加工中心廣泛應用于模具零件加工，為了減少操作人員的勞動強度，提高零件的加工精度，之前由普通銑床加工的模具零件現在基本上由加工中心完成。但注射模零件表面有不同種類的曲面，如分型面、避空面和膠位面等，這3種曲面的加工要求各不相同，另外注射模零件還有斜推孔、鑲件配合孔、推桿孔等，這些孔位一般由電火花或線切割加工。因此數控銑削編程工程師在對注射模的定、動模型芯進行編程前，須結合整副模具的結構對定、動模型芯進行分析，了解不同曲面的作用，對不同種類的曲面編寫不同的數控程序。對于成型面，必須按圖紙的要求進行精加工，且粗糙度必須達到要求；對于不需要由加工中心加工的位置（如鑲件配合孔），編程前在實體上刪除孔位。現以某電器產品注射模的動模型芯為編程對象，并以UG軟件為載體，介紹模具零件數控編程前對實體進行整理、創建幾何體和刀具，并進行數控編程模擬過程，動模型芯如圖1所示。

圖1   動模型芯

1 實體整理

動模型芯實體上有推桿孔、筋位、鑲件配合孔、冷卻水孔等，這些位置由電火花或線切割加工，在數控編程前刪除，UG所用的命令是“菜單→插入→同步建模→刪除面”，刪除所有不需要數控銑削加工的特征后，實體如圖2所示。

圖2   刪除不需要數控銑削加工的特征

2 數控刀路分析

實體兩側有一串筋位，筋位的寬度為2.5 mm，深度為3 mm，筋位位于圓弧面上，需要電火花加工，因此筋位不需要數控編程；實體有一個方形鑲件配合孔，是由電火花加工，不需要數控編程；實體的上表面有一個半圓槽，無法用加工中心完全加工到位，也需要用電火花加工，因此該位置只需要粗加工。

3 所用刀具研究

數控編程前應根據零件尺寸、材料硬度、實體的實際形狀選用不同的刀具，一般情況動、定模型芯的材料硬度一般為40~42 HRC，在編寫數控程序時選用硬度較高、耐磨性較好的刀具。適合加工動模型芯的常用刀具有2種：一種是合金刀，即鎢鋼刀，其耐磨性較好，硬度為90~92 HRC；另一種是刀粒刀，與鎢鋼刀相比，刀粒刀具有表面硬度更高、耐磨性更好等特性。零件的外形尺寸為300 mm×250 mm×80 mm，適合使用不易磨損的大刀具，如φ50R5的刀粒刀粗加工，零件表面有圓弧曲面，沒有拐角位及空間狹小位置且分型面為平面，應同時選用上述2種刀具進行加工：粗加工時使用φ50R5的刀具，半精加工和精加工時使用φ20R0.8刀具；對實體上的圓弧面進行精加工時使用φ8R4的鎢鋼刀；實體上表面和分型面是平面，適合用φ20R0.8的刀粒刀；實體上的最小角為R5.5 mm，不需要使用專門的清根刀具。

4 創建幾何體

（1）在菜單欄中選取“應用模塊”選項卡，再單擊“加工”命令按鈕，在彈出的窗口中選擇“cam_general”和“mill+planar”2個選項，然后單擊“確定”按鈕，進入UG編程模式。

（2）在菜單欄中選擇“菜單”命令，再在彈出的下拉菜單中選擇“插入”，再選擇“幾何體”命令，在彈出的“創建幾何體”窗口中將“幾何體”子類型設為“MCS”選項，再單擊“應用”按鈕，再在返回的“創建幾何體”窗口中單擊“WORKPIECE”選項，再單擊“應用”按鈕，彈出“零件”窗口，在該窗口中單擊“指定部件”按鈕圖片，選取整個實體，再單擊“確定”按鈕，軟件返回“零件”窗口，在該窗口上單擊“指定毛坯”按鈕圖片，在彈出的“毛坯幾何體”窗口中將“類型”設為“包容塊”，將XM-、XM+、YM-、YM+、ZM-、ZM+全部設為0。

（3）單擊“創建刀具”按鈕，創建4種刀具，分別是φ50R5刀粒刀、φ20R0.8刀粒刀、φ6R0立銑刀、φ8R4球頭刀。

5 數控編程過程

5.1 編寫粗加工加工工藝

（1）依次選擇“菜單→插入→工序”命令，彈出“創建工序”窗口，在該窗口中將“銑削類型”設為“mill_contour”，將“工序子類型”設為“型腔銑”選項，將“數控程序”設為“PROGRAM”，將“銑削刀具”設為“D50R5”，其他參數選擇默認值。

（2）在“型腔銑”窗口中將“方法”設為默認值，將“切削模式”設為“跟隨周邊”，將“切削步距”設為“按刀具平面直徑百分比”，將“平面直徑百分比”設為50%，將“毛坯距離”設為1 mm，將“每刀切削深度”設為1 mm，將“最終底面余量”設為0.2 mm。

（3）單擊“切削參數”按鈕圖片，在彈出的“切削參數”窗口中，將“切削方向”設為“順銑”選項，將“剖切角”設為0，選擇“使底面余量與側面余量一致”選項，將“余量”設為0.25 mm。

（4）單擊“非切削移動”按鈕圖片，在彈出的“非切削移動”窗口中，將“進刀類型”設為“線性”，其他參數選用默認值。

（5）單擊“進給率和速度”按鈕圖片，將“主軸轉速”設為1 500 r/min，將“進給率”設為2 000 mm/min。

（6）為了防止加工方框的內壁，選擇方框的邊線為修剪邊界。

（7）上述參數設置完成后，再單擊“型腔銑”窗口中的“生成”按鈕，軟件自動創建粗加工刀路，如圖3所示。

圖3   粗加工刀路

5.2 創建半精銑削工藝

零件在完成粗加工后，由于切削時的背吃刀量較大，零件表面呈現明顯的層狀，導致零件表面留下不同高度的加工余量，不適合直接進行精加工。為了滿足精加工要求，需將零件的加工余量控制在0.15~0.25 mm，且還要求實體表面不同位置的加工余量大致相等，因此在粗加工后、精加工前，必須編寫半精銑削加工工藝。該實體的半精銑削加工工藝選用φ20R0.8的刀粒刀，采用等高銑削切削加工工藝，具體方法是依次選擇“菜單→插入→工序”命令，在彈出的“創建工序”窗口中將“類型”設為“mill_contour”，在“工序子類型”欄中選擇“深度輪廓銑”選項，在“刀具”欄中選擇“D20R0.8”，為了防止加工方框的內壁以及實體中間的圓孔內壁，選擇方框的邊線和圓孔邊線為修剪邊界，所生成的半精加工刀路如圖4所示。

圖4   半精加工刀路

5.3 剩余銑削刀路

由于零件表面不規則，而且所使用的刀具較大，導致半精加工后零件表面某些位置無法加工，此時應使用剩余銑削刀路，將沒有加工的位置進行切削，對于該零件前面的半圓形凹坑，選用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進行切削，刀路如圖5所示。

圖5   剩余銑削刀路

5.4 精加工刀路

實體上有分型面、膠位面、碰穿面等，這些曲面的結構各不相同，實體兩側和4個支撐柱處也是圓弧面，實體的分型面和上表面為平面，對于這些不同結構的曲面，必須采用不同的加工工藝，因此在編寫程序時應采用不同的加工刀路。

（1）加工膠位面。編寫實體膠位面刀路時，應按圖紙的技術要求對其進行加工，實體上有4個支撐柱，為了使4個支撐柱的曲面獨立，應對支撐柱的膠位曲面單獨設計刀路。零件的圓弧曲面與分型面之間的曲面為斜度曲面，所設計的刀路與圓弧曲面的刀路有不同，其中圓弧曲面采用平行刀路（所用刀具為φ8R4的鎢鋼刀），如圖6（a）所示，斜曲面采用等高刀路（所用刀具為φ20R0.8的刀粒刀），如圖6（b）所示，零件上表面和分型面為平面，采用平面銑削刀路（所用刀具為φ20R0.8的刀粒刀），如圖6（c）所示。

圖6   精加工刀路

（2）加工4個支撐柱孔位。零件膠位面的4個角位處各有1個支撐腳，其內部有1個圓柱形的凹坑，需用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進行切削，由于其側壁的斜面具有斜度（斜度為2°），所用的切削工藝為等高銑削，刀路如圖7所示。

圖7   精加工支撐腳圓孔的刀路

（3）加工分型面。零件的中間位置有1個圓孔，尺寸為φ20 mm×30 mm，由于其側壁具有2°的斜度，且為膠位面，用線切割加工底孔后，再用加工中心加工側壁膠位面，需用φ6 mm立銑刀（鎢鋼刀）進行切削，所用的切削工藝為等高銑削，刀路如圖8所示。

圖8   加工分型面的刀路

（4）加工4個圓弧角。零件的4個角為圓弧角，需要加工中心進行加工，所用的切削工藝為等高外形加工，所使用的刀具為φ20R0.8的刀粒刀，刀路如圖9所示。

圖9   加工圓弧角的刀路

（5）仿真模擬。當數控銑削刀路編寫完成后，還需要進行刀路仿真，通過仿真模擬檢查數控銑削是否存在刀路過切或在加工過程中撞刀等故障，對于出現的過切或撞刀等的刀路，應對數控程序進行檢查，找出原因，并對其進行修改，再重復仿真模擬，直到不發生過切或撞刀為止。

6 實際應用

在粗加工過程中，由于刀具的切削量較大，刀具容易磨損或發生崩角現象，此時操作工應注意當刀具發生異常情況時，需更換新刀具，確保刀具能正常切削。在精加工過程中，受機床精度、刀具磨損的影響，不同刀路之間不能較好地接順，并且不同位置的粗糙度也不同，此時需要操作工對零件表面進行拋光，才能使零件表面粗糙度達到要求。