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摘要：以绞盘锻造模上模的数控加工过程为例，结合MasterCAM软件对其数控加工思路方法和刀具选用进行了仔细的分析和论述，使相关人员对其下模的加工有深入认识，以便更好地為生产实践服务。
关键词：绞盘锻造模加工策略窄槽加工数控编程
某模具加工厂要加工一套绞盘锻造模具，客户提供了模具的三维图形，其中绞盘模具的上模如图1所示。模具的成型部分形状复杂，加工精度要求高，使用单一的普通机床加工难以成型，加工精度更是难以保证。在能够保证加工精度和表面质量的情况下，为了能够快速有效地完成模具的加工，采用MasterCAM软件对模具进行尺寸、形状的分析和数控编程，以提高加工效率。
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1 加工工艺分析
根据图1的三维图，并结合MasterCAM软件对模具进行分析，绞盘锻造模上模主要由圆柱型的固定部分和绞盘的成型部分组成，固定部分最大尺寸为260mm，成型部分最大尺寸为120mm，模具中有还有2个Ф20通孔，其中模具的成型部分表面粗糙度和加工精度要求最高，形状最为复杂，模具中最小圆角为R0.5，而且有多处窄小部分，加工非常的困难。
为了保证模具精度，提高加工效率，根据模具的形状、尺寸和加工精度等因素，首先使用普通车床完成模具固定部分的加工，并车出一个Ф125mm的圆柱形作为成型部分的毛坯。再使用三轴加工中心对模具成型零件进行数控加工和Ф20mm的通孔的钻孔和镗孔。
2 数控加工前的准备
绞盘锻模的材料采用的是SKD61，坯料为Ф265X
120的圆柱棒。绞盘锻造模需进行数控加工的是成型部分，其他部分采用普通机床加工。在绞盘锻模进行数控加工之前，使用普通车床完成锻模固定部分的加工，并车出一个Ф125X28mm的圆柱形作为成型部分的毛坯。加工完成的效果如图2所示。
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3 成型部分的数控加工策略
3.1 粗加工
加工对象的形状特征：模具成型部分是一个全曲面的盘型状的型芯，顶层有三个宽度约6mm的梯形槽角，底面与侧壁有R1的圆角过度，中间层有多个斜面凸台，间距在3~5mm之间，底面与侧壁有R1的圆角过度。最底层为四个窄凹槽，并与底面有R2的圆角过度。
刀具选用：由于粗加工，需要去除大量的余料，结合加工对象的形状特征，经综合考虑，选用D16R1的圆鼻铣刀。
加工方式：选用曲面挖槽粗加工，并设置下刀方式为加工边界外下刀和内部凹槽螺旋下刀。每层切削深度0.5mm，主轴转速为1800，进给速度1500，留余量0.5。加工路径和仿真效果如图3所示。
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(a)加工路径 （b）仿真效果
图3D16R1的圆鼻铣刀粗加工效果
3.2 二次开粗
经过D16R1的圆鼻铣刀粗加工后，还有顶面的三个梯形槽角，中间层的凸台凹槽以及底层的4个窄凹槽加工不到位。为了少走空刀，提高加工效率，二次开粗选用局部挖槽的形式，并采用刀具路径旋转的方式，以优化编程方式。经尺寸和形状分析，选用D6R0.5圆鼻铣刀，曲面挖槽粗加工的方式进行二次开粗，每层切深0.5，留余量0.2，主轴转速2200，进给速度1000。加工路径和仿真效果如图4所示。
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(a)加工路径（b）仿真效果
图4二次粗加工效果
3.3 窄槽粗加工
经过D6R0.5的圆鼻铣刀粗加工后，还有底面的四条宽度为4.3mm，深度为7.5mm的槽加工不到位。由于窄槽侧壁与底面有R2mm的圆弧过度，铣刀的大小不超过4mm，如果选择平底铣刀加工，要完全开粗则要选择直径2mm以下的刀具，小刀的刚性比较差，容易断刀。如果选择球刀，则可以选择R2的球刀。综合考虑，选用R2的球头铣刀来开粗，开粗方式选用曲面挖槽粗加工，用边界控制加工的范围，设置每层切深0.3mm，留余量0.2mm。 三次粗加工的刀具路径效果如图5所示。
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(a)加工路径（b）路径仿真
图5三次粗加工效果
3.4 整体半精加工
半精加工是为了保证精加工时的余量均匀。半精加工的策略主要有等高外形，三维偏置和平行加工等。根据锻模上模成型特征，采用等高外形加工的方式，刀具选用R3的球刀。设置余量0.2mm，每层切深0.3mm。半精加工的刀路如图6所示。
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图6R3球刀半精加工
3.5 精加工平面
模具的平面部分在粗加工时留有余量，按照加工工艺，在曲面精加工前，先精加工平面。加工时采用曲面挖槽、二维挖槽和二维外形相结合的加工策略，刀具选择D10mm的平底铣刀。刀具路径如图7所示。
3.6 整体精加工
精加工是实现产品最终形状和尺寸最为重要的一步，模具的表面质量和尺寸精度都是由该工序保证的。为了实现这个目的，加工时应采用较小的切削深度，较高的切削速度和较小的进给速度。根据绞盘上模的的特征，精加工采用等高外形的加工策略，刀具为D4R0.5的圆鼻铣刀。余量为0，切削深度为0.06mm。加工路径如图8所示。
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图7精加工平面图8 整体精加工
3.7 窄槽精加工
在D4R0.5的圆鼻铣刀精加工后，还有10个窄槽由于刀具太大而未加工到的，要解决编程问题，必须选用合理的刀具和加工策略。其中3个相同形状短槽的精加工采用等高外形的加工策略，选用刀具为R1.5的球刀，余量为0，切削深度为0.06mm，刀路如图9（a）所示。一个长槽采用平行铣削的加工策略，选用刀具为R1.5的球刀，刀具间距0.05mm，切削角度45度，刀路如图9(b)所示。凸台间窄小部位的精加工采用平行的加工策略，选用刀具为R1.5的球刀，刀具间距0.05mm，刀路如图9(c)所示。
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（a）等高外形（b）平行的加工 (c)平行的加工
图9窄槽精加工
4 加工仿真
数控加工刀具路径设置好之后，使用MasterCAM软件的模拟仿真功能，对加工程序进行验证，检查刀具运动是否正确，刀具与模具是否有干涉，模具是否过切等现象。
5 结束语
利用masterCAM软件能方便的对绞盘上模进行有效的尺寸分析和形状分析，并合理选择加工策略和刀具进行数控加工编程。在绞盘上模的加工过程中，解决了模具中窄槽加工困难的问题，使加工程序优化，少走空刀，缩短模具加工周期，提高生产效率和加工质量。
参考文献：
[1]孙中柏.Mastercam 9.1模具设计与加工范例[M].北京：清华大学出版社，2006.3.1
[2]郑军龙.基于MasterCAM的典型模具零件数控加工编程[J].装备制造技术，2008（5）：75-77.
[3]邸莉莉，贾林峰，陈一.锻造模具的数控加工工艺[J].现代制造技术与装备，2012(4)：40-41.
关键词：绞盘锻造模加工策略窄槽加工数控编程
某模具加工厂要加工一套绞盘锻造模具，客户提供了模具的三维图形，其中绞盘模具的上模如图1所示。模具的成型部分形状复杂，加工精度要求高，使用单一的普通机床加工难以成型，加工精度更是难以保证。在能够保证加工精度和表面质量的情况下，为了能够快速有效地完成模具的加工，采用MasterCAM软件对模具进行尺寸、形状的分析和数控编程，以提高加工效率。
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1 加工工艺分析
根据图1的三维图，并结合MasterCAM软件对模具进行分析，绞盘锻造模上模主要由圆柱型的固定部分和绞盘的成型部分组成，固定部分最大尺寸为260mm，成型部分最大尺寸为120mm，模具中有还有2个Ф20通孔，其中模具的成型部分表面粗糙度和加工精度要求最高，形状最为复杂，模具中最小圆角为R0.5，而且有多处窄小部分，加工非常的困难。
为了保证模具精度，提高加工效率，根据模具的形状、尺寸和加工精度等因素，首先使用普通车床完成模具固定部分的加工，并车出一个Ф125mm的圆柱形作为成型部分的毛坯。再使用三轴加工中心对模具成型零件进行数控加工和Ф20mm的通孔的钻孔和镗孔。
2 数控加工前的准备
绞盘锻模的材料采用的是SKD61，坯料为Ф265X
120的圆柱棒。绞盘锻造模需进行数控加工的是成型部分，其他部分采用普通机床加工。在绞盘锻模进行数控加工之前，使用普通车床完成锻模固定部分的加工，并车出一个Ф125X28mm的圆柱形作为成型部分的毛坯。加工完成的效果如图2所示。
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3 成型部分的数控加工策略
3.1 粗加工
加工对象的形状特征：模具成型部分是一个全曲面的盘型状的型芯，顶层有三个宽度约6mm的梯形槽角，底面与侧壁有R1的圆角过度，中间层有多个斜面凸台，间距在3~5mm之间，底面与侧壁有R1的圆角过度。最底层为四个窄凹槽，并与底面有R2的圆角过度。
刀具选用：由于粗加工，需要去除大量的余料，结合加工对象的形状特征，经综合考虑，选用D16R1的圆鼻铣刀。
加工方式：选用曲面挖槽粗加工，并设置下刀方式为加工边界外下刀和内部凹槽螺旋下刀。每层切削深度0.5mm，主轴转速为1800，进给速度1500，留余量0.5。加工路径和仿真效果如图3所示。
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(a)加工路径 （b）仿真效果
图3D16R1的圆鼻铣刀粗加工效果
3.2 二次开粗
经过D16R1的圆鼻铣刀粗加工后，还有顶面的三个梯形槽角，中间层的凸台凹槽以及底层的4个窄凹槽加工不到位。为了少走空刀，提高加工效率，二次开粗选用局部挖槽的形式，并采用刀具路径旋转的方式，以优化编程方式。经尺寸和形状分析，选用D6R0.5圆鼻铣刀，曲面挖槽粗加工的方式进行二次开粗，每层切深0.5，留余量0.2，主轴转速2200，进给速度1000。加工路径和仿真效果如图4所示。
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(a)加工路径（b）仿真效果
图4二次粗加工效果
3.3 窄槽粗加工
经过D6R0.5的圆鼻铣刀粗加工后，还有底面的四条宽度为4.3mm，深度为7.5mm的槽加工不到位。由于窄槽侧壁与底面有R2mm的圆弧过度，铣刀的大小不超过4mm，如果选择平底铣刀加工，要完全开粗则要选择直径2mm以下的刀具，小刀的刚性比较差，容易断刀。如果选择球刀，则可以选择R2的球刀。综合考虑，选用R2的球头铣刀来开粗，开粗方式选用曲面挖槽粗加工，用边界控制加工的范围，设置每层切深0.3mm，留余量0.2mm。 三次粗加工的刀具路径效果如图5所示。
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(a)加工路径（b）路径仿真
图5三次粗加工效果
3.4 整体半精加工
半精加工是为了保证精加工时的余量均匀。半精加工的策略主要有等高外形，三维偏置和平行加工等。根据锻模上模成型特征，采用等高外形加工的方式，刀具选用R3的球刀。设置余量0.2mm，每层切深0.3mm。半精加工的刀路如图6所示。
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图6R3球刀半精加工
3.5 精加工平面
模具的平面部分在粗加工时留有余量，按照加工工艺，在曲面精加工前，先精加工平面。加工时采用曲面挖槽、二维挖槽和二维外形相结合的加工策略，刀具选择D10mm的平底铣刀。刀具路径如图7所示。
3.6 整体精加工
精加工是实现产品最终形状和尺寸最为重要的一步，模具的表面质量和尺寸精度都是由该工序保证的。为了实现这个目的，加工时应采用较小的切削深度，较高的切削速度和较小的进给速度。根据绞盘上模的的特征，精加工采用等高外形的加工策略，刀具为D4R0.5的圆鼻铣刀。余量为0，切削深度为0.06mm。加工路径如图8所示。
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图7精加工平面图8 整体精加工
3.7 窄槽精加工
在D4R0.5的圆鼻铣刀精加工后，还有10个窄槽由于刀具太大而未加工到的，要解决编程问题，必须选用合理的刀具和加工策略。其中3个相同形状短槽的精加工采用等高外形的加工策略，选用刀具为R1.5的球刀，余量为0，切削深度为0.06mm，刀路如图9（a）所示。一个长槽采用平行铣削的加工策略，选用刀具为R1.5的球刀，刀具间距0.05mm，切削角度45度，刀路如图9(b)所示。凸台间窄小部位的精加工采用平行的加工策略，选用刀具为R1.5的球刀，刀具间距0.05mm，刀路如图9(c)所示。
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（a）等高外形（b）平行的加工 (c)平行的加工
图9窄槽精加工
4 加工仿真
数控加工刀具路径设置好之后，使用MasterCAM软件的模拟仿真功能，对加工程序进行验证，检查刀具运动是否正确，刀具与模具是否有干涉，模具是否过切等现象。
5 结束语
利用masterCAM软件能方便的对绞盘上模进行有效的尺寸分析和形状分析，并合理选择加工策略和刀具进行数控加工编程。在绞盘上模的加工过程中，解决了模具中窄槽加工困难的问题，使加工程序优化，少走空刀，缩短模具加工周期，提高生产效率和加工质量。
参考文献：
[1]孙中柏.Mastercam 9.1模具设计与加工范例[M].北京：清华大学出版社，2006.3.1
[2]郑军龙.基于MasterCAM的典型模具零件数控加工编程[J].装备制造技术，2008（5）：75-77.
[3]邸莉莉，贾林峰，陈一.锻造模具的数控加工工艺[J].现代制造技术与装备，2012(4)：40-41.