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塑料瓶吹塑模具的高速铣削加工工艺 |
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作者：吴战国 何强国 |
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一、引言
本文以高速铣削加工饮料瓶吹塑模具为例，说明高速铣削加工在模具制造中的应用。饮料瓶吹塑模具高速铣削所采用的机床是德国海登海英五轴数控加工中心，其高速电主轴最高转速为24000r/min;采用高精密的滚珠丝杠高速进给系统达10-25m/min，加速性能最高可达(0.5-1)g(g=9.8m/S2>;采用海登海英控Catia系统;配备Catia软件具有的CAD/CAM功能，可对已有三维体型零件自动编程生成 CNC带码，经过适当后处理即可用于加工。本加工即在Cakia软件平台下实现。
二、塑料瓶吹塑模具的造型
零件的CAD建模是将其用于加工的必要前提，对于待加工的零件，需要建立零件毛坯和零件实体两个实体。进入Catia的MechanicDesign的Part Design模块进行实体造型。建立72x70x200的长方体毛坯，接着采用回转切除特征切出塑料瓶回转表面φ60x120-φ24x10，如图1所示;继续建立零件毛坯72x70x200,如图2所示。
图1 零件模型
图2 零件毛坯
完成零件建模后，检查毛坯是否适合零件，把毛坯和零件插入相同的坐标系，保证毛坯能完全重合。
三、塑料瓶吹塑模具的加工工艺规划
1、工艺分析及刀路形式
加工零件为一具有复杂型面的工件，圆柱圆锥及其连接倒圆面均有较大的切削量，故对加工过程分三道工序：
(1)粗铣，主要目的是切除大量材料；故应选用较大的切削进给量，由于切削过程中切削力较大应采用顺铣，刀路规划为分层向内螺旋(Inside Spiral)铣削加工如图3(a)所示。采用向内螺旋刀路，在切削时可以避免走空程，使得整个走刀路程最短，减少加工辅助时间，同时也可保证铣削加工始终为利于切削的顺铣方式。
(2)半精铣，主要目的是切除粗铣造成的凸台，为精加工做准备;粗铣过程中采用的分层向内螺旋铣削加工，由于球头铣刀自身半径，故不可避免将有一部分材料未被切削掉而产生凸起，本加工工序主要目的就是切除掉这些凸起，为此刀路规划为往复(Zig-Zag)铣削加工，往复方向为沿塑料瓶轴线方向，如图3(b)所示:采用往复刀路，在切削时可以避免走空程，减少加工辅助时间，同时可保证铣削加工的质量。
图3
(3)精铣，主要目的是铁削加工出所需要的型面，保证达到要求的尺寸、形状、位置精度和表面质量;精铣过程为达到粗糙度的要求，采取刀路交叉的原则选择精铣加工刀路，因半精铣刀路为沿塑料瓶轴线，故本道工序刀路选择沿塑料瓶径向，这样本工序的刀路与半精铣道路完全垂直，可达到最好去除表面凸点的效果。采用的刀路规划为沿径向的往复(Zig-Zag)铣削加工，如图3(c)所示。
2、刀具选择、切削参数的选定及加工余童的确定
对于不同的工序需要选择不同的刀具及合适的铣削加工参数。
粗铣，选用直径为6mm的球头铣刀，铣刀齿数为Z=2，采用分层顺铣的加工方式，每层铣削量为ap=O.Smm,自外向里螺旋走刀，主轴转速为n=15000r/min，进给速度f=0.075mm/z，加工余量为lmm。
由上述条件计算得：
因为是粗加工故不计算因加工产生的残留高度。
半精铣，仍选用直径为6mm的球头铣刀，采用来回往复铣削的加工方式，走刀路线为“Z"字形路线，主轴转速n=12000r1min，进给速度f=0.04mm/z，走刀行距br=2mm。
精铣，选用直径为4mm的球头铣刀，铣刀齿数Z=2,采用来回往复铣削的加工方式，走刀路线为“Z"字形垂直于半精铣的路线。主轴转速rz=15000r1min，进给速度fx=0.04mm/z，走刀行距br=mm，加工允许误差为
0.08mm。许误差0.08mm，故上述加工工艺完全满足加一要求。
四、塑料瓶吹塑模具的CAM程序编制
1、机床的选择和相关参数的设置
完成上述工艺过程的规划后，将继续进行CAM加工仿真，而进人加工环境后首先要确定的就是机床的选用。本例中粗铣属于2.5轴联动，半精铣和精铣属于3轴联动，因此选用5轴联动的Heidenhain加工中心肯定能够满足加工要求，设定其加工坐标系与工件造型坐标系重合。设置加工零件、毛坯、退刀安全面、工件装夹定位范围等。
2、编写CAM工艺规程操作
按上述工艺分析中粗铣、半精铣、精铣选定的工艺参数设置加工过程，同时需要选定加工面、非加工面、避让面及切削加工范围线，如图4所示。
图4 铣削加工参数的设置
按上述要求完成粗铣、半精铣、精铣三道加工工序的设置后即可以让计算机自动计算刀路轨迹。
3、刀路轨迹的计算及仿真
对上面设定的操作计算刀路，单击选中需要进行轨迹计算的加工工序，按下Tool Path Replay图标，即可进行道路的计算，同时计算出来的还包括该工序机械加工时间和总的加工用时间，计算结果如图5所示。
图5 刀路轨迹计算结果
按下仿真图标即可进行数控加工仿真演示。
粗铣：加工时间t粗m=7min13s，总时间t粗=7min20s
半精铣：加工时间t半m=5min4ls，总时17t粗=5min50s
精铣：加工时间t粗=23 min53s，总时I司t}二24min4s
总计加工时间T=t粗+t半+t精=37min14s
4、生成数控加工NC代码
整个刀具仿真完成后即可生成数控加工机床加工所需NC代码，按下Generate NCCode in Batch Mode，在弹出对话框设置机床类型，加工代码类型，点击Excute即可生成NC加工代码。(end)
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(2/14/2008) |
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