锻模高速铣加工及DELCAM编程技术

　　一、前言

　　东风汽车有限公司公司商用车锻造厂是生产镀件及模锻的大型专业化生产厂家，拥有从20MN到120MN全系列的模锻锻压机组40 多条钱，年产= 10万t锻件，并拥有年产5000多副各类模具的锻模生产车间，数控铣床3 台，Mikron 高速铣一台，还有大量的电加工和机加工设备。

　　随着现代经济的飞速发展，市场对新产品锻件的质量、价格、交货期都提出了越来越高的要求。锻模作为新产品锻件生产的关键工装，其质量、价格以及交货期日益成为新产品开发成败的关键因素。传统的锻模加工工艺方式已经很难满足市场的需求，东风汽车有限公司公司商用车锻造厂锻模制造系统近几年承受了很大的压力.生产车间基本上设有节假日.关键设备3 班生产，但在某些新产品上仍很难满足其质量与交货期方面的需求。

　　锻模制造迫切需要一种高质量、高效率的加工方式，以提高锻模质量，缩短制造周期，降低制造成本。高速加工技术的出现.很好地解决了锻模制造所面临的一些难题。因此，高速加工技术在锻模制造行业得以迅速发展。东风汽车有限公司公司商用车锻造厂引进了一台瑞士来克朗(Mikron)高速加工中心（VCP1000Duro）用于曲轴、连忏等精密、复杂锻模的加工取得了显著的效果。

　　二、两种工艺的比较

　　目前，东风汽车有限公司公司商用车锻造厂锻模加工的工艺路线一般为： 锻模外形加工→圆弧铣或仿形铣粗加工型槽→热处理→修磨基准面→电火花或数持电火花粗、精加工型槽→钳工打磨抛光型槽→表面强化处理。这种加工工艺方式存在效率低、质量不高、生产周期长等恃点。

　　高速铣加工锻模工艺为：锻模外形加工→热处理→修磨基准面-.高速铣加工型槽→表面强化处理.从中可以看出.高速加工镀锻模工艺省去了型槽粗加工、电火花粗.精加工.钳工打磨等4 道工序。

　　通过高速铣还可节省电极材料、模型所用木材、以及制作电极、模型的工时和费用。

　　另外，高速精铣时，可用小直径的铣刀加工出很小的圆角半径，实现精细制造，节省大量的休整，打磨，抛光时间。

　　三、高速铣加工的特点

　　l 效率高

　　高速铣削是一种不同于传统加工的加工方式，与之相比，它主轴转速高速切削进给速度高、切削量小，但单位时间内的材料切除量却比一般就削增加3-6 倍，是电加工的5-10 倍，并且高速铣可简化加工工序，缩短模具制造周期。它可使锻模平均制造周期缩短半以上。

　　2. 精度高

　　由于高速铣加.L 切削深度及进结小，转速高，工作平稳、振动小.同时在高速切削时， 95% 以上的切削热被切屑带走，因此工件变形小，可以获得很高的加工精度和表面光洁度，高速铣加工能解决东风汽车有限公司公司商用车锻造厂前无精密模具加工手段的问题，提高模具的制造质量，

　　3. 制造成本低

　　可节省大量的石墨、木材和大量电极制造与木模制造工时，高速铣虽然消耗一些刀具.但具消耗精辑只有石墨电极的1/2 。

　　四、效益分析

　　以某曲轴锻模为例.目前传统锻模加工工艺的总工序为22 道，总时间为256 小时，其中型槽加工时间为179 小时(仿形铣40 小时，电火花94 小时钳工打磨抛光45 小时）。 高速铣加工曲轴锻模的工艺的总工序为17道，总时间为120小时，其中加工型槽时间仅为44 小时。与传统锻模加工工艺相比减少5 道主序总时间缩短了1/2 ，型槽加工时间缩短了3/4 ，还提高了加工精度，通过检查，误差在O.lmm 以内、表面粗糙度为Ra 0.4，模具加工后甚至不用钳工打磨抛光。另外，可节省大量的石墨、木材，经济效益十分显著.

　　五 高速铣加工策略对CAM系统的要求

　　高速加工有着不同于传统加工的特殊的加工工艺要求，故应用于高速加下的数控自动编程系统CAM 系统必须能够满足相应的特殊要求。

　　(l) CAM 系统应具有很高的计算编程速度，高速加工中采用非常小的进给量与切深，故计算NC程序时需要很长的时间， CAM计算速度快且方便是非常重要的.另外，快的编程速度使操作人员能够对多种加工工艺策略进行比较，以便采取最佳的工艺方案，并对刀具轨迹进行编辑和优化，以达到最佳的加工效率。

　　(2)高速加工的重要特征主就是能够使用较小直径的刀具加工出复杂的模具.系统能够自动提示最短夹刀长度并自动进行刀具干涉检查，这对于高速加工非常重要。

　　(3) 进给率优化处理功能，为了能够确保最大的切削效率，并保证在高速切割时加加工的安全性，应根据加工瞬时余量的大小，由CAM 系统自动对进给率进行优化处理。

　　(4)符合高速加工要求的丰富的加工策略，与传统方式相比，高建加工对加工工艺走刀方式有着特殊要求，因而要求CAM 系统能够满足这些特定的工艺要求

　　☆应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化， 以避免因局部过切而造成刀具或设备的损坏

　　☆全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查，商量加工以高出传统加工近10 倍的切削速度加工，一旦发生过切，其后果不堪设想，做CAM系统必须具有全程自动防过切处理能力，传统的曲面CAM 系统是局部加工的概念，极容易发生过切现象，一般都是靠人正选择干预的办法来防止，很难保证过切防护的安全性，新一代的CAM 系统，应具备全程自动防过切功能，才能真正保证其安全性.

　　☆应保持刀具轨迹的平稳，避免突然加速或减速，下刀或行间过渡部分最好采用斜式下刀或回弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料.行切的端点采用圆弧连接，避免直线连援.残余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般应采用多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，直至追到所需尺寸，避免用小刀一次加工完成.刀具轨迹编辑功能也很重要，可通过裁剪修编以减少空刀，提高效率。

　　根据以上高速铣加工特点东风汽车有限公司公司商用车锻造厂为高速铣加工专门配备了De lcam公司的三维NC软件(造型模块为Power Shape 加工模块为PowerMiII) ，该软件除了曲面造型功能较强外，加工性能非常强大，几乎支持目前己知的所有加工方式.刀具路径编辑能力是它最强的地方，可以任意地删除刀路，而不会产生工件过切.特别是它可全面支持高速铣(HSM)加工，为我们进行高速铣却主编程提供了强有力的工具。

　　六.高速铣编程技术

　　高速铣加工锻锁是门全新的技术，只在全面地掌握相应的编程技术，才能充分发挥应有的效益.下面以加工某连杆终锻模为例，叙述一下我们用PowerMill编制高速铣程序的过程和所用到的技术参数。该模具一套两块仅用3 小时就全部完成。

　　l 粗加工编程

　　粗加工采用层切加偏置的方式、使用刀具MICRO 100 ，其型号为XCI010003-82( ￠ 10 R3 圆角端铣刀) ,主轴转数为500OOr/m ，进给率2500mm/min，公差0.05. 加工余量。径向为o 2 、轴向为0.1 ，下切步距0.35，行距2.6 ，进刀方式为斜向选刀.以下是粗加工中的几个注意事项：

　　(1)由予东风汽车有限公司商用车锻造厂引进的高速铣自带换向减速功能，编程时加工进刀如采用螺旋方式，机床会减速进给，影响力加工效率，采用斜线进刀方式并有效控制斜线长度，可增加进刀速度，由于是端铣刀 ， 进刀角度不应大于5 .否则对刀具冲击较大，容易打刀。

　　(2)刀具路径连接参数很重要，给的不好，抬刀太多大高.尤其是粗加工合理的连接参数，可以大大减少不必要的抬刀提高加工效率。体来说：加工时快进高度表格中不选用绝对而选用相对快进，应尽量减少掠过距离下切距离和斜向进刀时的进刀高度短连接应选择在幽面上，长连接应选择掠过，安全高度应选择掠过。

　　（3）根据东风汽车有限公司公司商用车锻造厂高速铣的特点，粗加工中的修圆和光弧连接功能都应去掉，这样可减少重复刀路，提高效率.

　　(4)加工余量径向大于铀向，主要是考虑到走刀时，如果刀具发生断刀现象，径向比轴向更容易扎刀。

　　(5)一定要用圆角端铣刀(牛鼻刀) 进行粗加工，它既可镜平面又能锐侧面，旋转时有极高的线速度，切削效率最高。和平底刀相比他的侧刃不易崩刀，个球头刀相比，其行距可大好几倍，加工效率高的多。

　　(6)加工翻新模具时，一定要定义合适的毛坯，否则由于加工余量不均，容易打刀，增加制造成本

　　（7）粗加工方式只易选用一次，不易用残余粗加工方式而直接用半精加工中的高等加工方式代替，可提高加工速度一倍以上，需要注意的是后一把刀具的直径要大于或等于前一把刀具直径的1/2，否则会留下残余留量，影响下一把刀具的切削.

　　2. 半精加工和精加工编程

　　（1）半精加工采用等高加工方式.，使用刀具MICRO 100，其型号为XC91010-5（6球带头刀），主轴转数为15000r/min ，进给率3000mm/mln ， 公差0.03，加工余量0.08，下切步距0.2，进刀方式为垂直圆弧进刀。

　　（2）精加工采用等高加工和平行加工相结合的方式，有时也可采用最佳等高方式，使用刀具FRAISA其型号为U5283（4球带头刀），主轴转数为19500r/min，公差0.01。加工余量0，下切步距0.1进刀方式为垂直圆弧进刀。

　　（3）清根加工，连杆杆部圆角半径只有1.2mm，需要用R1刀具进行清根加工，方法是要先求出R2刀具加工不到的边界，再用三维偏置加工边界里的曲面，使用刀具FRAISA，型号为M5782-140（2球带头刀），其他加工参数同精加工一样。以下是半精加工和精加工中的几个注意事项：

　　（1）采用垂直圆弧进刀，可减少下切刀路的长度。同时，下切刀路和切削刀路连接时保持相切，对刀具冲击较小，还可以有效的保护刀具。

　　（2）刀具加工时的参数选择，应严格按厂家提供饿数据，这样才能最大程度的保护工具。

　　（3）清根不能直接用Powermill提供的清根程序。因为局部加工余量过大，容易打刀。要先求出残余边界，并放大2mm，再用三维偏置有外向内里进行加工，不仅表面质量可大大提高，且不易打刀。之所以用大刀加工，小刀清根方式精加工模具，而不用小刀一次加工完成，主要是从可以提高加工效率方面来考虑的。

　　(4)多数情况下应采用等高加工加工和平行方式相结合的方式。因为最佳等高以30自动把曲面分成陡峭和浅滩（平坦）两个部分，用高等加工陡峭部分，用三维偏置加工浅滩部分，它们加工后的连接部分有接痕，边面质量不高。而采用高等加工和平行加工方式的结合，可以控制陡峭和浅滩两部分的边界使之有一定的重合，加工后的连续部分无接痕，表面质量较高，并且利用平行加工浅滩曲面表面，刀痕和光洁度均好于三维偏置方式，在计算刀路时批，平行加工方式远远快于三维偏置方式。同时，为了提高加工效率，我们可以把陡峭和浅滩分界角改为20，可以减少一定走刀时间。

　　（5）刀杆碰撞检查很重要，编程完成时，都要进行检查，避免撞坏机床主轴。同时，可计算出加工时刀具的最短长度，尽可能的多夹持刀具加工时的长度。

　　七．提高高速铣编程的其他措施

　　在高速铣编程时，有很多措施可以提高变成速度并能减少编程错误。

　　1.建立用户菜单

　　有些菜单上没有的功能使用起来很不方便，需要键入大串英文字母，这就需要建立用户菜单以方便用户使用。具体方法： 先在我的电脑→高级→环境变量中将HOME 改为c;\DelcamHome ，再建立一个子目录Pm il1 2 ，最后生成一个User_menu 的文件。进行处理后即可产生用户菜单，如可添加一个刀具库生成菜单等，

　　2.生成刀具库

　　把东风汽车有限公司公司商用车锻造厂现有的所有刀具输入到刀具库中，加工中使用刀具时，可直接在刀具库中调用，不仅节省建立刀具时间，还可减少错误。具体方法:在加工目录树的空白处点击右键，弹出用户菜单选择刀具库生成菜单，输入每个刀具的规格及参数即可，

　　3.产生宏命今

　　在编制加工程序时，许多环境变量，如切人切出连接、快进高度表格、后置处理文件中的输出机床类型等，每次都要通过手工表面，浪费了大量的时间.我们可以定一个宏命令自动初始化环境参数，只要起动NC 软件，用户需要的环境变量就可自动加戴，可节约很多时时间值得注意的是该宏命令文件要命名为PmlocaLmac 可并放在软件缺省国录下，宏命令才能自动执行。

　　八 结束语

　　告诉铣是继数控铣、精密数控电火花之后，模具制造行业新近发展起来的一项新技术，它以效率高、精度高、制造成本低等特点，使模具制造变得高辑、快捷、简便、可靠，高速铣是锻模制造业发展的必由之路，它必将给模具制造业带来一次巨大的变革。

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