汽車輪轂精密壓鑄模高速加工技術研究與應用

（廣東佛山職業技術學院，廣東 佛山 528137）

隨著高新技術的不斷改進，高速切削加工已成為模具行業當代先進技術的重要組成部分，它以高效率、高精度和高表面質量為基本特征，保證模具加工企業實現“零打磨、少拋光”這一目標得以實現，在模具行業中被廣泛應用。

在汽車消費的普及期，汽車輪轂模具生產市場前景廣闊。但要面對多種挑戰，如大幅提高生產規模、持續降低成本、適應市場變化、適應產業結構調整等，為了提高企業競爭力，提高工件加工效率、精度和表面質量，降低生產成本，企業實際生產中廣泛使用了高速切削加工。在傳統模具的加工工藝流程，生產下模零件需要通過毛坯——粗加工——熱處理——半精加工——電極加工——精加工——電火花加工——大量手工修模等制造過程。通過引入高速切削加工，能獲得很高的表面質量，省去電加工工序，減少大量的鉗工拋光打磨環節，提高模具質量，降低生產成本，縮短交貨周期。和傳統加工相比，高速加工模具制造周期節省35%以上，如圖1所示。

圖1傳統加工與高速加工模具制造周期

本文針對汽車輪轂精密壓鑄模下模零件特征，分析下模加工工藝，改變傳統的加工方式，采用高速切削加工，制定更加優化的加工工藝方案流程，實現下模零件“零打磨，少拋光”。

1 下模工藝分析

某汽車輪轂模具下模零件如圖2所示，該零件所有未注圓角均為R0.5，非型腔面未注倒角1×45°，型腔表面未注粗糙度：Ra1.6，配合面Ra3.2，其余Ra6.4；型腔各部圓角要圓滑，型腔面不能有明顯的劃痕及刀痕；所有未注明尺寸公差按±0.15控制；熱處理要求：先細化晶粒，再調質處理，硬度HRC40～45；型腔加工到位，型腔面不得焊接。如圖2所示。

圖2下模零件工程圖

根據企業現有設備情況，按照圖紙尺寸要求與零件技術要求，零件以準46 mm澆口套孔作為零件的定位中心，由于零件底面特征與型腔面特征有行位要求，需數控銑床在加工底面特征時在準506 mm模具最大尺寸外圓處設計一基準缺口，滿足下一工位型腔面加工時找正。模具加工工藝流程如表1所示。

表1模具加工工藝流程

2 基于UGNX8.5的下模高速切削加工

高速切削之所以得到工業界越來越廣泛地應用，是因為它相對傳統加工具有顯著的優越性。該技術的發展涉及到零件毛坯、刀具、機床、自動控制與檢測等多種技術的綜合優化，需要變革傳統的機加工工藝路線。

下面以UGNX 8.5 CAD/CAM軟件，針對汽車輪轂下模零件型腔面的加工來介紹如何生成和處理高速加工刀路，實現模具加工“零打磨、少拋光”這一目標。

2.1 NURBS曲線插補原理

NURBS曲線插補，誤差小、精度高，可以簡化NC代碼程序，不僅可以控制機床NURBS曲線的曲率變化，還可以進行不超出機床許可加速度的自動進給速度控制，可實現高速、高精度的模具加工。NURBS曲線插補使用控制點、節點矢量、權3個變量來表達自由曲線，公式如下所示：

式中：P（T）為 ρ階 NURBS；曲線Bi·a(T)為a樣條的a階3次函數；ωi為權因子；ρi為控制頂點。

2.2 NURBS曲線插補指令格式

NURBS曲線插補指令格式為 G6.2P_K_X_Y_Z_R_F_。式中：G6.2為NURBS插補G代碼；P為NURBS曲線曲線的階數，缺省值為4（三次樣條）；K為控制點矢量；X、Y、Z為控制點坐標；R為權重，缺省值為1；F為進給速度。

2.3 UGNX 8.5高速加工的應用

UGNX 8.5進行高速精加工時，最主要注意選擇合理的切削方式、光順拐角過渡、圓弧進退刀加工策略、機床控制運動輸出、后置處理設設定等方面，下面針對輪轂模具下模型腔面高速精加工講述UG NX 8.5高速加工的應用。

（1）切削方式選擇

采用高速機床對零件進行加工時，切削方式的選擇至關重要，需要把曲面分為陡峭面與非陡峭面兩大類分別進行精加工，以保證曲面殘留高度的均衡。針對不規則的陡峭面采用深度加工輪廓進行加工，切削參數中的層間連接方式使用沿部件交叉斜進刀方式，減少刀軌抬刀，層與層之間連續光順過渡；針對規則的陡峭面采用固定軸輪廓銑進行加工，驅動方法選擇流線，切削模式選擇螺旋或螺旋式，生成螺旋線方式的刀軌，能加工出高表面質量的產品，符合高速切削加工要求；針對非陡峭面主要采用固定軸輪廓銑進行加工，驅動方式主要選擇區域銑削、螺旋式、曲面等，根據零件特征選擇不同的加工策略。

（2）拐角控制

在高速銑削過程里，為了保證機床的性能，所有刀軌盡可能避免尖角過度，基于UG NX 8.5CAM模塊里拐角控制相應的處理方法，如圖3所示。通過拐角設，可以生成帶圓弧光滑過渡的刀路，如圖4所示，避免加工時產生振動和停頓現象，這樣才能生成符合高速切削加工刀軌，提高產品表面光潔度。

圖3拐角光順設置

圖4刀軌拐角應用前后效果

（3）機床控制運動輸出

為了得到更高的精度和表面光潔度，在UG軟件中直接生成基于NURBS曲線插補的刀具軌跡數據，使得程序更加簡化，提高實際加工時間。需要在“機床控制”對話框中的“運動輸出類型”中選擇“Nurbs”選項，勾選連接分段，設定角度公差與連接件公差，如圖5所示，為得到高精度與高光潔度，角度公差值應設置小于5°，擬合公差越大，曲線越光順，擬合公差越小，曲線越逼近。

圖5機床控制運動輸出設定

（4）后置處理設定

完成刀軌的設置后，需要選擇帶NURBS曲線插補功能的后置處理文件，才能生成NURBS插補的G代碼?？梢酝ㄟ^現有的后置處理文件，通過UG自帶后處理構造器，對原有的后處理文件進行修改，增加NURBS曲線插補的啟動與取消模塊，也能生成正確的NURBS插補的G代碼。

打開UG NX 8.5后處理構造器，打開相應后處理PUI文件，選擇“程序和刀軌”—“程序”—“程序起始序列”—“程序開始”，后面增加新塊“PB_CMD_nurbs_initialize”，實現初始化NURBS曲線插補功能，如圖6所示；然后在“程序結束序列”—“程序結束”中，第一行增加新塊“PB_CMD_nurbs_end_of_program”，取消NURBS曲線插補功能，如圖7所示。

圖6啟動NURBS曲線插補

圖7取消NURBS曲線插補

（5）輸出NURBS曲線插補程序

下模零件型腔面精加工程序如圖8所示，所有刀路根據高速加工理念設置相應參數，機床控制運動輸出選擇“NURBS”，生成NURBS曲線插補G代碼，在高速數控銑床對模具進行精加工，零件vericut仿真加工效果如圖9所示，下模零件加工效果如圖10所示。

圖8型腔面精加工刀路

圖9 vericut仿真加工效果

圖10下模零件加工效果

通過選擇帶NURBS曲線插補功能后處理器，輸出NURBS曲線插補程序如下：

%K0.0 X-1.2637 Z3.0758 G40 G17 G94 G90 G70 K0.0 X-1.2239 Z3.0381 G91 G28 Z0.0 K0.0 X-1.2134 Z2.9919 S16000 M03 K1.G0 G54 G90 X-10.372 Y0.0 ......G43 Z100 H00 G1 X-1.3752 Z3.1692 C273.438 Z3.1692 G0 Z5.5474 G05 P10000 G05 P0 G6.2 P04 K0.0 X-1.3107 Y0.0 Z3.0826 M30

3 結束語

針對汽車輪轂壓鑄模下模零件，改變傳統的加工工藝，引用高速切削技術，能大幅縮短模具制造周期，降低加工成本，提高模具生產質量，實現模具制造的“零打磨，少拋光”這一目標，解決企業實際生產問題。

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