NX CAM 在轮胎模具花纹块加工中的应用

　　汽车轮胎行业的发展日新月异，新产品层出不穷，轮胎模具是轮胎的重要工艺设备，对轮胎质量起着决定性的作用。只有采用CAD/CAM技术，才能提高模具质量和缩短加工周期。本文主要讨论运用UG软件的CAM功能模块，结合轮胎模具的加工工艺特点，编制出合理有效的轮胎模具花纹块的数控加工程序。

　　一、轮胎模具花纹块数控加工工艺方案制订

　　沈阳子午线轮胎模具有限公司加工轮胎模具花纹块现有的CAD/CAM一体化的基本环境为：10套NX4软件、2台DMG 60 T五轴数控加工中心、1台用于连接机床的PC机。其中NX软件用于轮胎模具三维造型、刀位文件生成、NC代码后处理、生成数控程序及切削仿真，车间PC用于把程序通过网络传入机床，数控机床用于加工轮胎模具钢花纹块产品。由于一个花纹块由几个节距排列而成，因此可先制定各个单节距的粗加工、半精加工及精加工的操作，再根据节距排列通过旋转复制单节距的加工操作样板生成整块花纹块的加工轨迹，再根据DMG 60 T机床的操作系统(Haidenhain)和机床结构形式在NX软件中运用Post Builder建立后处理文件，以便生成机床可识别的数控文件代码。数控程序生成后，可通过网络传到车间微机，再通过RS232接口传入DMG 60T五轴数控加工中心，进行加工。因此，制订花纹块数控加工工艺方案如图1所示。

图1 轮胎模具花纹块加工工艺方案

　　二、NX CAM加工花纹块的数控编程

　　编制数控程序的关键是对加工操作模板4个父节点：加工坐标系、刀具、切削参数及加工方法(粗加工/半精加工/精加工)的设置。

　　1.加工坐标系的确定

　　NX提供了强大的坐标系设定功能，它包括了绝对坐标系、工作坐标系WCS及加工坐标系MCS。一个工件按装夹工位不同可以设定多个加工坐标系。建立加工坐标系应遵循的原则：一般与工件坐标系一致;坐标原点要定在操作者最易快速对刀的位置;对称零件的坐标原点应选在对称轴上。

　　此处我们把花纹块在DMG 60 T数控机床上一次装夹完成粗精加工，因此，轮胎模具花纹块的加工原点设在整个花纹块中心位于内径的柱面上。

　　2.刀具选择

　　数控机床所用刀具按形状可分为：盘状铣刀、平底柱状端铣刀、球头柱状端铣刀、R角柱状端铣刀和球头锥状铣刀等。

　　盘状铣刀主要用于切削试件的毛坯开粗加工和花纹块两个斜端面的加工，一般使用Φ66(R6)的刀具。

　　平底柱状端铣刀主要用于花纹块型腔的开粗加工、型腔底面的清根精加工等，一般使用Φ20、Φ16、Φ8、Φ6mm的刀具。

　　R角柱状端铣刀主要用于花纹块型腔侧壁的半精加工，一般使用Φ10(R1)mm的刀具。

　　球头柱状端铣刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等，一般使用Φ10、Φ6、Φ2 mm的刀具。

　　3.加工参数的设置

　　加工中重要的切削参数有主轴转速、走刀进给速度、加工行距(残留高度)和加工余量等，一般在选择这些参数时即要考虑零件的加工精度又要考虑机床的加工效率。加工花纹块一般采用的是：

　　◎Φ20mm粗加工：转速为500r/min，行距为6mm，余量为1mm;

　　◎Φ10(R1)mm半精加工：转速为6500r/min，行距为0.2mm，余量为0.1mm;

　　◎Φ10(R5)mm半精加工：转速为6500r/min，残留高度为0.01mm，余量为0.1mm;

　　◎Φ6(R3)mm精加工：转速为8000r/min，残留高度为0.005mm，余量为0mm;

　　◎Φ2(R1)mm清根加工：转速为11000r/min，残留高度为0.005mm，余量0mm。

　　4.花纹块单节距的粗加工

　　首先导入含有所有节距的花纹块主模型或根据已知条件建立花纹块主模型如图2所示，然后根据花纹筋形状通过布尔运算建立单节距铣腔毛坯。一般采用层切的方式进行单节距型腔的粗加工。因此在UG中选择Cavity_mill型腔铣铣削加工子类型，选择端铣刀做开粗加工，这是因为其抗力小，加工速度高。选择铣腔毛坯的侧壁和底面做为零件几何体，并选择铣腔毛坯作为毛坯(blank)，采用多层切削方式，根据刀具供应商提供的切削参数设置每层切削深度及切削步距，采用螺旋进刀方式以避免垂直下刀对刀具的冲击，给定刀轴矢量方向，采用逆铣加工，生成粗加工刀具轨迹如图3所示。

图2 含所有节距的花纹块主模型

图3 单节距型腔粗铣刀具轨迹

　　5.花纹块单节距的半精加工

　　余量均匀化是精加工的重要前提。经过粗加工后，大部分余料已经去除，但型腔型面上的余料为台阶状，并不均匀，为使余量均匀并为后面的精加工做准备，需进行半精加工。型腔的半精加工可采用等高轮廓铣(ZLEVEL_PROFILE_STEEP)切削方法，分层加工，这种加工方法适用于加工较陡、较深的型面，等高切削可以使刀具手力均匀、震动小，在此处特别适于花纹筋侧壁的半精加工，选择直径为10mm底部为R1的整体硬质合金刀具，设置每层切削深度0.2mm，零件表面留有0.1mm的余量，生成花纹筋侧壁的半精加工刀具轨迹如图4所示。

图4 单节距半精铣刀具轨迹

　　6.花纹块的精加工

　　在精加工中易采用高的刀路密度，小的吃刀量，快速进给来提高加工速度和型面精度。精加工时选择可变轴轮廓铣(Variable Contour)，驱动方法可用曲面驱动(Surface)、边界驱动(Boundary)等，加工精度通过残留高度(Scallop)控制，设置该参数时既要考虑加工精度又要考虑加工效率。为了得到光顺的花纹筋表面，精加工时应尽量避免多次接刀，刀具则要选择球刀，以包络出光顺的花纹筋表面。

　　以上各单节距的粗/半精/精加工刀具轨迹生成后，可根据花纹块节距排列图经旋转复制形成整块花纹块的粗/半精/精加工刀具轨迹。

　　将刀具轨迹优化排列后，经UG中设定的后置处理文件，生成机床可识别的数控代码NC程序，即可用于数控加工。

　　三、结束语

　　应用NX CAM进行轮胎模具花纹块的数控加工提高了模具加工精度和效率，为企业在激烈的市场竞争中赢得胜利提供了强有力的保障。