对在IPW环境下的模具模块数控加工工艺研究

　　引言

　　模具加工是模具制造中的一个重要环节，它不仅决定了模具的表面质量与精度还影响模具的制造周期。选择合理的加工工艺是解决这些问题的基础，由于模具加工的单件小批性，合理的加工工艺不可能由加工过程进行探索，因此，利用CAM软件进行制造工艺的优化是当前模具加工的趋势。目前市场上CAM软件很多，主要有 Unigraphics(简称UG) ,Powenvill,MasterCAM,Cimatron等等。因操作简单方便，MasterCAM和Cimamon等软件在国内市场份额很大，但是其CAD功能都很弱，复杂设计都需要借助其他CAD软件来完成。相对而言，UG和Powermill都属于较好的CAM软件，尤其是前者的CAD/CAM 功能十分强大，具有更大的发展前途。本文基于UG的CAM模块，探讨实际生产过程中某覆膜砂叠型铸造模具的铸铁模块基于，W的最佳的数控加工工艺方案。

图1 所示为利用UG设计的制动器卡钳体覆膜砂模具模块

　　1 基于IPW的数控加工工艺

　　一个零件的加工过程包括很多步骤。在传统的数控加工编程中，由于数控编程员对每一步加工工序后哪些材料还没有被加工掉不清楚，在进行粗加工、半精加工、精加工或是换刀加工的工艺编程时，都是从零件毛坯开始，这样导致在进行半精加工、精加工或是换刀加工时，数控机床要按照工进的速度走完很多己经加工过的毛坯表面(我们称为空切)，浪费大量工时。

　　在实际加工中，每一个加工工序完成后都有一个毛坯的中间过程，称为IPW (In Process Work-piece)。编程时可以将前个工序加工后生成的IPW作为后续加工工序的毛坯，进而达到减少空切、提高加工效率的目的。这就是我们今天要讨论的基于IPW的数控加工工艺，也是UG/CAM模块提供的一项独特的功能。

　　模块数控加工的质量及效率基本决定了模具的质量和交货期。因此，探讨最佳的数控加工工艺对提高模具质量和按时交货十分必要。卡钳体覆膜砂叠型铸造模具模块如图1所示，由铸造方法获得毛坯，再进行加工获得模具模块。由图1可知，模块除了分型面上需要完全清根(无圆角)，其余最小圆角为R3~5mm。此外为了降低成本，分型面清根拟采用钳工手工清根。因此初步确定精加工使用最小刀具直径为8mm。根据铸铁模块的特点，初步选定采用合金镶片刀具进行粗加工和半精加工，整体硬质合金刀具进行精加工。

　　加工由粗加工、半精加工和精加工三道工序来完成，下面分别讨论其基于IPW的数控加工工艺。

　　2 基于IPW的数控加工工艺应用

　　2.1 粗加工工艺

　　粗加工最小刀具直径确定为16mm，加工余量侧面为0.6mm，底面为0.2mm。对于模具模块的粗加工，一般采用型腔铣。由于型腔铣是沿深度方向分层加工，不管分层多细，总会有台阶，所以在型腔铣后都要进行等高铣。等高铣是沿零件横截面轮廓进行的一种仿形加工，切削条件比较一致，切削平稳，工件表面的粗糙度情况也比较好。这里我们主要比较了传统的型腔粗加工和基于IPW的型腔粗加工工艺。

　　虽然模具模块的形状外形是一个长方体，但已经在内部有了空腔，如图1，而传统的型腔铣工艺以一个长方体为加工毛坯进行数控编程，在加工出与模具模块内腔相同的具有一定加工余量的型腔后，再用平刀等高铣加工所留台阶，其加工工艺效果及参数见图2，总加工工时为372.3min。

图2 传统的粗加工工艺参数及效果图

　　可以看出，由于我们翻制的毛坯本身就只有均匀的6mm加工余量，与内腔深度相差较大，且内腔形状己经与图2所示型腔铣加工的内腔相同，因此采用传统的型腔铣加工，第一道16mm平刀型腔铣工序必然存在很多空刀，不仅增加了一个加工工序，而且也增加了大量的工时。

　　基于IPW的型腔铣加工参数及效果图如图3所示。总加工工时122.4min。它是利用模具设计过程产生的模具模块图(图1)作为传统型腔铣加工后的中间过程，然后在其基础上进行平刀等高铣的数控加工编程，虽然在曲面毛坯上编程增加了数控编程的时间与定位等辅助时间，但由于省去了传统型腔铣的第一个有较多空切的工序，可缩短数控加工工时50%以上，极大地提高了粗加工的效率。

　　2.2半精加工工艺

　　由于精加工刀具直径为8 mm，因此半精加工最小刀具直径确定为10mm或8mm，加工余量为0.1mm。这里我们也比较了传统的半精加工工艺和基于IPW半精加工工艺。

　　传统的半精加工工艺主要是逐步减小刀具直径，以达到逐步减小加工余量的目的。编制数控加工程序时用粗加工后的轮廓重新作为编程与定位对刀的依据，编制程序花费时间较长，同时考虑到粗加工刀具直径为16mm，一般先采用直径为12mm平刀等高铣的数控加工工艺进行加工，具体参数为:侧面加工余量0.45 mm，底面加工余量0.15 mm,每层切深0.4mm;加工工时为:224.2min。然后采用l0mm球刀等高铣的数控加工工艺进行第二次加工，具体参数为:侧面加工余量 0.1mm,底面加工余量0.1mm,每层切深0.3mm;加工工时为:284.1min。总加工工时为508.3min基于IPW的半精加工类似于基于 IPW的粗加工工艺，即利用16mm平刀型腔铣粗加工程序生成一个IPW，然后基于此IPW，直接采用8mm平刀进行型腔铣加工。侧面加工余量和底部加工余量均为0. 1mm，每层切削深度为0.25 mm,总加工工时为391.2min。

　　两种工艺对比如表1所示，可以看出基于IPW的半精加工可缩短数控加工工时，而且基千IPW加工的圆角都达到R4mm，为后续的精加工留下了更小的圆角加工余量。

表1 铸铁模具模块数控加工工艺与工时比较

　　2.3精加工工艺

　　UG3.0中对等高铣精加工做了重大改进，将UG2.0中需要的两个精加工程序等高陡坡加工和等高缓坡加工合二为一，减少了加工时接刀带来的误差。精加工工艺相对比较简单，我们主要采用以下加工工艺:8mm球刀等高铣+8mm平刀平面精铣。此阶段不需基于IPW进行。

　　综上所述，覆膜砂叠型铸铁模具模块最佳数控加工工艺如表2所示。该工艺具有节约工时、表面质量好、工序简单等优点。

表2 铸铁模具模块最佳数控工艺

　　3 结束语

　　利用UG软件CAM模块来编制加工程序，并针对模具模块铸造后加工余量较小的特点，充分利用UG软件独特的基于IPW进行加工的功能，提出了基于IPW的模具模块数控加工工艺，与传统模具模块数控加工工艺相比，该工艺具有节省工序、节省刀具、节省工时的优点，在保证模具精度和表面质量的情况下提高了模具模块加工的效率。而且实现了模具设计与制造的一体化，使模具在设计的同时就可进行制造阶段的相应的数控加工编程工作，相比于传统的在零件毛坯出来后再进行制造阶段的数控程序编制与加工来说，缩短了模具的制作周期。