数控平底块式轧模具结构

　　楔横轧模具的设计和制造是实现楔横轧工艺的关键环节。目前，楔横轧模具基本实现了参数化设计，但制造还处于以手工车削加工或以手工编程的数控车削加工阶段。生产实践证明，现行的以车削为主的加工方法需要大型的加工设备，不但投资巨大，而且加工效率低，加工精度难于保证。所以，很有必要对楔横轧模具的加工方法进行进一步研究，从而提高楔横轧模具的设计、制造水平，实现CAD/ CAM集成系统。此外，由于目前的辊式楔横轧模具基准是圆弧形，进行热处理容易产生变形，且变形后不容易进行加工，因为加工会改变基准圆弧半径。因此，传统的辊式楔横轧模具一般不适用于进行淬火热处理，模具的性能（硬度、刚度、耐磨性等）得不到提高，严重地影响了模具的使用寿命。目前，数控铣削加工已广泛应用于模具行业，尤其是高速铣削加工技术不断成熟，给模具生产企业带来欣欣向荣的气息。所以，为了克服目前楔横轧模具生产的不足，提高模具性能和使用寿命，加工出高质量高性能的楔横轧模具，本文进行了基于平底块式楔横轧模具铣削加工方法的研究。

　　平底块式楔横轧模具结构平底块式模具。所谓平底，是指把模具的圆弧底面化曲为直，使易于变形、不易定位的曲面变为稳定的平面。所谓块式，是指把模具分为若干个小块，体积由大变小，使孔型分布在各个模具块上进行单独加工。在不影响模具性能及零件成形的前提下，在模具由圆弧底结构变为平底结构的同时，为减少模具重量及加工面积，模具基体展宽部分可适当地减少尺寸。模具三维实体模型及模具块如所示。

　　现行的圆弧底结构模具加工是将分好块的坯料拼装起来，再安装在芯轴上进行整体车削加工。

　　而平底块式模具适合于单块铣削加工，坯料可以选用如所示两种结构的铸件或锻件，因而，选用采用小型机床即可完成大型模具的分块加工，从而大幅度降低加工设备投资。此外，这种结构的模具便于采用热处理工艺，即使由于热处理产生小部分变形也可以很方便地通过铣削加工对其修正。主轴快速旋转及刀具快速进给能灵活高效地加工出各种复杂的模具孔型及基体侧面。所示为加工好的模具（模具的热化学处理措施）安装在正多边形芯轴上形成的轧辊。

　　基于图形的图像自动化编程技术数控机床是按照编制好的加工程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备，数控程序质量是影响数控机床加工质量和使用效率的重要因素。对于几何形状不太复杂的简单零件，计算简单，加工程序不多，采用手工编程较容易实现，但对于有着复杂孔型以及模具块之间数据相互关联的楔横轧模具块来说，手工编程很费时间甚至难于胜任。20世纪80年代后期出现了基于图形的图像自动编程技术并涌现了很多优秀的CAD/ CAM软件系统。由CAD系统设计出的三维模型可以直接在CAM系统进行数控编程。编程者只需根据零件的具体形状，指定加工部位和参考面，选择合理的加工类型，设置必要的工艺参数，系统就会自动计算并显示刀具加工路径，模拟加工状态，检验走刀轨迹等，如有错误可以立即修正。自动编程大大减小了编程出错概率，提高了编程效率和可靠性。要实现楔横轧模具基于图形的图像自动化编程，就必须首先获得平底块式楔横轧模具三维模型，通过对Pro/ E二次开发，已经基本实现了楔横轧模具参数化设计。将模型存储为IGES、DXF或STL格式，然后从具有强大的自动编程和仿真加工功能的M astercam系统中导入模具三维图形进行自动编程。M astercam能够方便地编制二维、三维刀具路径，能生成2- 5轴，并且能被多种CNC控制器识别的数控加工代码。

　　模具数控铣削加工及工艺规划模具块都分布着圆弧槽形，经过研究发现，利用Mastercam四轴旋转加工能够加工出精度高、表面质量好的模具。在加工圆弧槽型时，刀具不但需要在X、Y、Z三个方向上运动，刀具主轴还要在垂直于模具轴线的方向沿圆弧槽形旋转，从而加工出精确的槽型。模具侧面、孔型及安装孔都在一台数控机床上加工，省去了切分机、钻床及其辅助设备的开销，也缩短了模具开发周期。实际加工时，根据零件的技术要求，本着刀具集中、先粗后精、减少工件装卡等原则制定合理的加工工序。在保证加工表面精度和表面粗糙度的要求的前提下，根据数控机床性能、刀具材料、模具型号、模具孔型大小合理设置工艺参数。模具加工工序如所示，工艺参数如所示。

　　仿真加工、后处理、数控加工NC代码的生成制定好加工工艺，设置好工艺参数后，将设置结果提交给CAM系统进行刀轨的计算。为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查有无明显刀具路径、有无过切、加工不到位，同时，检查是否会发生与工件及夹具的干涉。具体校验方式有直接查看、手工检查、实体仿真加工。

　　M astercam加工仿真功能可以交互式地模拟材料按数控刀轨数据被去除的过程，对加工操作进行验证。模具整个加工过程与实际机床加工十分相似。为正在仿真加工模具块侧面。后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的刀轨（刀位运动轨迹）以规定的标准格式转化为NC代码。生成数控代码后，还需检查代码文件，根据实际要求对文件进行修改。修改后的文件通过Communic命令传输到数控机床控制器内驱动机床加工。

　　本文提出的平底块式结构楔横轧模具适于分块数控铣削（甚至高速铣削）加工，便于淬火处理，可提高模具加工效率和使用寿命。通过自动编程软件仿真加工出楔横轧模具，获得了可供实际加工使用的数控代码，验证了铣削加工楔横轧的可行性。

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