【摘 要】通過對一種典型的飲料瓶吹塑模具型腔高速數控加工工藝的設計，分析并總結出模具高速加工的工藝特點，進一步明確加工方案的合理選擇、加工設備和刀具的有效利用，切削用量等參數的最佳設定及現代制造軟件的靈活應用，是保證模具加工質量、提高 生產效率的重要途徑，也為類似的模具零件數控工藝設計提供了很好的借鑒。
引言
隨著三維造型軟件的不斷提高，在模具設計、制造過程中，異型曲面的設計與自由曲面應用日趨增加。同時，加工制造過程中對形狀及尺寸精度的要求越來越高，供貨期限也越來越短，這就對加工過程有了更高的要求。高速數控加工技術對以往的加工工藝有較大影響，逐步改變了以往的加工工藝流程。高速加工中心可以加工熱處理后的模具鋼，可以有效減少加工過程的時間，降低加工成本，提高加工生產效率。下面通過實例對典型吹塑模具型腔的數控加工工藝進行分析。
1.模具型腔工藝性分析
1.1結構分析
根據產品造型，設計出來的型腔如圖1 所示，型腔面由多個曲面組成，而且表面粗糙度要求較高。型面中部旋轉凸臺進行分度后采用局部區域加工。
圖1 飲料瓶吹塑模具型腔加工模型
1.2材料分析
型腔材料為鍛造鋁合金，但鋁合金存在剛性強度低、韌性高及延展性強等切削性能特點，為保證切削效率，解決剛性強度低問題，因而所用的刀具前角小、比較鋒利，切削轉速高、進給速度快。但韌性高則會給高速切削帶來兩個方面的問題：一是在高速切削狀態下容易導致黏結的現象；二是由于鋁材具有高度的延展性，它有可能會形成條狀紋。因此，加工鋁合金時應考慮以下幾個方面。
（1）刀具材料及合理幾何參數選擇。加工鋁合金的刀具材料可選用W8Cr4V高速鋼和YG8、YG6、YG8N 等硬質合金，YG6 宜用于余量均勻條件下的連續加工和半精加工。
（2）切削用量，由于鋁合金的強度和硬度比較低且導熱性好，因此可以獲得較高的進給速度，適于進行高速加工。
（3）冷卻潤滑，用硬質合金刀具粗加工鋁合金時，因吃刀量少，進給速度高，切削熱主要集中在廢鋁屑上，一般可不用冷卻潤滑，而用高壓空氣冷卻將高溫碎屑吹走。
1.3擬定工藝方案
對復雜型腔模具制造工藝應根據型腔形狀、尺寸、技術要求并結合本單位設備情況等具體條件來制定。該飲料瓶吹塑模具型腔可考慮以下加工方案進行制造。
在高速加工中心，該型腔的銑削加工分四大步：先采用實體挖槽對其進行粗加工，然后采用曲面銑削進行半精加工和精加工，針對其型面中部旋轉凸臺進行分度后采用局部區域加工，編程坐標原點設在型腔軸線的瓶底處。
2.高速銑削的加工編程
2.1粗加工的高速銑削編程
選用φ20R0.5 銑刀，采用斜線下刀方式，可以改善進刀時的切削狀態，保持較高的進刀速度和較低的切削負荷，其參數設置如圖2 所示。
圖2 斜線下刀設置對話框
選擇曲面粗加工方法中的cons tan（t 平行環繞并清角）從外徑內走刀方式，銑削方向為順銑，第一刀背吃刀量0.5 mm， 刀路重疊50％，參數設置如圖3 所示，轉速為15 000 r/min， 進給速度為 5 000 mm/mim，粗加工和半精加工時將擬合誤差值，設為0.5，太小加工速度會減慢，加工時間會變長。
圖3 刀路重疊設置對話框
2.2半精加工的高速銑削編程
由于MasterCAM 沒有半精加工設置，因此選擇的是曲面精加工的Paraiiel 命令。選用 φ12 mm 球頭銑刀。因粗加工采用 φ20 mm 刀具型腔底面留有較大的余量，為了改善切削狀況，保持較高的速度和較低的切削負荷，同時以避免產生縱向刀紋。如果瓶口部分圓弧較小，再添加一把 φ8mm 球刀進行加工，以獲得整個型腔表面精加工的均勻預留量。最后選用 φ6 mm 球刀半精加工，轉速為 24 000r/min，進給速度為 3 500 mm/min。在生成加工刀具運動軌跡時，考慮到加工效率等因素，故應選擇往Zigzag 走刀方式，設置切削間距為 0.35 mm，雙向切削預留 0.1 mm 余量，切削角度設置為45°，其參數設置如圖4 所示，選軸向為切削方向。
圖4 切削角度設置對話框
2.3精加工刀具路徑編程
精加工的刀具路徑軌跡選擇型腔底端圓弧的法線方向為 切削進刀及加工進給方向，這樣生成的刀具路徑比較均勻， 以便后期拋光時不會有明顯的刀具切削痕跡。為了在加工后 達到表面粗糙度的要求，盡量采用φ6 mm 的球頭銑刀，并結合刀具路徑交叉重疊的方法進行精加工。目的是半精加工時刀具切削路徑角度為繞中軸線45°進行加工，因此精加工的工序是刀具路徑沿著型腔X軸的徑向進行加工，可達到最 好去除表面凸點的效果。具體參數設置為轉速24 000 r/min，進給速度為2 500 mm/min。一般擬合誤差應為加工零件的1/5~ 1/10，而本零件的誤差一般是在0.05 的數量級，因此數控編程中的擬合誤差應控制在 0.005 左右，必須在精加工自動編程中利用圖5 對話框進行擬合誤差的設置。
圖5 擬合精度設置對話框
2.4精加工的區域加工編程
由于此型面屬于軸類轉軸面，型腔內兩側面矩形凸臺加工留有欠切，旋轉60°后采用區域加工，加工范圍為矩形凸臺的四周倒角與角臺上方的半圓形凸起部分。由于旋轉后工件單側升高了，為了不發生撞刀而采用了加長刀具。為了改善表面質量及表面刀紋的一致性，4 個倒角面采用先加工兩個長側面，再加工兩個端面。這樣可以有效地避免加工到凸臺時頻繁抬刀的動作，節約了輔助時間，提高了效率，具體參數設置跟精加工時一樣，區域加工刀具路徑如圖6 顯示效果圖。
圖6 區域加工刀路
3.總結
本文應用了MasterCAM 數控加工編程軟件，結合典型型腔體進行數控加工程序的編制，結合有效的高速數控加工工藝，將其應用于實際生產中，有效提高數控生產加工效率及加工成品質量，盡量縮短裝刀長度，以減少刀具振動，延長刀具壽命，提高加工精度。
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