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一、引言

本文以高速銑削加工飲料瓶吹塑模具為例，說明高速銑削加工在模具制造中的應用。飲料瓶吹塑模具高速銑削所采用的機床是德國海登海英五軸數控加工中心，其高速電主軸最高轉速為24000r/min;采用高精密的滾珠絲杠高速進給系統達10-25m/min，加速性能最高可達(0.5-1)g(g=9.8m/S2>;采用海登海英控Catia系統;配備Catia軟件具有的CAD/CAM功能，可對已有三維體型零件自動編程生成 CNC帶碼，經過適當后處理即可用于加工。本加工即在Cakia軟件平臺下實現。

二、塑料瓶吹塑模具的造型

零件的CAD建模是將其用于加工的必要前提，對于待加工的零件，需要建立零件毛坯和零件實體兩個實體。進入Catia的MechanicDesign的Part Design模塊進行實體造型。建立72x70x200的長方體毛坯，接著采用回轉切除特征切出塑料瓶回轉表面φ60x120-φ24x10，如圖1所示;繼續建立零件毛坯72x70x200,如圖2所示。

圖1 零件模型

圖2 零件毛坯

完成零件建模后，檢查毛坯是否適合零件，把毛坯和零件插入相同的坐標系，保證毛坯能完全重合。

三、塑料瓶吹塑模具的加工工藝規劃

1、工藝分析及刀路形式

加工零件為一具有復雜型面的工件，圓柱圓錐及其連接倒圓面均有較大的切削量，故對加工過程分三道工序：

(1)粗銑，主要目的是切除大量材料；故應選用較大的切削進給量，由于切削過程中切削力較大應采用順銑，刀路規劃為分層向內螺旋(Inside Spiral)銑削加工如圖3(a)所示。采用向內螺旋刀路，在切削時可以避免走空程，使得整個走刀路程最短，減少加工輔助時間，同時也可保證銑削加工始終為利于切削的順銑方式。

(2)半精銑，主要目的是切除粗銑造成的凸臺，為精加工做準備;粗銑過程中采用的分層向內螺旋銑削加工，由于球頭銑刀自身半徑，故不可避免將有一部分材料未被切削掉而產生凸起，本加工工序主要目的就是切除掉這些凸起，為此刀路規劃為往復(Zig-Zag)銑削加工，往復方向為沿塑料瓶軸線方向，如圖3(b)所示:采用往復刀路，在切削時可以避免走空程，減少加工輔助時間，同時可保證銑削加工的質量。

圖3

(3)精銑，主要目的是鐵削加工出所需要的型面，保證達到要求的尺寸、形狀、位置精度和表面質量;精銑過程為達到粗糙度的要求，采取刀路交叉的原則選擇精銑加工刀路，因半精銑刀路為沿塑料瓶軸線，故本道工序刀路選擇沿塑料瓶徑向，這樣本工序的刀路與半精銑道路完全垂直，可達到最好去除表面凸點的效果。采用的刀路規劃為沿徑向的往復(Zig-Zag)銑削加工，如圖3(c)所示。

2、刀具選擇、切削參數的選定及加工余童的確定

對于不同的工序需要選擇不同的刀具及合適的銑削加工參數。

粗銑，選用直徑為6mm的球頭銑刀，銑刀齒數為Z=2，采用分層順銑的加工方式，每層銑削量為ap=O.Smm,自外向里螺旋走刀，主軸轉速為n=15000r/min，進給速度f=0.075mm/z，加工余量為lmm。

由上述條件計算得：

因為是粗加工故不計算因加工產生的殘留高度。

半精銑，仍選用直徑為6mm的球頭銑刀，采用來回往復銑削的加工方式，走刀路線為“Z"字形路線，主軸轉速n=12000r1min，進給速度f=0.04mm/z，走刀行距br=2mm。

精銑，選用直徑為4mm的球頭銑刀，銑刀齒數Z=2,采用來回往復銑削的加工方式，走刀路線為“Z"字形垂直于半精銑的路線。主軸轉速rz=15000r1min，進給速度fx=0.04mm/z，走刀行距br=mm，加工允許誤差為

0.08mm。許誤差0.08mm，故上述加工工藝完全滿足加一要求。

四、塑料瓶吹塑模具的CAM程序編制

1、機床的選擇和相關參數的設置

完成上述工藝過程的規劃后，將繼續進行CAM加工仿真，而進人加工環境后首先要確定的就是機床的選用。本例中粗銑屬于2.5軸聯動，半精銑和精銑屬于3軸聯動，因此選用5軸聯動的Heidenhain加工中心肯定能夠滿足加工要求，設定其加工坐標系與工件造型坐標系重合。設置加工零件、毛坯、退刀安全面、工件裝夾定位范圍等。

2、編寫CAM工藝規程操作

按上述工藝分析中粗銑、半精銑、精銑選定的工藝參數設置加工過程，同時需要選定加工面、非加工面、避讓面及切削加工范圍線，如圖4所示。

圖4 銑削加工參數的設置

按上述要求完成粗銑、半精銑、精銑三道加工工序的設置后即可以讓計算機自動計算刀路軌跡。

3、刀路軌跡的計算及仿真

對上面設定的操作計算刀路，單擊選中需要進行軌跡計算的加工工序，按下Tool Path Replay圖標，即可進行道路的計算，同時計算出來的還包括該工序機械加工時間和總的加工用時間，計算結果如圖5所示。

圖5 刀路軌跡計算結果

按下仿真圖標即可進行數控加工仿真演示。
粗銑：加工時間t粗m=7min13s，總時間t粗=7min20s
半精銑：加工時間t半m=5min4ls，總時17t粗=5min50s
精銑：加工時間t粗=23 min53s，總時I司t}二24min4s
總計加工時間T=t粗+t半+t精=37min14s

4、生成數控加工NC代碼

整個刀具仿真完成后即可生成數控加工機床加工所需NC代碼，按下Generate NCCode in Batch Mode，在彈出對話框設置機床類型，加工代碼類型，點擊Excute即可生成NC加工代碼。