【摘 要】通过对一种典型的饮料瓶吹塑模具型腔高速数控加工工艺的设计，分析并总结出模具高速加工的工艺特点，进一步明确加工方案的合理选择、加工设备和刀具的有效利用，切削用量等参数的最佳设定及现代制造软件的灵活应用，是保证模具加工质量、提高 生产效率的重要途径，也为类似的模具零件数控工艺设计提供了很好的借鉴。
引言
随着三维造型软件的不断提高，在模具设计、制造过程中，异型曲面的设计与自由曲面应用日趋增加。同时，加工制造过程中对形状及尺寸精度的要求越来越高，供货期限也越来越短，这就对加工过程有了更高的要求。高速数控加工技术对以往的加工工艺有较大影响，逐步改变了以往的加工工艺流程。高速加工中心可以加工热处理后的模具钢，可以有效减少加工过程的时间，降低加工成本，提高加工生产效率。下面通过实例对典型吹塑模具型腔的数控加工工艺进行分析。
1.模具型腔工艺性分析
1.1结构分析
根据产品造型，设计出来的型腔如图1 所示，型腔面由多个曲面组成，而且表面粗糙度要求较高。型面中部旋转凸台进行分度后采用局部区域加工。
图1 饮料瓶吹塑模具型腔加工模型
1.2材料分析
型腔材料为锻造铝合金，但铝合金存在刚性强度低、韧性高及延展性强等切削性能特点，为保证切削效率，解决刚性强度低问题，因而所用的刀具前角小、比较锋利，切削转速高、进给速度快。但韧性高则会给高速切削带来两个方面的问题：一是在高速切削状态下容易导致黏结的现象；二是由于铝材具有高度的延展性，它有可能会形成条状纹。因此，加工铝合金时应考虑以下几个方面。
（1）刀具材料及合理几何参数选择。加工铝合金的刀具材料可选用W8Cr4V高速钢和YG8、YG6、YG8N 等硬质合金，YG6 宜用于余量均匀条件下的连续加工和半精加工。
（2）切削用量，由于铝合金的强度和硬度比较低且导热性好，因此可以获得较高的进给速度，适于进行高速加工。
（3）冷却润滑，用硬质合金刀具粗加工铝合金时，因吃刀量少，进给速度高，切削热主要集中在废铝屑上，一般可不用冷却润滑，而用高压空气冷却将高温碎屑吹走。
1.3拟定工艺方案
对复杂型腔模具制造工艺应根据型腔形状、尺寸、技术要求并结合本单位设备情况等具体条件来制定。该饮料瓶吹塑模具型腔可考虑以下加工方案进行制造。
在高速加工中心，该型腔的铣削加工分四大步：先采用实体挖槽对其进行粗加工，然后采用曲面铣削进行半精加工和精加工，针对其型面中部旋转凸台进行分度后采用局部区域加工，编程坐标原点设在型腔轴线的瓶底处。
2.高速铣削的加工编程
2.1粗加工的高速铣削编程
选用φ20R0.5 铣刀，采用斜线下刀方式，可以改善进刀时的切削状态，保持较高的进刀速度和较低的切削负荷，其参数设置如图2 所示。
图2 斜线下刀设置对话框
选择曲面粗加工方法中的cons tan（t 平行环绕并清角）从外径内走刀方式，铣削方向为顺铣，第一刀背吃刀量0.5 mm， 刀路重叠50％，参数设置如图3 所示，转速为15 000 r/min， 进给速度为 5 000 mm/mim，粗加工和半精加工时将拟合误差值，设为0.5，太小加工速度会减慢，加工时间会变长。
图3 刀路重叠设置对话框
2.2半精加工的高速铣削编程
由于MasterCAM 没有半精加工设置，因此选择的是曲面精加工的Paraiiel 命令。选用 φ12 mm 球头铣刀。因粗加工采用 φ20 mm 刀具型腔底面留有较大的余量，为了改善切削状况，保持较高的速度和较低的切削负荷，同时以避免产生纵向刀纹。如果瓶口部分圆弧较小，再添加一把 φ8mm 球刀进行加工，以获得整个型腔表面精加工的均匀预留量。最后选用 φ6 mm 球刀半精加工，转速为 24 000r/min，进给速度为 3 500 mm/min。在生成加工刀具运动轨迹时，考虑到加工效率等因素，故应选择往Zigzag 走刀方式，设置切削间距为 0.35 mm，双向切削预留 0.1 mm 余量，切削角度设置为45°，其参数设置如图4 所示，选轴向为切削方向。
图4 切削角度设置对话框
2.3精加工刀具路径编程
精加工的刀具路径轨迹选择型腔底端圆弧的法线方向为 切削进刀及加工进给方向，这样生成的刀具路径比较均匀， 以便后期抛光时不会有明显的刀具切削痕迹。为了在加工后 达到表面粗糙度的要求，尽量采用φ6 mm 的球头铣刀，并结合刀具路径交叉重叠的方法进行精加工。目的是半精加工时刀具切削路径角度为绕中轴线45°进行加工，因此精加工的工序是刀具路径沿着型腔X轴的径向进行加工，可达到最 好去除表面凸点的效果。具体参数设置为转速24 000 r/min，进给速度为2 500 mm/min。一般拟合误差应为加工零件的1/5~ 1/10，而本零件的误差一般是在0.05 的数量级，因此数控编程中的拟合误差应控制在 0.005 左右，必须在精加工自动编程中利用图5 对话框进行拟合误差的设置。
图5 拟合精度设置对话框
2.4精加工的区域加工编程
由于此型面属于轴类转轴面，型腔内两侧面矩形凸台加工留有欠切，旋转60°后采用区域加工，加工范围为矩形凸台的四周倒角与角台上方的半圆形凸起部分。由于旋转后工件单侧升高了，为了不发生撞刀而采用了加长刀具。为了改善表面质量及表面刀纹的一致性，4 个倒角面采用先加工两个长侧面，再加工两个端面。这样可以有效地避免加工到凸台时频繁抬刀的动作，节约了辅助时间，提高了效率，具体参数设置跟精加工时一样，区域加工刀具路径如图6 显示效果图。
图6 区域加工刀路
3.总结
本文应用了MasterCAM 数控加工编程软件，结合典型型腔体进行数控加工程序的编制，结合有效的高速数控加工工艺，将其应用于实际生产中，有效提高数控生产加工效率及加工成品质量，尽量缩短装刀长度，以减少刀具振动，延长刀具寿命，提高加工精度。
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