數控加工中過切引發加工策略改進

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【摘要】數控加工的提升是一個摸索的過程，在這個過程中時有失敗，成功需要從失敗中去總結才能誕生。優化數控加工策略，提升數控加工質量，提高數控加工效率，這是數控加工人的終極追求。

關鍵詞：數控加工；過切；加工策略；改進

1引言

我司模具車間在加工一副裝飾板模具時，發生多處過切，從而導致模具的報廢處理，后續車間在重新加工時，對加工工藝和加工策略的改進，進行了一定的探索，在與同行相互探討和交流后，逐步形成新的加工工藝和加工策略。本次的改進模式，主要基于加工軟件上的工藝參數和加工策略展開的，結合車間現有的機床，合理地編制加工程序，合理地選擇加工策略，充分地挖掘現有編程軟件Powermill里面的應用功能，淘汰舊有的編程策略，從而匯總成車間的加工標準，并適當地衍生出一些其它加工策略及加工規范。

2原加工策略引發的過切分析

（1）加工工件的分析，圖1所示為定模的整體狀態，工件尺寸1,000×760×460mm，如圖2所示，中間凸塊處最高高度達到120.5mm，而圖3所示兩個凸塊之間的最小間距只有25mm寬。所以，此工件的加工難處都是圍繞著這幾個凸塊而展開的，前提又是不能鑲拼，只能整體加工了，可想而知，此模具加工有一定的難度。重點對定模來分析，知道此定模尺寸為999×760×345mm，屬于中大型模具。塑件的要求是免底鍍膜件，所以，定模側面的加工精度要求比較高（在模具加工時，也要了解模具所對應的塑件的要求，這樣便于合理地考慮加工工藝）。由圖4可知，定模側的導柱孔深度達到370mm，直徑ϕ65mm，反面避空段直徑ϕ70mm深180mm，正面導套段直徑ϕ75mm，深80mm，因此考慮要正反兩個方向加工導柱孔。圖2和圖3所示的型腔3個圓柱凸塊，單邊斜度只有1°，最深達到122mm，兩個圓柱直接最小間距只有28.5mm。定模側的型腔面肯定要求較高，因為塑件需要免底鍍膜。所以，定模側不能出現彈刀過切現象；模具面積較大，分型面配合要過盈，不能虛，特別是左端的弧度較高，加工容易有偏差。

（2）原加工策略簡述。在第一次加工此模具時，沿用車間一貫的加工方式，即老舊的加工工藝和加工策略。先是D63大刀開粗，后面接著是D35R0.8的刀等高繞，再接著是D25清角刀繼續等高精加工，平緩面選擇D25R5刀具加工。圖5所示即是D63R6開粗的舊有的加工策略，此開粗策略，沒有什么特別說明，常規的加工模式。圖6所示為接下來的D35R0.8的刀具進行的半精加工策略，考慮到加工的難處，所以增加了一個D35R0.8的半精加工工序，注意，這是在開粗后直接就進行的加工步驟，側壁和底部余量均為0.6mm。圖7所示是D25R0.8的刀具半精加工的策略圖，考慮現有的機床和現有的刀具，所以選擇D25R0.8的刀具進行半精加工，側壁和底部余量繼續縮小，均為0.3mm。半精加工后接著就是考慮精加工的工序了。考慮到精加工時切削需要均勻，所以增加了D16R0.8的刀具，進行局部清根，主要清除D25R0.8刀具加工不到的部位，其主要策略如圖8所示。精加工考慮根據模具不同部位和陡峭平坦的原則，進行分區域分刀具加工。圖9所示即時選擇D26R0.8硬質合金整體抗震刀桿進行鎖模側壁的精加工。圖10所示為選擇D25R5的大圓角刀進行平面的精加工。而圖11標注的加工策略則是針對分型面的，考慮到分型面是封膠作用，面積也較大，如果全部由后道精雕加工則時間過長，所以選擇數控直接加工到位的做法，高度方向稍留0.05mm余量，供鉗配使用。而塑件成型部分，考慮到幾個圓凸塊過高，后道工序精雕加工難處，所以考慮數控直接加工到位，側壁不留余量，如圖12所示，只是在成型平坦部分即底面稍留0.05mm余量供精雕加工用，所以選擇硬質合金抗震刀桿D21R0.8的刀具進行整體精加工，以提高加工質量。最后加工導柱孔，因為導柱孔總深度達到370mm，而且前段還有鎖模側壁的高度，影響刀具的夾持，故而加工難度特大，所以選擇先是深孔鉆預鉆，后再是正反加工，圖13所示為正面加工策略，等高加工，側壁留0.25mm余量供后續鏜孔加工用。

（3）加工后多處過切。在車間實際加工過程中，給現場操作工增加許多麻煩，最明顯的就是在導柱孔加工時的夾刀過長，導致加工彈刀過切。在此加工工件還沒有流轉至下道工序（高速銑）時，下機時發現多處過切。如圖14所示，此處只是展示有明顯的過切處，實際上型腔的幾個圓凸塊側壁和根部都存在著彈刀過切，最深處達到2mm。除了這些可見之外，還有好多尺寸不達標的，也是過切所導致的，比如導柱孔的尺寸，最大尺寸達到77.2mm，超尺寸2.2mm，造成嚴重的質量事故。

3加工策略的改進

對于此類鍍膜件的模具，都有較高的要求，車間只能選擇報廢處理，另備料進行加工。同時，分析加工失敗的原因，進行總結，向同行請教，并采取技術攻關，克服加工困難，優化加工工藝，突破技術禁錮，實現新的飛躍。調整后的加工思路如下：

（1）模具設計環節增加導柱孔周圈的避位，方便加工。陡峭的分型面處，預留0.05mm余量，做容錯處理，并合理進行橋接處。如圖15所示，分型面上紅色的是設計調整后的分型面，預留容錯空間。

（2）D63R6開粗的新策略基本沒有改動，如圖16所示，只是在此處為了避免加工過程中發生啃刀現象，設置不安全段去除的處理，即在計算程序時，封閉的區域小于一定的值，就不會產生加工程序，避免刀具的損毀，此處是響應現場加工操作工的抱怨而調整的工藝，增加刀具的使用壽命，減少刀具的磨損，提高加工效率。

（3）如圖17所示，增加二次開粗工序，現在回過頭來看覺得這道工序尤為重要。二次開粗是起到承上啟下的作用。先預先清除上一把刀具預留較多余量的地方，以方便后一把刀切削均勻，以減少彈刀過切的機會。二次開粗中的參數設置，重點是余量的設置，徑向余量要留足，要大于上一把開粗程序的余量，這樣避免整個工件都會算出程序，減少計算的量和加工的量，減少產生不必要的程序，可以節省加工時間。二次開粗的工藝中，重點是可以選擇參考上一把刀作為參考程序，如圖18所示，選擇上一程序D63R6開粗的程序作為參考程序。這里選擇清除拐角余量能力較強的小圓角刀D25R0.8的刀進行二次開粗，參數設置基本同前面D63R6開粗程序，側壁余量設置2.5mm，底面余量設置為0.6mm（見圖17），這樣刀路會避開一些側壁，只加工平緩的地區和一些拐角，節省加工時間。通過研究發現，凡開粗程序，都需要設置不安全段移去的處理，避免遇到盲區時開粗會啃刀，如圖19所示，這樣也是保護刀具的一種措施。

（4）D25R0.8刀具直接半精加工。如圖20所示，因前面剛增加了二次開粗，而且是同樣的D25R0.8刀具，所以，此時半精加工的切削余量就會均勻，不會忽多忽少，現場加工的刀具切削過程會順暢。特別是一些拐角及閉合的區域，避免了彈刀過切的出現。半精加工過程中的進退刀的方式，同樣重要。如圖21所示，選擇設置圓弧進退刀的方式，是加工順暢，圓弧過渡，其次是避免刀具直接在工件的面上進退刀，以避免損傷工件的表面。

（5）D21R0.8的刀具進行鎖模面的精加工，如圖22所示，余量均為0。因為鎖模的面沒有成型面和分型面那么復雜，較為簡單，所以數控直接加工到位，不需要后道高速銑加工，以便節省時間。此時沒有選擇前次用到的D26R0.8的刀，是為了減少加工現場準備刀具的數量和次數，減少操作工的工作量，即盡量使用最少的刀完成加工任務。在精加工時，在一些轉角處，設置圓角過渡，如圖23所示。如果不設置此參數，在實際的加工過程中，刀具遇到這些轉角，會直接撞擊過去，存在刀具的損傷和彈刀過切的風險。此時，增加拐角圓角過渡，也會讓加工刀路更加順暢，提高加工效率。

（6）D25R5精刀光平面。根據同行的建議，平面的加工選擇平行平坦面的加工模式，不要選擇環繞的加工模式，這樣加工出來的加工紋路比較均勻，比較橫平豎直，很美觀。如圖24所示，側壁留有0.2mm的余量即可。而在加工平面是，為了減少抬刀，要對一些孔進行補面處理，這樣的刀路就會連貫，加工的紋路就會更漂亮。將導柱孔進行封面處理，讓刀路更順暢些。同時，還有一點很容易被忽略，就是在分型面平面加工時，毛坯范圍適當加大，以避免刀具直接在工件內進刀，減少外側的周圈程序，如圖25所示，下刀的方式最好為曲面法向下刀，讓刀具緩慢地切入工件中，起到緩沖作用，避免刀具直接扎進工件上，減少刀具的磨損，延長刀具的壽命，其參數如圖26所示。

（7）本次工藝的改進一個重點就是導柱孔的加工工藝改進。原先的所有導柱孔加工，都是一把刀直接加工到預留0.2mm的狀態，后續直接鏜孔。在導柱孔較深的情況下，鐵屑不容易排出，產生擠刀現象，導致導柱孔的尺寸偏差過大，即是過切。本次加工策略的調整后，將導柱孔分兩步進行加工。第一步開粗，如圖27所示，第一次開粗側壁余量直接留到2mm以上。第二步再半精加工，側壁余量留到0.2mm，如圖28所示，因為二次加工切削量較少，產生的鐵屑較少，也容易吹走，很少產生擠刀現象，加工后的孔的尺寸基本上有保障，所以后續就可以直接鏜孔了。圖28導柱孔加工第二次開粗策略圖至此，一些數控加工可以到位的地方已經出完。至于分型面和成型面，整體預留0.3mm預留供高速銑加工用，不能再越俎代庖。做到分工明確，合理分配工藝。至于高速銑也加工不到位的地方，只能選擇放電加工。

4總結

（1）在新的策略方面總結就是，增加二次開粗，二次開粗是因為模具上一些角落及狹長槽部位在前面D63R6的刀開粗過程中切削不到位，因而會殘留較多的余量，對后續的半精及精加工造成余量切削不均勻，直接影響到精加工的的表面質量。

（2）進退刀的策略，需要靈活運用。進退刀的策略包括刀具路徑的切入切出和刀路的連接。進退刀的策略主要涉及提刀高度、初次及后續切入切出方式，延伸以及長、短刀具路徑的連接方式。如果這些路徑的參數設置不合理，極易發生碰撞現象，因此刀路的進退刀策略是編程人員必須理解和掌握的功能，要能靈活運用。

（3）導柱孔的加工工藝改進，提升較明顯。對于盲孔的加工，此次探索后改進工藝，共進行兩次粗加工，首先是開粗，側壁余量需要留2mm以上；接著再是二次粗加工，側壁余量留0.2~0.25mm，以方便后續鏜孔加工。

參考文獻

[1]朱克憶.PowerMILL高速數控加工編程導航[M].北京：機械工業出版社，2012.

[2]朱克憶.PowerMILL數控加工自動編程經典實例[M].北京：機械工業出版社，2011.

作者:周寶友 單位:江蘇文光模具技術有限公司