证型面加工出来的前提下，一定要粗加工轮廓，或者精加工到位。
  g( U( W6 h; ?2 v2、等高粗加工前的局部处理程序和等高粗加工程序
% l6 F1 z8 o8 l1 `凸模的四周比较陡峭，一般采用等高粗加工方式加工，但在局部还有比较平坦的型面。通过图3的局部处理程序和图4的等高程序局部可以看出，软件在计算等高加工方式时只是简单地处理平坦型面，如果不进行局部的处理，加工时会因为局部刀具切削量突然增大而导致刀具发生意外，所以等高粗加工前的局部平行、三维偏置等编程处理是特别必要的。
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图3  局部处理程序

图4  等高程序局部
7 N6 d4 W- z( G) P0 t+ y等高程序加工的缺点是抬刀次数多，刀具路径如图5，但是在抬刀之间如果用快速掠过，就可以忽略因抬刀而耽误的时间，其优点是可保证每层加工轨迹在同一高度，由上至下逐层加工，对刀具和机床的损伤相对较小，加工时更安全、平稳。

图5  等高程序的刀具路径
, @& T4 u" X5 y% a' F  O3、三维偏置粗加工
0 A6 S0 a: D( S2 Y% z* c中间的三处陡峭区域以三维偏置方式加工(图6)，缺点是不能保证每层加工轨迹在同一高度，优点是抬刀次数大幅度减少。

图6   三维偏置粗加工
当以三维偏置代替等高时，必须仔细检查三维偏置刀路是否有扎刀运动趋势的轨迹存在，如果存在，必须更改参考线或边界，重新计算程序，否则在数控加工时非常容易打刀崩刃。
* d! }6 z9 x3 `0 K  ^" `4、平行粗加工
- y  y( q; k0 L& q% [' ~陡峭区域处理完成之后开始编制顶部平坦面处程序，可采用平行粗加工方式（图7），平坦区域按不同留量的方式分三层进行笔式清根及行切加工。
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图7   平行粗加工
因粗加工采用D50mm球头刀加工，半精用D30mm球头刀加工，所以在粗加工之后要用D40刀具清根，清根方式根据清根处的凹陷程度选择单笔还是多笔。
半精加工程序的编制
半精加工前的清根(图8)是非常必要的，另外，受刀具的限制，清根程序按标准刀具的伸出长度分区，同时给出数控实际加工时的不碰撞不过切的角度是必要的。具体步骤如下：编制D30球头刀多笔清根；编制D30球头刀单笔清根；编制D20球头刀多笔清根；编制D30球头刀的型面半精加工程序（刀具路径如图9）。

图8  清根程序

图9  半精加工程序的刀具路径
编制精加工程序
" T) P! K( ]2 J精加工的编程步骤如下：编制D16球头刀单笔清根；编制D10球头刀多笔清根；编制D30球头刀精加工前的半精加工；编制D30球头刀补刀程序；编制D30球头刀精加工程序（刀具路径见图10）。
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5 E% u# ]. T( N2 @% S% q, K/ z图10   精加工的刀具路径
+ s( }9 p0 d# x+ v5 U精加工刀具侧刃易磨损以及加工过程中有让刀现象，陡峭面余量稍大，为避免精加工刀片磨损过快，在陡峭面需要加入留余量的补刀程序。
补刀程序的第一方案是采用三维偏置方式由上至下尽可能以顺铣的方式进行，第二方案行切补刀。在实际加工中，若第一方案的三维偏置补刀程序有逆铣，或因为刀具的伸出过长而导致局部有过切现象时，则应采用第二套方案行切补刀。
在采用三维偏置编制补刀程序时，应特别注意以下几点：
□ 尽可能用顺铣方式编程；
□ 必须做碰撞检查，测出刀长，根据经验，D20球头刀伸出超过110mm、D30球头刀伸出超过145mm时，不能使用三维偏置方式补刀（程序中无逆铣除外）；
' K. \$ n0 _% \. X* y□ 清根到位，精加工前的半精程序完成后，才可使用三维偏置补刀程序。
- d# Y5 F) K& I1 ^' _补刀程序的第二方案行切补刀有时也会出现过切现象，分析其原因可能是：
1 X3 W4 B" Z- h" f& t□ 刀具伸出过长；
: @" ?+ b. a+ J7 \□ 转速与进给不匹配（例如经验参数：D20球头刀转速6000r/min、进给为6000mm/min为时效果比较好）；
□ 刀片已磨损,更换刀片时出现过切。
+ k( u7 ^9 P- b# ?& V& G另外，侧围凸模精加工程序是影响表面质量最关键的因素，例如公差、跨步、转速、进给等经验参数的匹配也不容忽视。
分区加工
从提高加工效率、保护机床精度、节约刀具成本以及粗加工、半精加工时刀具的安全性（不打刀刃）角度考虑，在编制粗、半精加工程序时最好对坡缓不同的区域进行分区，最大限度地采用顺铣方式编程。
* c; I+ H- e. {对上面的凸模来讲，用顺铣方式还不够典型，而对大部分压料圈、型面平缓的凹模却是非常适用的。如图11的凹模型面，采用三维偏置螺旋顺铣粗加工，80%的面积都能够采用顺铣方式编程加工。此件分四个区域进行粗加工：外围型面的平缓处分两个区域1和2，中间平缓处为区域3，区域4为立面区域。区域4可采用等高加工，但最好也采用三维偏置顺铣由上至下加工。
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; Q8 V' B/ p- P- D5 s图11  凹模分区粗加工
当然，对于加工程序下刀处的第一条刀具路径，有时需要先加一个只有一条的分层刀具路径，把下刀处的毛坯量铣掉，避免因第一圈切削量大而打刀刃。
8 V4 D  w, k7 O# p! w总结
; h' j/ f- S; P3 u  K; Q汽车外覆盖件模具直接影响着最终汽车产品的外观质量，科学地选择相关加工方式，合理地进行模具的数控编程，将明显提高模具的产品质量，缩短制造周期，而且对于制造成本（如刀具的消耗、机床精度的保养等）也有直接的受益。
2 T$ c* s: j, |- P  V8 q对于粗加工，在编程之前一定要结合以往的经验进行分区，并且应要采取多种粗加工方式相结合的编程方法；半精加工可以只考虑在加工可行性和保证加工效率的前提下任意分区编程加工，某些局部残留量较大时有必要编制补刀程序；精加工中的清跟、补刀程序都非常重要，公差、跨步、转速、进给等经验参数的匹配也不容忽视。
. _) h: {* b" {& }文章关键词： 模具