原创《基于SolidCAM的模具型腔H加工》
本文是模具方面有关本科毕业论文范文跟SolidCAM和HSM加工研究和模具方面论文范文数据库。
常虹,黄丽
（武昌工学院湖北武汉430065）
摘 要：在分析模具制造现状的基础上,结合绿色制造的发展需求,提出将高速切削加工技术应用于模具制造,并以汽车配件模具型腔为例,采用ＳｏｌｉｄＣＡＭ软件对模具的高速切削加工方式展开研究.
关键词：ＳｏｌｉｄＣＡＭ；模具；ＨＳＭ；绿色制造
中图分类号：TG76文献标识码：Ａｄｏｉ：10.3９6９/ｊ.ｉｓｓｎ.1665－2272.2017.05.043
在现代工业生产中,模具是制造业重要的基础工艺装备,许多新产品的开发和生产都依赖于模具,大部分模具都是依靠特定的三维模具型腔使材料成型.模具型腔一般尺寸精度和表面粗糙度要求较高,材料硬度较大,零件结构较复杂且多为单件小批量生产,造价昂贵,制造过程复杂,通常采用数控铣削、磨削、电火花等方式加工.这种传统的模具加工方式制造周期长,工艺落后,生产效率较低,对生态环境造成的负面影响大,在现造业倡导绿色制造理念的背景下,难以满足时代的发展要求,因此,将绿色环保的先进制造技术应用于模具生产显得尤为重要.
ＨＳＭ（ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｍａｃｈｉｎｉｎｇ）即高速切削加工,是20世纪９0年代迅速发展起来的先进加工技术,通常切削速度超过传统切削速度5～10倍,主轴转速一般在10000～20000ｒ／ｍｉｎ以上,进给速度一般在15～50ｍ／ｍｉｎ.高速切削技术的应用可以解决高硬度模具材料的加工问题,适合表面质量高、精度高、形状复杂的模具加工,减少和避免使用加工效率低的电火花加工.结合使用数控机床,采用数控高速复合加工,减少装夹的次数,避免重复定位产生的加工误差,表面加工精度可以达到1μｍ,在提高模具加工质量的同时,也提高了生产效率.高速切削技术的应用简化了传统模具加工所采用的抛光工序,节约了70％左右的手工研磨工时,降低了30％左右的加工成本.
采用数控机床加工模具时,高速加工切削速度很大,背吃刀量很小,在模具加工余量一定的情况下,必须通过增加走刀次数才能完成加工,因此,零件粗加工和半精加工编程的计算量大大增加,加之模具型腔通常具有较复杂的曲面结构,且高速切削加工工艺要求严格,需进行多种不同加工方案的对比分析,进一步增加了数控编程的工作量,致使模具高速加工难以用手工编程的方式实现数控程序的编写,必须借助ＣＡＤ／ＣＡＭ技术进行模具加工的自动编程.
作为ＣＡＤ／ＣＡＭ一体化集成的ＳｏｌｉｄＣＡＭ软件,以插件的形式实现与ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件无缝对接,并且具有ＨＳＭ高速加工方式,能够实现模具型腔高速铣削加工的自动编程.首先根据加工零件的结构和技术要求设计模具,并应用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件创建模具的三维造型,然后在对模具模型进行分析的基础上,规划加工工艺路线和制定加工工艺方案,完成相关工艺卡片的制作,其次根据加工工艺分析的情况,对创建的模具ＣＡＤ模型作适合于ＣＡＭ程序编制的处理,进一步完善模型,接着利用ＳｏｌｉｄＣＡＭ插件设置加工参数,计算刀轨并生成刀具路径,最后校验刀具路径,检查走刀过程是否会与工件、夹具产生干涉,是否会产生过切和欠切现象,经过修改,模拟加工确认无误后,将计算出的刀轨按机床规定的格式转化为ＮＣ代码输出保存.使用ＳｏｌｉｄＣＡＭ软件进行模具加工的流程如图1所示.
图2为用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立的已经过完善的汽车配件锻造凹模三维模型,该模具型腔结构较简单,几何形状较规则,加工时选择的毛坯形状为立方体,上、下底面及周边已加工,只需要加工模具型腔.
传统的模具型腔加工主要根据设计图纸,采用数控机床、电火花及钳工抛光研配等方式制造,制造周期长,模具生产的零件精度低.采用高速切削加工技术可根据模具型腔设计要求选用经过淬硬的模具钢作为毛坯材料,加工时采用立方氮化硼材料的刀片直接加工零件的模具钢材料,在获得一定尺寸精度和形位精度的同时,达到较高的表面粗糙度要求,省去传统模具生产时使用的电火花加工和研磨、抛光加工等工序,简化了加工工艺流程,在缩短模具制造周期的同时,提高了模具加工精度.
使用ＳｏｌｉｄＣＡＭ软件的ＨＳＭ功能加工该模具型腔,首先在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中导入模型,打开ＳｏｌｉｄＣＡＭ菜单,新增铣床加工方式,定义零件的加工原点位于模具上表面中心位置,由于只需要铣削模具型腔,因此在设置毛坯时,形状选择为框选立方体,各坐标轴方向的余量均设置为0,并根据模具加工所用数控机床的操作系统选择ＣＮＣ控制器的种类.
基本设置完成后,新增ＨＳＭ加工工程,选择高速加工轮廓粗加工的方式进行型腔的粗铣.轮廓粗加工时,首先设置加工区域为型腔内部,并按加工工艺要求设置合适的加工余量,选择一把大直径的立铣刀,充分利用数控机床的主轴功率,尽可能高效地从毛坯上去除大部分多余的材料.在加工时,为了降低刀具载荷,减少刀具磨损,采用螺旋下刀的方式.汽车配件凹模型腔轮廓粗加工的走刀轨迹及加工后的轮廓如图3所示.由于所选择的刀具直径较大,因此有部分小尺寸结构未加工.
由于在轮廓粗加工过程中,考虑要尽可能提高铣削的效率,选择的刀具直径较大,导致型腔中小尺寸结构未加工,因此还需进行半精加工——残余材料粗加工,按加工模具型腔最小凹圆弧尺寸和最窄加工部位的尺寸要求使用一把直径尽可能大的牛鼻刀进行铣削,并为后续加工预留均匀的余量.残余材料粗加工的走刀轨迹及加工后的轮廓如图4所示.
粗加工和半精加工完成后,需进行型腔精加工,型腔精加工分两部分完成,分别为型腔侧壁陡峭区域的加工和水平区域的加工,在精加工时,分别使用两种不同的加工策略进行加工.
型腔侧壁选择高速加工相等的Ｚ加工方式,根据型腔的曲面轮廓产生不同高度的刀路轨迹,从而实现对侧壁的精加工,其加工轨迹如图5所示.
型腔水平区域选择高速加工水平加工方式,自动检测型腔内部所有平缓区域并在高度方向上做偏移进行铣削,其加工轨迹如图6所示.
按设置的模具型腔加工工程的走刀轨迹,最终可生成数控加工的Ｇ代码程序.通过将程序导入数控机床可实现模具的高速加工.
采用高速加工技术生产的模具型腔,容易得到很高的表面质量,可达到以铣削代替磨削或电火花加工,甚至手工研磨和抛光的加工效果.模具经高速加工后,只需略加抛光,避免二次加工,减少模具加工工序,节约大量修模、抛光的加工时间及耗材.而且在高速切削过程中,切屑瞬间被分离,切削产生的热量大部分被高速流出的切屑带走,结合使用耐高温、耐磨性好的涂层刀具,可不使用切削液,实现绿色环保的干切削.利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和ＳｏｌｉｄＣＡＭ软件进行模具型腔的三维造型和数控加工,可将高速加工技术应用于模具,实现模具加工的自动编程,大幅度减少编程人员的工作量,缩短模具的生产周期和提高模具的加工质量.
（责任编辑吴汉）
模具论文参考资料：
此文汇总：此文是关于对不知道怎么写SolidCAM和HSM加工研究和模具论文范文课题研究的大学硕士、模具本科毕业论文模具论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料。
