汽车喇叭安装板拉深凸模的加工方法及参数优化

结合商业化CAM软件PowerMILL，介绍汽车喇叭安装板拉深凸模的数控加工过程。

（1）三维模型的准备 汽车喇叭安装板模具属于汽车覆盖件模具，具有体积大、工作型面复杂、自由曲面多、尺寸精度和表面质量要求高、制造周期长、加工精度要求高以及模具制造成本高等特点，对覆盖件模具的数控加工提出了更高的要求。因此，对汽车覆盖件模具加工进行工艺规划就显得十分重要。汽车喇叭安装板拉深模具主要由拉深凹模、拉深凸模、压边圈和下模座组成，模具尺寸为360mm×760mm，模型以拉深上模为基准（见图5-47），导出IGES文件，再导入PowerMILL软件进行编程。

图5-47 汽车喇叭安装板拉深凸模

（2）数控加工的工艺规划 通过对模型的分析，制定如下工艺规划：

1）确定加工坐标系。汽车覆盖件产品的建模采用车身坐标系，覆盖件模具建模采用模具坐标系，数控加工编程时也采用模具坐标系，这样有利于模具加工时的定位和找正。安全高度设在模具中心150mm处，加工开始点设置在（0，0，150）处。

2）数控加工工序设置。加工工序一般可分为：轮廓二维粗加工→粗加工→粗清角→半精加工→小刀粗清角（精加工之前的清根）→精加工→精清角→轮廓二维精加工。

3）刀具的选择。数控加工刀具选择的总原则是适用、安全和经济。

4）加工程序参数设置。包括加工切削参数、行距、公差、加工余量、下切步距、切入切出和连接方式的设定等。

5）生成刀位轨迹，进行刀具路径校验。

6）通过宏观路径的PowerMILL Utilities模块生成工艺清单和程序的后置处理。

（3）数控编程加工策略的选择及加工参数的设置

1）轮廓二维分层粗加工。汽车喇叭安装板拉深凸模是浇注模具，材料为MoCr铸铁，硬度为28HRC，浇注时浇注余量为10～12mm。二维轮廓沿型面厚度为50mm，轮廓粗加工时最好采用分层加工，编程采用PowerMILL的等高加工，选用ϕ63R8的面铣刀加工，余量为0.5mm，切削深度为0.8mm，圆弧进退刀。刀路如图5-48所示。

2）型面粗加工。型面粗加工的目的在于从毛坯上尽可能高效、大面积地去除大部分的余量，粗加工时切削效率是主要的考虑因素。因为喇叭安装板拉深凸模的型面比较复杂，采用偏置区域清除模型加工策略可以获得更符合模具型面的加工模型。毛坯采用边界毛坯，型面基准为凹模，设置缺省余量为-0.9mm（料厚为0.8mm+0.1mm＝0.9mm），再通过缺省余量数据复制图标产生拉深凸模数模，刀具采用ϕ63R8的圆角面铣刀，行距为40mm，下切步距为0.8mm，加工余量为0.6mm，在模具中心上方斜线进刀，长短连接采用掠过距离20mm等。

3）二次开粗。残留粗加工即为二次开粗，其目的是去除粗加工时由于采用大的刀具而在工件的凹角处留下的过多余量。汽车喇叭安装板拉深凸模采用偏置区域清除模型中的二次开粗，参考刀路为ϕ63R8的开粗刀路，刀具采用ϕ25R5的圆角面铣刀，行距为12mm，下切步距为0.4mm，加工余量为0.8mm，采用斜线进刀，长短连接采用掠过距离20mm等。(www.xing528.com)

4）半精加工前的粗清角。主要针对模具的内圆角清除多余废料，有利于半精加工顺利进行，加工策略一般为笔式清角，推荐使用同正式半精加工直径相同的刀具。汽车喇叭安装板拉深凸模采用球刀ϕ50R25笔式清根，加工余量为0.3mm，采用垂直圆弧进刀，长短连接采用掠过距离50mm。笔式清角刀路如图5-49所示。

图5-48 二维轮廓分层粗加工刀路

图5-49 球刀ϕ50R25的笔式清角刀路

5）半精加工。半精加工是介于粗加工和精加工之间的一个过渡工序，其目的是继续去除粗加工后留在模具表面的加工余量，使精加工余量更小且比较均匀，便于精加工时采用较小的切削量和较高的切削速度。本例采用的球刀，其型面加工策略为平行精加工（切削角度为90°）方式，侧面加工策略采用三维偏置参考线方式加工，加工余量皆为0.3mm，平行加工步距为3mm，三维偏置步距也为3mm。三维偏置刀路和平行刀路编制结束后进行整合，整合后的刀路如图5-50所示。

图5-50 三维偏置刀路和平行刀路整合后的刀路

6）精加工之前的清根。精加工之前的清根是指在精加工前，用比精加工所用刀具直径小的刀具加工半精加工后仍未加工到位的所有的凹角部位，尽可能减少精加工时凹角部位的加工余量。本例中采用加工策略为笔式清角，选用B20的球刀进行第一次清角，加工余量为0.3mm，选用B30的球刀进行第二次笔式清角，加工余量为0.1mm。采用垂直圆弧进刀，长短连接采用掠过距离50mm。

7）精加工。精加工是实现产品最终形状最关键的一步，模具的表面质量和尺寸精度都是由该工序保证的。加工时应采用较小的切削量和较高的切削速度。本例中精加工针对不同区域采用不同的加工方式，产品型面采用B30的球刀平行精加工（切削角度为90°）方式，侧面也选用B30的球刀，加工策略采用三维偏置参考线方式加工，加工余量皆为0，平行加工步距为0.7mm，三维偏置步距也为0.7mm。目的就是在保证效率的前提下，密化走刀轨迹，提高模具表面质量。三维偏置刀路和平行精加工刀路编制结束后进行整合。刀路图可参照图5-51，加工方式和刀路与半精加工大体相同，但精加工的步距和公差更小。

8）精清角。精加工后在模具凹角处可能还会有较小的加工余量，这些残留余量如果没有铣削掉，将对冲压件的质量产生影响，因此对这些局部位置还要进行清角加工。精清角的加工策略一般采用单笔清角、自动清角和多笔清角相结合的方式。

9）轮廓二维精加工。汽车喇叭安装板拉深凸模和压边圈配合沿型面方向厚度为40mm，配合间隙为3mm，因此在型面加工结束后，必须对拉深凸模的轮廓进行精加工，3mm间隙放在压边圈上，所以拉深凸模轮廓精加工余量为零。采用NX平面铣的轮廓铣精加工轮廓，刀具采用D41.9R0面铣刀，公差为0.01mm，加工余量为0，圆弧进退刀方式。对于轮廓的局部小角落依次用D 16R 0、D 10R 0和D 6R 0的面铣刀从大到小依次进行局部精加工，局部角落用边界设定好。

10）刀具路径检验。通过具有可视化的加工仿真模拟功能，可直观查看产生的刀具路径在实际情况下是如何进行加工的，检查是否存在过切和碰撞等问题。仿真时，系统将以中等速度动态模拟完整的加工切削过程，便于编程人员检查加工过程的合理性与正确性。

11）生成工艺清单和NC程序。生产一系列刀具路径，且经过模拟仿真和检查确定无误之后，需要将这些刀具路径按其在NC机床中的加工顺序排列，然后通过CAM软件的后处理模块自动处理后，即可生成工艺清单和NC程序。