加强角材模具数控铣削加工研究及应用

河北工业大学硕士学位论文加强角材模具数控铣削加工研究及应用姓名：马红英申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：曹文杰2010-12河北工业大学硕士学位论文i加强角材模具数控铣削加工研究及应用摘要模具CAD/CAM技术的发展，为模具制造提供了强大的技术支持。利用UG，Pro-E，Cimatron等软件的CAD功能，可以辅助设计人员很好地完成各种特殊曲面零件模具的设计。利用其CAM功能，进行模拟加工、路径比较选择，通过分析对比研究，最终得到最优的加工程序。提高了加工效率和加工质量。本文通过对某型飞机碟式舱门加强角材基于UG的建模和加工，研究了模具铣削加工问题。通过大量查阅国内外文献，充分利用CAD/CAM技术，进行零件的建模和模拟加工。根据冷作模具的加工特性研究了不同模式，不同铣削参数设置下加工效率的问题，总结出了刀具路径优化的参考原则以及其他应该特别注意的方面。通过数控仿真程序的切削时间方案比较，分析了不同切削模式下的效率高低问题。作者以DT合金和7Cr7Mo2V2Si两种钢材作为试验对像，利用正交试验法，设计了相应的试验方案，研究了切削参数的选择对材料去除率以及刀具磨损的影响，进行了参数组合的优化，得到了最佳的切削参数组合。基于UG/Post创建了符合课题要求的FANUC0iMate数控系统的后置处理,并应用于模具数控加工模拟仿真，检验所得结果是否符合要求并进行修改，生成数控机床能够直接识别的符合课题要求的数控程序，从而保证机床进行正确的加工。最后在数控加工中心上，利用前文得到的加工程序进行某型飞机碟式舱门加强角材模具的数控铣削加工，验证了研究结论，效果良好。关键词：数控技术，CAD/CAM，路径优化，切削参数，数控程序加强角材模具数控铣削加工研究及应用iiSTUDYANDAPPLICATIONOFNCMILLINGFORSTRENGTHENINGANGLESDIEABSTRACTThedevelopmentofCAD/CAMtechnologylaysaverystrongsupportforthemanufacturingofmould.WiththeassistanceofsoftwarewhichhasCADfunction,suchasUG，Pro-E，Cimatron,andsoon,thedesignofdifferentkindsofspecialcurvesurfacecanbewelldonebydesigners.IntheCAMmoduleofthosesoftware,wecancompletethesimulationofprocessingandtoolpath,whichcanbemadecomparisonsandfurtherstudiedtoachieveabetterresult,inotherwords,theoptimizationoftheparameterandthechooseofmoreefficienttoolpathcanbeeasilyobtainedthroughthemoduleabove,finally,therealNCprogramcanbeoutputtedbythepost-processingmodule,whichgreatlyimprovetheprocessingefficiencyandquality.ThispaperstatestheUGCAD/CAMmodule,withwhich,theauthorbuildsthebodymodelofacertaintypeplane’sanglesectionanddoesitsvirtualmillingprocesstostudytheproblemofthecoldworkingdie’sroughfinishwithhighefficiency.Basedonreadinglotsofpapersrelatedwiththisfield,theauthormakesthebestuseofCAD/CAMtechnologytostudythathowtoimprovethemachiningefficiencyundercertainparameterssetofdifferentmachiningmodesintheprocessofmachining.Theauthormakesasummaryofprinciplestoinsistandsomeotherimportantfactorstopayattentionduringthecourseofoptimizingthecutter’sprocesspath.Withthecomparisonofprocessingtimeunderdifferentmachiningmode’s,theauthorcometotheconclusionofwhichmode’sofmachiningismoreefficientthanthemodeofanother.Then,theauthormakestheexperimentsunderamillingmachiningcenterwithtwokindsmaterialofDTalloyandLDsteel,therealexperimentsaredesignedbyOrthogonalmethodtostudytoolwearingandmaterialremovingrate,withtheanalysisofwhich,theauthormakesbettercombinationofmillingparametersetandobtainsthebestparameterset.Whatismore,apostprocessorforFANUC0iMateNCsystemwhichaccordwithrequirementsofthetaskwascreatedbyusingUG/Post,Thenthepostprocessorisappliedandchecked,Finally,theNCprogramiscreated,whichcouldbeidentifiedbyNCmachinedirectlysoastoensurethedieisproducedwithhighaccuracy.Atlast,thepartabovewasprocessedthroughtheNCmachiningcenterwiththeoptimizedtoolpathandmillingparameterset,which河北工业大学硕士学位论文iiiresultmeetstheconclusionverywell.KEYWORDS:numericalcontroltechnology,CAD/CAM,optimizationoftoolpath,cuttingparameter,numericalcontrolprogram加强角材模具数控铣削加工研究及应用vi符号说明ap—背吃刀量，mm。ae—侧吃刀量，mm。fz—进给量，mm。no—主轴转速，mm。Q—材料切除率，mm3/min。VB—后刀面磨损量，mm。河北工业大学硕士学位论文1第一章绪论§1-1模具数控铣削加工技术1-1-1模具数控加工技术1、模具加工特点模具的加工属于单件生产，形状各异，复杂程度不同，材料一般较难加工，这就使得模具的生产有其自身的特点。（1）精度要求高随着模具制品精度的提高，模具加工精度也愈来愈高。对于凸、凹模型面来说，其形状、尺寸精度和表面质量直接影响制品质量。这就对模具加工提出了高的标准和要求。（2）型面复杂。模具型腔表面形状复杂，根据制品的要求，经常会出现窄槽、斜面、特殊曲面等难加工表面。诸如飞机零件、汽车覆盖件、家电零件等等，其模具型腔面由许多曲面组构成，不但复杂，而且精度要求高。（3）批量小模具生产的批量很小，多数情况下为单件生产，生产没有重复性。这使得生产无法采用专用机床，在柔性生产出现以前，往往只能用钳工修整等人工加工方式。（4）成套性加工当采用级进模加工时，前级模具的加工误差会直接影响后级模具的加工，最终制件是否合格，与这一系列模具相关。加工时必须要考虑这一特点。（5）工序多模具上的表面通常要由铣、镗、孔加工等多个工序完成，在加工时尽量安排在一次装夹中完成，以提高定位精度和减少安装时间。（6）材料难加工由于模具工作环境的特殊性，模具材料一般硬度很高，大部分冷作模具钢硬度都大于HB200以上，有时由于需要还要采用硬度更高、更难加工的优质高速钢或硬质合金材料。所以，在切削加工过程中，合理的切削条件的选择尤为重要。（7）生产周期短由于市场需求，新产品的更新换代周期很短，这就要求模具的开发和制造要适应需求，缩短生产周期[1-2]。加强角材模具数控铣削加工研究及应用22、数控加工技术特点自1952年第一台数控机床问世以来，数控技术（NumericalControl，简称NC）的发展引领制造技术向信息化、自动化、柔性化、集成化、智能化、精密化、网络化和清洁化的方向发展。从目前数控技术发展的趋势来看，其主要特点和研究方向有以下几个方面[3]。（1）高速、高精加工目前，高速加工机床已能达到60000～100000r/min的主轴转速，高速加工不但提高了加工效率，而且是筋、壁等易变形工件的首选高效加工方式。加工精度不断提高，普通精度数控机床一般为的10～5μm，精密级数控机床、加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，超精密加工已进入纳米级。（2）多轴联动和复合加工机床多轴联动使得三维曲面的加工效率和加工精度得到大幅提高。车、铣复合加工中心的出现扩大了机床的加工工艺范围，使零件在一次装夹中可以完成更多的工序内容，提高了加工质量和效率。（3）自动化和柔性化数控加工的自动化生产不但提高了加工效率，而且还能避免人为误操作，提高加工可靠性。数控技术使生产实现柔性化，适应了现代生产节奏变化快的特点，产品转型迅速、生产成本降低。（4）信息化、集成化和网络化数控技术是以计算机技术为基础，结合信息技术、自动控制、测量技术、现代制造和网络技术等多学科综合发展的。各学科的发展互相促进，也促使数控加工技术的全面发展[4]。3、数控加工在模具加工中的应用数控加工的优势和模具加工的特点，决定了在模具制造中要充分利用数控加工技术。数控加工技术可以满足模具制造的高精度要求；高速加工可以适应难加工材料的加工；数控技术的柔性特征使得模具制造和设计变更简单易行；多轴联动加工可以解决复杂型面的加工技术。数控加工技术大大优化了模具制造[7-8]。1-1-2模具数控铣削加工特点1、模具数控铣削加工工艺范围数控铣削主要适于加工平面、沟槽、小孔以及曲面轮廓等表面。在模具加工中的应用主要有以下几个方面[9]。（1）模架定模板、动模板的加工，如图1.1所示。（2）滑块位的加工，如图1.2所示。（3）定模型腔、动模型心的加工，如图1.3所示。（4）流道的加工，如图1.4所示。（5）各类铜公的加工，如图1.5所示。2、模具数控铣削加工工艺特点利用数控铣削加工技术完成模具的制造，在设计工艺时，要将模具加工的特点和数控技术的优势结合考虑，制定出合理的加工工艺。其主要特点有以下几个方面。（1）合理划分加工阶段为了保证加工精度、合理利用加工设备和人员、以及安排热处理工序，一般讲加工阶段分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。（2）按工序集中原则划分工序模具数控铣削加工是在各种数控铣床或铣削加工中心上完成，工序的划分主要考虑编程、定位和夹紧以及换刀方便易行。划分工序时，可以按所用刀具划分，就是将一把刀完成的那部分工艺过程划为一道工序，这样可以节约换刀时间，适于加工表面多的加工；可以按安装划分工序，即以一次安装完成的那部分工艺过河北工业大学硕士学位论文3图1.1模架定模板、动模板的加工图1.2滑块位的加工Fig.1.1.Thepro