数控加工工序卡的编制及相切圆弧绘制

1.香皂盒面壳凸模零件工艺分析

1）零件的形状分析

由图7-1可知，该零件结构比较简单，上表面四周由R80、R200及R15圆弧过渡组成。侧面由带1°拔模斜度的拉伸面组成。下表面由一截线形状为R150的扫描面构成。止口四周形状由上表面四周做等距线生成。

2）数控加工工艺设计

由图7-1可知，凸模零件所有的结构都能在立式加工中心上一次装夹加工完成。零件毛坯已经在普通机床上加工到尺寸120 mm×100 mm×40 mm，故只需考虑型芯、分型面和止口部分的加工。数控加工工序中，按照粗加工→半精加工→精加工的步骤进行，为了保证加工质量和刀具正常切削，在半精加工中根据走刀方式的不同做了一些特殊处理。

（1）加工步骤设置。

根据以上分析，制定工件的加工工艺路线为：采用φ20直柄波纹立铣刀一次切除大部分余量；采用φ16球刀粗加工型芯面；采用φ16立铣刀对分型面、止口部位进行精加工；采用φ10球刀对型芯曲面进行半精加工与精加工。

（2）工件的装夹与定位。

工件的外形是长方体，采用平口钳定位与装夹。平口钳采用百分表找正，基准钳口与机床X轴一致并固定于工作台，预加工毛坯装在平口钳上，上顶面露出钳口至少22 mm。采用寻边器找出毛坯X、Y方向中心点在机床坐标系中的坐标值，作为工件坐标系原点，Z轴坐标原点设定于毛坯上表面下2 mm，工件坐标系设定于G54。

（3）刀具的选择。

工件材料为40Cr，刀具材料选用高速钢。

（4）编制数控加工工序卡。

综合以上分析，编制数控加工工序卡如表7-1所示。

表7-1　数控加工工序卡

2.香皂盒面壳凸模零件造型

1）绘制骨架线

（1）设置工作环境。

Z（工作深度）为0，颜色为8，层别为1，WCS为T，刀具平面（Tplane）为T，构图面（Cplane）为T，视图（Gview）为T。

（2）绘制底边骨架线。

①选择“构图（C）”→“矩形（R）...”命令，在工作条的区域中设定宽度为“80”、高度为“60”，之后单击按钮，并以坐标原点作为矩形的中心。

②选择“构图（C）”→“圆弧（A）”→“切弧（T）”命令，在工作条中单击按钮，单击矩形左边的线，并以中点方式捕捉左边线的中点作为相切点，然后在区域中，输入半径为“80”，屏幕上出现多条切线，选择需要的一条，如图7-70（a）所示；用同样的方法绘制出与矩形上边线相切的圆弧R200，如图7-70（b）所示。

图7-70　绘制相切圆弧

③选择“构图（C）”→“倒圆角（F）”→“倒圆角（E）”命令，在工作条的下拉列表框中设定半径为“15”，其余参数在区域中设置，之后选取R80与R200的圆弧绘制出如图7-71（a）所示的圆角。

④在工具栏中单击“删除”按钮，删除多余的矩形边线，然后单击“刷新”按钮刷新屏幕，结果如图7-71（b）所示。

图7-71　绘制圆角

⑤选择“转换（X）”→“镜像（M）...”命令，窗选四分之一底边线，按回车键，在弹出的“镜像选项”对话框中定义X轴为镜像轴，在镜像对话框中设定为复制方式，可得到二分之一的边线形状，如图7-72（a）所示。然后，窗选二分之一的边线并定义Y轴为镜像轴，同样以复制方式镜像出整个底边线，如图7-72（b）所示。

图7-72　镜像底边线

（3）绘制前面的骨架线。

①设置构图面为前视构图面，工作深度Z为0。

②选择“构图（C）”→“圆弧（A）”→“圆心+点（C）...”命令，在工作条的区域输入半径为“150”，在坐标输入区域中输入圆心坐标为（0，-132），绘制出半径为150的圆弧。

③选择“构图（C）”→“直线（L）”→“绘制任意线（E）...”命令，依次输入各端点坐标为（-40，0）、（-40，20）和（40，0）、（40，20），绘制出两竖直线，如图7-73（a）所示。

（4）绘制侧面的骨架线。

①设置构图面为侧视构图面，工作深度Z为0。

②选择“构图（C）”→“圆弧（A）”→“圆心+点（C）...”命令，依次输入半径为“150”、圆心坐标为（0，-132），绘制出半径为150的圆弧。

③选择“构图（C）”→“直线（L）”→“绘制任意线（E）...”命令，依次输入各端点坐标为（30，0）、（30，20）和（-30，0）、（-30，20），绘制出两竖直线，如图7-73（b）所示。

图7-73　绘制前面、侧面骨架线

④设置构图面为3D。

⑤选择“编辑（E）”→“修剪/打断（T）”→“修剪/打断（T）”命令，在工作条中单击按钮，依次单击两相交直线和R150圆，修剪直线和R150圆弧，结果如图7-74所示。

图7-74　修剪结果

2）绘制基体

（1）绘制扫描曲面。

①删除4条直线。

②选择“转换（X）”→“平移（T）...”命令，平移复制R150圆弧从标记为P1的点至标记为P2的点处，如图7-75所示。

③层别设置为2。选择“构图（C）”→“绘制曲面（y）”→“扫描曲面（S）...”命令，根据提示“扫描曲面：定义截面方向外形”，选取标记为P3的圆弧；根据提示“扫描曲面：定义引导方向外形”，选取标记为P4的圆弧。结果如图7-76所示。

图7-75　复制圆弧

图7-76　扫描曲面

（2）绘制基体。

①层别设置为3。选择“实体（S）”→“挤出（X）...”命令，选取第1步所绘的底边线，拉伸方向设置为Z轴正方向，按图7-77所示设置拉伸实体参数。

②选择“实体（S）”→“修剪（T）...”命令，选择实体后，在弹出的修剪实体对话框中单击“曲面（S）”按钮，选择上步生成的扫描曲面，单击“修剪另一侧（F）”按钮设置实体保留部分（即箭头方向）为Z轴负方向，如图7-78所示。单击“确定”按钮，结果如图7-79所示。注：若修剪不成功，可对曲面进行延伸处理后再操作。

图7-77　拉伸实体参数设置

图7-78　实体保留方向

图7-79　实体修剪结果

③隐藏曲面。

选择“屏幕（R）”→“隐藏图案（B）”命令，选取扫描曲面、R150顶部边界线进行隐藏。

④选择“实体（S）”→“倒圆角（F）”→“倒圆角（F）...”命令，选取实体顶部四周边界，按照图7-80所示设置参数，倒圆角结果如图7-81所示。

3）实体抽壳

选择“实体（S）”→“抽壳（h）...”命令，选取底平面为开口面，按照图7-82所示设置抽壳参数，之后单击“确定”按钮，抽壳结果如图7-83所示。

图7-80　倒圆角参数设置

图7-81　实体倒角结果

图7-82　抽壳参数设置

图7-83　抽壳结果

4）存档

选择“文件（F）”→“保存文件（S）”命令，弹出“另存为”对话框，在“文件名”文本框中输入香皂盒盖的文件名为“XLANGMU7-1-1”。

5）绘制止口

①隐藏实体，作底面轮廓骨架线的向内1 mm等距线，结果如图7-84所示。

项目描述任务　操作视频

图7-84　等距线绘制

②取消实体隐藏。

③选择“实体（S）”→“挤出（X）...”命令，串连选取上步所作等距线为拉伸截面，设置拉伸方向朝向实体内部，按照图7-85所示设置拉伸参数，并单击“确定”按钮，结果如图7-86所示。

图7-85　拉伸参数设置

图7-86　止口生成结果

3.模具加工曲面、曲线生成

1）生成凸模所用的曲面

层别设置为3。根据上步所作的零件实体模型，生成凸模所用曲面。选择“构图（C）”→“绘制曲面（y）”→“由实体产生（a）...”命令，选取肥皂盒面壳实体即可。之后隐藏实体并删除外侧曲面，结果如图7-87所示。2）按照塑料件收缩率放大凸模曲面

图7-87　凸模曲面

选择“转换（X）”→“比例缩放（S）...”命令，窗选所有绘图区对象，按Enter键后弹出“比例缩放选项”对话框，然后单击按钮，选择原点为缩放参考点，按照图7-88所示设置收缩率参数，并单击“确定”按钮结束。

提示：塑料根据材料、形状和注塑工艺参数的不同，收缩率有所不同，具体参照相关资料。

3）绘制分型面

设置构图面为俯视图（TOP），Z轴深度为0，绘制120 mm×120 mm矩形，矩形中心在坐标原点，如图7-89所示，并在矩形左侧边中点P5处打断该边。

图7-88　收缩率参数设置

图7-89　分型面边界矩形绘制

然后选择“构图（C）”→“绘制曲面（y）”→“平面修剪...”命令，串连上步所绘矩形和底面边界线内侧等距线作为截面边界，注意串连两个截面边界时都以左端中点作为串连起始点，串连方向一致。之后单击“确定”按钮，生成分型平面，结果如图7-90所示。

图7-90　分型面绘制结果

4）生成止口与曲面相交处边界线

选择“构图（C）”→“曲面曲线（v）”→“指定边界（O）”命令，选择止口顶面与曲面交界边生成曲线。

4.凸模加工刀具路径生成

1）工件设定

在操作管理器中，单击“材料设置”图标，在弹出的“机器群组属性”对话框中打开“材料设置”选项卡，按照图7-91所示设定工件参数。

图7-91　工件参数设定

单击“边界盒（B）”按钮后，工作区零件图形如图7-92所示。

图7-92　加边界盒后的零件图形

2）粗加工刀具路径生成

（1）粗加工分型面。

采用φ20 mm直柄波纹立铣刀粗加工去除大部分余量，预留1.5 mm半精和精加工余量。

①选择菜单“刀具路径”→“挖槽...”命令，串连选择分型面边界（注意串连两个边界线时都以左端中点作为串连起始点，串连方向一致），单击“确定”按钮。

②打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-93所示设置刀具参数。

③打开“2D挖槽参数”选项卡，按照图7-94所示设置挖槽参数，在“挖槽加工形式”下拉列表框中选择“铣平面（Facing）”选项，单击“铣平面（G）”按钮，按照图7-95所示设置铣平面参数。

④打开“粗切/精修的参数”选项卡，按照图7-96所示设置粗/精加工参数。

图7-93　刀具参数设置

所有参数设置完毕后，单击“确定”按钮，生成分型面粗加工刀具路径，如图7-97所示，模拟切削结果如图7-98所示。

图7-94　挖槽参数设置

图7-95　铣平面参数设置

图7-96　粗/精加工参数设置

图7-97　分型面粗加工刀具路径生成

图7-98　模拟切削结果

（2）粗加工型芯面。

采用φ16 mm直柄球头铣刀粗加工去除大部分余量，预留1.5 mm半精和精加工余量。

①选择菜单“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工平行铣削加工”命令，在弹出的“选取工件的形状”对话框中，选中“凸”单选按钮，单击“确定”按钮后，在“选取加工曲面”提示下，调整视角为俯视图，如图7-99所示，窗选型芯曲面（即除分型平面外的曲面），按回车键，弹出“刀具路径的曲面选取”对话框如图7-100所示。在“干涉曲面”区域单击按钮，选择分型面作为干涉检查面，设定干涉面预留量为1.5 mm。

图7-99　窗选型芯曲面

图7-100　“刀具路径的曲面选取”对话框

②弹出“曲面粗加工平行铣削”对话框，打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-101所示设置刀具参数。

③打开“曲面参数”选项卡，按照图7-102所示设置曲面参数。

④打开“粗加工平行铣削参数”选项卡，按照图7-103所示设置曲面平行铣削粗加工参数。

⑤参数设置完毕后，单击“确定”按钮，加工模拟效果如图7-104所示。

图7-101　刀具参数设置

图7-102　曲面参数设置

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图7-103　曲面平行铣削粗加工参数设置

图7-104　加工模拟效果

3）精加工刀具路径生成

（1）精加工分型面、止口侧面。

采用φ16 mm直柄立铣刀对分型面、止口侧面部位进行精加工。

①选择菜单“刀具路径”→“挖槽...”命令，串连选择分型面边界（注意串连两个边界线时都以左端中点作为串连起始点，串连方向一致），单击“确定”按钮。

②打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-105所示设置刀具参数。

图7-105　刀具参数设置

③打开“2D挖槽参数”选项卡，按照图7-106所示设置挖槽参数，在“挖槽加工形式”下拉列表框中选择“铣平面（Facing）”选项，单击“铣平面（G）”按钮，按照图7-95所示设置铣平面参数。

④打开“粗切/精修的参数”选项卡，按照图7-107所示设置粗/精加工参数。

图7-106　挖槽参数设置

图7-107　粗/精加工参数设置

（2）精加工止口顶面。

采用φ16 mm直柄立铣刀轮廓铣削方式加工。

①选择菜单“刀具路径”→“外形铣削...”命令，串连止口与曲面相交处的边界线，单击“确定”按钮，弹出“外形（2D）”对话框。

②打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-108所示设置刀具参数。

图7-108　刀具参数设置

③打开“外形铣削参数”选项卡，按照图7-109所示设置外形铣削参数，其中“进/退刀向量”选项采用默认设置即可。参数设置完毕后单击“确定”按钮，切削模拟效果如图7-110所示。

图7-109　外形铣削参数设置

（3）半精加工型芯曲面。

采用φ10 mm直柄球头铣刀半精加工，预留0.2 mm精加工余量。

①选择菜单“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工平行铣削”命令，在弹出的“选取工件的形状”对话框中选中“凸”单选按钮，单击“确定”按钮后，在“选取加工曲面”提示下，调整视角为俯视图，如图7-99所示，窗选型芯曲面（即除分型平面外的曲面），按回车键，弹出“刀具路径的曲面选取”对话框。在“干涉曲面”区域单击按钮，选择分型面作为干涉检查面，设定干涉面预留量为0.5 mm。

图7-110　切削模拟效果

②弹出“曲面精加工平行铣削”对话框，打开“刀具参数”选项卡并按照图7-111所示设置刀具参数。

图7-111　刀具参数设置

③打开“曲面参数”选项卡，按照图7-112所示设置曲面参数。

图7-112　曲面参数设置

④打开“精加工平行铣削参数”选项卡，按照图7-113所示设置曲面平行铣削精加工参数。

图7-113　曲面平行铣削精加工参数设置

⑤参数设置完毕后，单击“确定”按钮，加工模拟效果如图7-114所示。

（4）精加工型芯曲面。

采用φ10 mm直柄球头铣刀精加工。

①选择菜单“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工平行铣削”命令，在弹出的“选取工件的形状”对话框中选中“凸”单选按钮，单击“确定”按钮后，在“选取加工曲面”提示下，调整视角为俯视图，如图7-99所示，窗选型芯曲面（即除分型平面外的曲面），按回车键，弹出“刀具路径的曲面选取”对话框。在“干涉曲面”区域单击按钮，选择分型面作为干涉检查面，设定干涉面预留量为0.5 mm。

图7-114　加工模拟效果

②弹出“曲面精加工平行铣削”对话框，打开“刀具参数”选项卡并按照图7-115所示设置刀具参数。

③打开“曲面参数”选项卡，按照图7-116所示设置曲面参数。

图7-115　刀具参数设置

图7-116　曲面参数设置

④打开“精加工平行铣削参数”选项卡，按照图7-117所示设置曲面平行铣削精加工参数。

⑤参数设置完毕后，单击“确定”按钮，加工模拟效果如图7-118所示。

图7-117　曲面平行铣削精加工参数设置

项目描述任务　操作视频

图7-118　加工模拟效果

4）后处理

刀具切削路径经验证无误后，在操作管理器中，单击“G1”按钮执行刀具路径的后置处理，具体操作要求见项目6。

5）加工操作

利用机床数控系统网络传输功能把NC程序传入数控装置存储器中，或者使用DNC方式进行加工。操作前把所有刀具按照编号装入刀库，并把对刀参数存入相应位置，经过空运行等方式验证后即可加工。

5.香皂盒面壳模凹模加工工艺分析

数控加工工艺设计由图7-1可知，凹模零件所有的结构都能在立式加工中心上一次装夹加工完成。零件毛坯已经在普通机床上加工到尺寸120 mm×100 mm×40 mm，故只需考虑型腔部分的加工。数控加工工序中，按照粗加工—半精加工—精加工的步骤进行。

1）加工步骤设置

根据以上分析，制定工件的加工工艺路线为：采用φ16 mm直柄键槽立铣刀一次切除大部分余量；采用φ16 mm球刀进行半精加工；最后采用φ10 mm球刀进行光刀加工。

2）工件的装夹与定位

工件的外形是长方体，采用平口钳定位与装夹。平口钳采用百分表找正，基准钳口与机床X轴一致并固定于工作台上，预加工毛坯装在平口钳上。采用寻边器找出毛坯X、Y方向中心点在机床坐标系中的坐标值，作为工件坐标系原点，Z轴坐标原点设定于毛坯上表面下2 mm处，工件坐标系设定于G55。

3）刀具的选择

工件材料为40 Cr，刀具材料选用高速钢。

4）编制数控加工工序卡

综合以上分析，编制数控加工工序卡如表7-2所示。

表7-2　数控加工工序卡

6.香皂盒面壳模型凹模零件造型

1）原型零件的生成

打开之前生成的香皂盒面壳实体模型。

2）模具加工曲面生成

（1）生成凹模零件所用曲面。

根据上步所作的零件实体模型，生成凹模零件所用曲面。

层别1、2、3设置及所绘图形同前，在此层别设置为4。选择“构图（C）”→“绘制曲面（y）”→“由实体产生（a）...”命令，选取肥皂盒面壳实体即可。之后隐藏实体并删除内侧曲面，结果如图7-119所示。

（2）按照塑料件收缩率放大凹模曲面。

选择“转换（X）”→“比例缩放（S）...”命令，窗选所有绘图区对象，按回车键后弹出“比例缩放选项”对话框，然后单击按钮，选择原点为缩放参考点，按照图7-120所示设置收缩率参数，并单击“确定”按钮结束。

图7-119　凹模曲面

图7-120　收缩率参数设置

项目描述任务　操作视频

（3）改变原点位置。

调整构图面为前视图，选择命令，窗选所有绘图区对象，选择后单击“确定”按钮，然后选择X轴作为镜像轴，按照图7-121所示设置镜像参数，镜像后结果如图7-122所示。

7.凹模加工刀具路径生成

1）工件设定

在操作管理器中，单击“材料设置”图标，在弹出的“机器群组属性”对话框中选择“材料设置”选项卡，按照图7-123设定工件参数。

图7-121　镜像参数设置

图7-122　镜像结果

图7-123　设定工件参数

2）粗加工刀具路径生成

采用φ16 mm直柄键槽铣刀粗加工去除大部分余量，预留1.5 mm半精和精加工余量。

（1）选择菜单“刀具路径”→“曲面粗加工”→“粗加工平行铣削加工”命令，在弹出的“选取工件的形状”对话框中选中“凸”单选按钮，单击“确定”按钮后，在“选取加工曲面”提示下，调整视角为俯视图，窗选型腔曲面，按回车键，弹出“刀具路径的曲面选取”对话框，单击“确定”按钮。

（2）弹出“曲面粗加工平行铣削”对话框，打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-124所示设置刀具参数。

图7-124　刀具参数设置

（3）打开“曲面参数”选项卡，按照图7-125所示设置曲面参数，其中，“进/退刀向量”对话框设置如图7-126所示。

图7-125　曲面参数设置

图7-126　“进/退刀向量”对话框

（4）打开“粗加工平行铣削参数”选项卡，按照图7-127所示设置曲面平行铣削粗加工参数。

（5）参数设置完毕后，单击“确定”按钮，加工模拟效果如图7-128所示。

图7-127　曲面平行铣削粗加工参数设置

图7-128　加工模拟效果

3）半精加工刀具路径生成

采用φ16 mm直柄球头铣刀半精加工，预留0.5 mm精加工余量。

（1）选择菜单“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工平行铣削”命令，在弹出的“选取工件的形状”对话框中，选中“凸”单选按钮，单击“确定”按钮后，在“选取加工曲面”提示下，调整视角为俯视图，窗选型腔曲面，按回车键，弹出“刀具路径的曲面选取”对话框，单击“确定”按钮。

（2）弹出“曲面精加工平行铣削”对话框，打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-129所示设置刀具参数。

图7-129　刀具参数设置

（3）打开“曲面参数”选项卡，按照图7-130所示设置曲面参数。

图7-130　曲面参数设置

（4）打开“精加工平行铣削参数”选项卡，按照图7-131所示设置曲面平行铣削精加工参数。

图7-131　曲面平行铣削精加工参数设置

（5）参数设置完毕后，单击“确定”按钮，加工模拟效果如图7-132所示。

图7-132　加工模拟效果

4）精加工型腔曲面

采用φ10 mm直柄球头铣刀精加工。

（1）选择菜单“刀具路径”→“曲面精加工”→“精加工平行铣削”命令，在弹出的“选取工件的形状”对话框中，选中“凸”单选按钮，单击“确定”按钮后，在“选取加工曲面”提示下，调整视角为俯视图，窗选型腔曲面，按回车键，弹出“刀具路径的曲面选取”对话框，单击“确定”按钮。

（2）弹出“曲面精加工平行铣削”对话框，打开“刀具参数”选项卡，并按照图7-133所示设置刀具参数。

图7-133　刀具参数设置

（3）打开“曲面参数”选项卡，按照图7-134所示设置曲面参数。

（4）打开“精加工平行铣削参数”选项卡，按照图7-135所示设置曲面平行铣削精加工参数。

（5）参数设置完毕后，单击“确定”按钮，加工模拟效果如图7-136所示。

图7-134　曲面参数设置

图7-135　曲面平行铣削精加工参数设置

图7-136　加工模拟效果

项目描述任务　操作视频

5）加工操作

执行后处理操作，把生成的NC程序传入数控机床，经过验证加工无误后即可进入实际加工操作。