头盔成形模凹模加工时的数控设备管理

柯 嵬 秦军强

（中航工业航宇救生装备有限公司工装分公司 湖北襄阳）

一、引言

数控加工技术已广泛应用于模具制造业，如数控铣削、镗削、车削、线切割、电火花加工等，其中数控铣削是复杂模具零件的主要加工方法。数控设备为精密复杂零件的加工提供了基本条件，但要达到预期的加工效果，编制高质量的数控程序是必不可少的。这是因为数控加工程序不仅包括零件的工艺过程，还包括刀具的形状和尺寸、切削用量、加工方式等工艺信息。对于简单的模具零件，通常采用手工编程的方法，对于复杂的模具零件，往往需要借助于CAM软件编制加工程序，如UG、MasterCAM等。无论是手工编程，还是计算机辅助编程，在编制加工程序时，只有选择了合理的工艺参数，才是编制高质量加工程序的前提。现以某头盔类模具零件的加工，来介绍数控设备MasterCAM编程中工艺参数选择及应当关注的几个管理上的问题。

二、零件的加工工艺分析

在运用MasterCAM对零件进行数控加工自动编程前，首先要对零件进行加工工艺分析，确定合理的加工顺序，在保证零件的表面粗糙度和加工精度的同时，要尽量减少换刀次数，以提高加工效率和减少累计误差的发生。同时还要充分考虑零件的形状、尺寸和加工精度，以及零件刚度和变形系数等因素。做到先粗加工后精加工；先加工主要表面后加工次要表面；先加工基准面后加工其他表面。

由于头盔成形模是凹模，上下模合模时要求间隙必须均匀，间隙公差要求在±0.05 mm，零件型腔表面粗糙度要求为Ra0.8。所以，在加工中要有粗、精加工之分，以保证精度要求。由于零件的型腔深度比较深，有140 mm深，所以对刀具有一定要求，例如，需要刚性好，有效加工长度应超过140 mm的刀具。

三、编制刀具路径

编制刀具路径包括加工方式选择，加工刀具选择，加工刀具参数设定，加工参数设定，以及工件设定等。下面重点就型腔的曲面加工加以说明。

1.粗加工凹腔曲面

（1）粗加工刀具选择。头盔成型模凹模是一个类似球形的大凹腔，由于是粗加工，所以需要先去除大量的余料。粗加工刀具有以下两种选择方式。

①选用平铣刀，因其刀口处刃口单薄，容易磨损，且加工效率低，故不适于粗加工。

②选用圆鼻刀，与平铣刀相比圆鼻刀可以留下较为均匀的精加工余量，且刚性较好，刀刃不易磨损，也对后续加工十分有利。根据形状特征，考虑到切削效率和刀具在加工中需有让刀等情况，特选用的刀具为40 mm的圆鼻刀

（2）粗加工方式选择。由于待加工零件是凹模，加工时不能将圆鼻刀当作钻头用，故在进行这一工序前，需先安排在下刀点钻孔，孔的直径应大于或等于圆鼻刀的直径，然后选择在孔位处下刀进行粗加工。针对此零件粗加工选用的是曲面挖槽粗加工的特点，因此曲面挖槽粗加工可有两种下刀方式，即直接垂直下刀和螺旋式下刀。由于第一种方式相对后一种来说，具有路径清晰，走刀路径短，下刀切入点容易控制等优点，所以应选择第一种下刀方式。

2.精加工凹腔曲面

（1）精加工刀具选择。要保证曲面精加工光滑，等高外形精加工需选用球头铣刀。但由于曲面的曲率不同，造成走刀行距不均匀，而出现加工后的曲面粗糙度不同；平行式精加工可选用圆鼻刀或平铣刀，从加工效率角度考虑，平行式精加工路线简洁，且走刀行距均匀，比较适合曲率小的曲面加工。总而言之，曲面加工的方式选择还要视工件的形状和精度来定。例如，由于零件型腔的最小R是5 mm，所以只能选择直径10 mm或者以下的刀具。为此，根据零件的形状特点，以及保证零件表面纹路的一致性等，最终决定选择10 mm的球头铣刀进行曲面精加工。

（2）精加工方式选择。曲面精加工方式有好几种，但一般多选用等高外形精加工和平行式精加工。等高外形精加工比较适于陡峭曲率大的曲面加工，而平行式精加工则适于平缓曲率小的曲面加工。从零件的形状分析可知：零件型腔的上半部分多为坡度比较陡的曲面，下半部分则为坡度比较缓的曲面，所以先用等高外形精加工方式加工上半部分，然后再用平行式精加工方式加工下半部分，这样对零件的表面质量和加工时间都是有利的。

3.加工其余槽腔和孔

由于零件上还有8个开口槽和两个定位孔，为此，根据槽及孔的特点决定选用外形铣削的方式来进行加工。加工方式这里不做赘述。

四、零件的加工仿真

设置好加工路径后，就可以利用MasterCAM系统提供的零件加工模拟功能，既能观察切削加工的全过程情况，并用来检测工艺参数的设置是否合理，零件在数控实际加工中是否存在干涉，还能考证设备的运行动作是否正确，实际零件是否符合设计要求等。不但省去了在实际生产中的试切削等过程，极大降低了材料消耗，又大幅度提高了生产效率。

五、生产数控加工指令代码及程序传输

通过计算机模拟数控加工，确认符合加工要求时，就可以利用MasterCAM的后置处理程序来生成NCI数控代码或NC数控代码，MasterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序。对于不同的数控设备来说，它们的数控系统可能各不相同，因此选用的后置处理程序也就不太一样。为此，必须根据数控系统及机床功能等，选用相对应的后置处理程序，后置处理生成的NC数控代码经适当的修改后，如果能够符合数控设备的相关程序及功能要求后，就可以输入到设备中和进行相关的数控加工等工作。

六、结束语

采用CAM软件不但能方便地进行零件的数控加工编程，并迅速自动生成数控加工程序，而且大大缩短了编程时间。模具零件数控编程具有很大的灵活性，只要人们能够正确理解以上工艺参数，并在实践中不断的进行摸索和总结，能够根据数控设备的软件程序及功能特点等进行全方位思考，就一定能编制出高质量的加工程序，充分发挥数控设备的应有功效，加工出高质量和符合要求的模具零件来。