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摘要：模具成型部件的机械加工主要采用自动编程（CAM）及数控铣削。粗加工编程以提高生产效率、余量均匀和减少刀具磨损为原则，进行工序子类型选择以及几种切削模式和切削参数设置的比对与优化;精加编程以产品表面质量和精度等要求为原则，进行工序子类型选择以及各种切削参数、非切削参数对比及优化。
Abstract： Automatic programming （CAM） and CNC milling are mainly used in the machining of mold forming parts. Rough machining programming is based on the principle of improving production efficiency， uniform allowance and reducing tool wear. The process subtype selection and the comparison and optimization of several cutting modes and cutting parameter settings are carried out. Precision programming is based on the requirements of product surface quality and precision.Select the sub-type of process， compare and optimize various cutting parameters and non-cutting parameters.
关键词：切削模式;切削参数;切削方向;进刀;重叠距离
Key words： cutting patterns;cutting parameter;cutting direction;advancement;overlap distance
中图分类号：TG547;TG76 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2020）20-0089-02
0 引言
随着计算机技术的发展与应用，模具CAD/CAM技术在模具设计与制造中得到普遍应用。在模具制造方面，数控自动编程技术CAM及数控加工淘汰了传统的手工加工，改变了以往的粗放型的低精度、低质量模式，转向数字化信息的高质量、高精度生产模式[1]。
模具主要成型部件包括型腔、型芯和滑块等，零件表面由平面、曲面组成，尤其适合采用CAM自动编程及数控加工。机械加工工艺要求，保证零件质量的前提下，提高生产效率，降低生产成本。在硬件上，涉及到机床、夹具、刀具的合理选择，在工艺方面，涉及到加工方式、加工路线的优化，及切削参数的合理确定。
图1所示，为时间显示器的壳体注塑模具的型芯，材质P20。毛坯为6面磨削精料，其数控加工工艺过程为型腔铣-深度轮廓铣-底壁加工-定位钻-钻孔-铰孔。我们这里主要阐述基于UG NX10.0模具型芯CAM中型腔铣和深度轮廓铣加工方式及刀路优化。
1 粗加工加工方式及刀路优化
模具零件的粗加工，俗称开粗，根据机床的刚性、功率和刀具耐用度等，合理选择加工工艺和切削参数，追求在较短的时间内去除多余的金属材料，余量合理并尽可能均匀，避免下个工步刀具崩刃、折断等损坏，工序类型主要采用轮廓铣（Mill-contour），工序子类型主要采用型腔铣（Cavity-mill）。
型腔铣切削模式：跟随部件、跟随周边、轮廓、摆线、单向、往复、单向轮廓。最常用的是跟随部件、跟随周边和往复。
1.1 跟随周边 跟随周边优点是刀路较整齐（见图2（a））、用时较短（见表1），缺点是有可能会出现中间空刀，容易形成岛，故跟随周边切削模式，应设置岛清理，操作如下：切削参数-策略-切削-壁-岛清跟勾选，壁清理-自动[2]。
切削方向选择顺铣。数控铣床工作台传动结构是滚珠丝杠，螺母丝杠之间不存在间隙，采用顺铣不会产生工作台窜动;顺铣相对于逆铣，特点是刀具磨损较小、切削顺畅不打滑、加工表面质量较好。若因某些原因，机床丝杠螺母有间隙，顺铣易引起工作台窜动，损坏刀具和影响加工质量，则应选用逆铣，工件表面有硬皮或表面粗糙的毛坯，开粗应采用逆铣。
切削顺序，若多腔或有不相连的凹槽，应选深度优先，以減少空行程，减少加工时间。
刀路方向，选择向内。
1.2 跟随部件 跟随部件切削模式优点是无残余量、安全可靠，缺点是抬刀和空行程较多，路径显得较为零乱，见图2（b）和图2（c）。若切削参数对话框里-连接-开放刀路-变换切削方向，意味着顺铣、逆铣切削方向都存在，刀轨路径较短（见图2（c）），切削时间较“保持切削方向”短，见表1。
1.3 往复 往复加工模式，顺铣逆铣各一半，若没有勾选壁清理或添加精加工刀路，留下余量不均匀，较多残余量影响后续工序，见图3（a），因此需要如下设定：切削参数-策略-切削-壁-壁清理（在终点）或切削参数-策略-精加工刀路，勾选添加精加工刀路，其加工路刀路，见图2（d）和图2（e），刀路凌乱且较长，加工时间相对来说更长（见表1）;其效果见图3（b）和图3（c）。加工效果与跟随部件、跟随周边相仿。 综上，此零件粗加工型腔銑切削模式采用跟随周边，切削方向采用顺铣较合理。
2 精加工加工方式及刀路优化
此零件精加工，陡峭面采用深度轮廓加工工序（Zlevel Profle），平面采用底壁加工工序（因工艺相对容易保证，不阐述）。轮廓精加工工艺要求保证精度和表面质量，避免过切、让刀、撞刀和接刀痕迹[3]。
切削参数方案①：策略-切削方向：混合;切削顺序：始终深度优先;延伸路径：在边上延伸;连接-层之间-层到层-直接对部件进刀;切削参数方案②：策略-切削方向：顺铣;切削顺序：始终深度优先;延伸路径：在边上延伸;连接-层之间-层到层-使用转移方法;更多-下限平面-下限平面选项-（选择）使用继承的[4];顺铣零件加工质量好，刀具磨损小，刀具耐用度高，建议采用顺铣，因此采用切削参数方案②。同时设置拐角-圆弧上进给调整-（选择）在所有圆弧上（设置相应的参数值），拐角-拐角处进给率减速-（选择）减速距离（设置相应的参数值），避免过切与让刀。
非切削参数方案：转移/快速-安全设置-安全设置选项-（选择）使用继承的;进刀-开放区域-进刀类型-（选择）圆弧;退刀-与进刀相同;起点钻点-重叠距离-重叠距离-输入3mm，区域起点-（选择）拐角，选择点-指定点（指定点在圆弧切线处）[5]。创建刀路效果见图4。
3 结语
模具成型部件数控程序主要采用CAM编程，粗加工时，采用型腔铣加工工序，以生产效率、余量均匀、刀具耐用度等为参考，具体问题具体分析，选择跟随周边切削模式，切削方向为顺铣;精加工时，根据零件的表面特征，采用深度轮廓加工模式，以保证精度和表面质量为原则，为避免过切与让刀，圆弧和拐角处降低进给速度;为减少进刀痕迹，进刀点设置在拐点，采用圆弧进刀和退刀，重叠距离设定3mm。
参考文献：
[1]李丽萍.基于UGCAM的数控铣削加工解析[J].机械工程与自动化，2018，04：47-48.
[2]姚素芹，陈玉文.基于UG 型腔零件的数控铣削加工[J].模具制造技术，2017（8）：84-86.
[3]金霞.基于 UG/CAM模块固定轴曲面轮廓数控铣的研究[J].机床与液压，2007（11）：53-55.
[4]赵宏.CAM 软件高速铣削刀路的平滑处理[J].机械制造，2018（3）：88-90.
[5]余国惠.UG编程刀路优化技巧[J].科技创新导报，2019（34）：83-85.
Abstract： Automatic programming （CAM） and CNC milling are mainly used in the machining of mold forming parts. Rough machining programming is based on the principle of improving production efficiency， uniform allowance and reducing tool wear. The process subtype selection and the comparison and optimization of several cutting modes and cutting parameter settings are carried out. Precision programming is based on the requirements of product surface quality and precision.Select the sub-type of process， compare and optimize various cutting parameters and non-cutting parameters.
关键词：切削模式;切削参数;切削方向;进刀;重叠距离
Key words： cutting patterns;cutting parameter;cutting direction;advancement;overlap distance
中图分类号：TG547;TG76 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2020）20-0089-02
0 引言
随着计算机技术的发展与应用，模具CAD/CAM技术在模具设计与制造中得到普遍应用。在模具制造方面，数控自动编程技术CAM及数控加工淘汰了传统的手工加工，改变了以往的粗放型的低精度、低质量模式，转向数字化信息的高质量、高精度生产模式[1]。
模具主要成型部件包括型腔、型芯和滑块等，零件表面由平面、曲面组成，尤其适合采用CAM自动编程及数控加工。机械加工工艺要求，保证零件质量的前提下，提高生产效率，降低生产成本。在硬件上，涉及到机床、夹具、刀具的合理选择，在工艺方面，涉及到加工方式、加工路线的优化，及切削参数的合理确定。
图1所示，为时间显示器的壳体注塑模具的型芯，材质P20。毛坯为6面磨削精料，其数控加工工艺过程为型腔铣-深度轮廓铣-底壁加工-定位钻-钻孔-铰孔。我们这里主要阐述基于UG NX10.0模具型芯CAM中型腔铣和深度轮廓铣加工方式及刀路优化。
1 粗加工加工方式及刀路优化
模具零件的粗加工，俗称开粗，根据机床的刚性、功率和刀具耐用度等，合理选择加工工艺和切削参数，追求在较短的时间内去除多余的金属材料，余量合理并尽可能均匀，避免下个工步刀具崩刃、折断等损坏，工序类型主要采用轮廓铣（Mill-contour），工序子类型主要采用型腔铣（Cavity-mill）。
型腔铣切削模式：跟随部件、跟随周边、轮廓、摆线、单向、往复、单向轮廓。最常用的是跟随部件、跟随周边和往复。
1.1 跟随周边 跟随周边优点是刀路较整齐（见图2（a））、用时较短（见表1），缺点是有可能会出现中间空刀，容易形成岛，故跟随周边切削模式，应设置岛清理，操作如下：切削参数-策略-切削-壁-岛清跟勾选，壁清理-自动[2]。
切削方向选择顺铣。数控铣床工作台传动结构是滚珠丝杠，螺母丝杠之间不存在间隙，采用顺铣不会产生工作台窜动;顺铣相对于逆铣，特点是刀具磨损较小、切削顺畅不打滑、加工表面质量较好。若因某些原因，机床丝杠螺母有间隙，顺铣易引起工作台窜动，损坏刀具和影响加工质量，则应选用逆铣，工件表面有硬皮或表面粗糙的毛坯，开粗应采用逆铣。
切削顺序，若多腔或有不相连的凹槽，应选深度优先，以減少空行程，减少加工时间。
刀路方向，选择向内。
1.2 跟随部件 跟随部件切削模式优点是无残余量、安全可靠，缺点是抬刀和空行程较多，路径显得较为零乱，见图2（b）和图2（c）。若切削参数对话框里-连接-开放刀路-变换切削方向，意味着顺铣、逆铣切削方向都存在，刀轨路径较短（见图2（c）），切削时间较“保持切削方向”短，见表1。
1.3 往复 往复加工模式，顺铣逆铣各一半，若没有勾选壁清理或添加精加工刀路，留下余量不均匀，较多残余量影响后续工序，见图3（a），因此需要如下设定：切削参数-策略-切削-壁-壁清理（在终点）或切削参数-策略-精加工刀路，勾选添加精加工刀路，其加工路刀路，见图2（d）和图2（e），刀路凌乱且较长，加工时间相对来说更长（见表1）;其效果见图3（b）和图3（c）。加工效果与跟随部件、跟随周边相仿。 综上，此零件粗加工型腔銑切削模式采用跟随周边，切削方向采用顺铣较合理。
2 精加工加工方式及刀路优化
此零件精加工，陡峭面采用深度轮廓加工工序（Zlevel Profle），平面采用底壁加工工序（因工艺相对容易保证，不阐述）。轮廓精加工工艺要求保证精度和表面质量，避免过切、让刀、撞刀和接刀痕迹[3]。
切削参数方案①：策略-切削方向：混合;切削顺序：始终深度优先;延伸路径：在边上延伸;连接-层之间-层到层-直接对部件进刀;切削参数方案②：策略-切削方向：顺铣;切削顺序：始终深度优先;延伸路径：在边上延伸;连接-层之间-层到层-使用转移方法;更多-下限平面-下限平面选项-（选择）使用继承的[4];顺铣零件加工质量好，刀具磨损小，刀具耐用度高，建议采用顺铣，因此采用切削参数方案②。同时设置拐角-圆弧上进给调整-（选择）在所有圆弧上（设置相应的参数值），拐角-拐角处进给率减速-（选择）减速距离（设置相应的参数值），避免过切与让刀。
非切削参数方案：转移/快速-安全设置-安全设置选项-（选择）使用继承的;进刀-开放区域-进刀类型-（选择）圆弧;退刀-与进刀相同;起点钻点-重叠距离-重叠距离-输入3mm，区域起点-（选择）拐角，选择点-指定点（指定点在圆弧切线处）[5]。创建刀路效果见图4。
3 结语
模具成型部件数控程序主要采用CAM编程，粗加工时，采用型腔铣加工工序，以生产效率、余量均匀、刀具耐用度等为参考，具体问题具体分析，选择跟随周边切削模式，切削方向为顺铣;精加工时，根据零件的表面特征，采用深度轮廓加工模式，以保证精度和表面质量为原则，为避免过切与让刀，圆弧和拐角处降低进给速度;为减少进刀痕迹，进刀点设置在拐点，采用圆弧进刀和退刀，重叠距离设定3mm。
参考文献：
[1]李丽萍.基于UGCAM的数控铣削加工解析[J].机械工程与自动化，2018，04：47-48.
[2]姚素芹，陈玉文.基于UG 型腔零件的数控铣削加工[J].模具制造技术，2017（8）：84-86.
[3]金霞.基于 UG/CAM模块固定轴曲面轮廓数控铣的研究[J].机床与液压，2007（11）：53-55.
[4]赵宏.CAM 软件高速铣削刀路的平滑处理[J].机械制造，2018（3）：88-90.
[5]余国惠.UG编程刀路优化技巧[J].科技创新导报，2019（34）：83-85.