模具制造模具零件四轴加工技术研究

引言：四轴加工工艺，顾名思义，就是在传统的三轴加工基础上，增加一根转轴，从而在更多的方向、更多的角度上，实现对工件的加工。该技术的推出使加工的灵活性和精确性得到了很大的提高，为加工复杂的模具部件提供了可能。采用四轴加工工艺，完成一次装夹多面加工，减少装夹次数，减少工件转换时间，提高生产效率和加工质量。

1、工艺策划

1.1 装夹方式

在模具零件的四轴加工中，直接关系到加工精度、加工效率、工件安全的装夹方式选择是必不可少的。合理的装夹方式在便于装拆和调整的同时，要保证加工过程中工件的稳定和刚性。为保证定位精度和夹力，对形状复杂、尺寸较大的模具零件，装夹时往往采用专用夹具。专用夹具的设计，要保证夹具与工件紧密配合，准确定位，需要考虑工件的形状、尺寸、材质和加工要求。此外，还可采用数控定位装置和自动夹紧系统，使工件快速、准确定位、夹紧，以进一步提高装夹效率和精度。在装夹过程中，还要注意避免由于夹力过大造成工件变形，以及在加工过程中防止夹具松动或脱落，要保证夹具与机床之间的连接牢固可靠。

1.2 路径规划

路径规划是决定刀具在工件上的运动轨迹和加工顺序基础。在路径规划的时候，选择合适的加工策略，如分层加工、环切加工等，需要充分考虑工件的形状、尺寸、材料特性以及加工要求。在保证刀具在加工过程中能够顺利进给、切削和退出的同时，还要考虑刀具的直径、长度和切削参数。另外，对于刀具路径的平滑处理可以采用先进的路径优化算法，以进一步提高加工效率和精度，减少急转弯、过度切削等现象。在完成路径规划后，为了保证加工过程的顺利进行，还需对路径的可行性、安全性进行模拟仿真验证。

1.3 加工内容、刀具及参数

模具零件的四轴加工内容通常包括模腔加工、孔洞加工、曲面加工等。模具零件的四轴加工主要是由模腔加工、孔洞加工、曲面加工等组成。需要选择合适的刀具和切削参数，以应对不同的加工内容。如，球头铣刀在型腔加工中，为了保证加工表面的光滑度和精确度，往往用于曲面加工；在孔加工中，为了保证孔的尺寸精度和表面质量，钻头、铰刀等专用刀具都需要选用。切削参数的选择需要根据工件的材料特性、刀具的几何形状、加工要求等来确定，包括切削速度、进给速度、切削深度等。合理的切削参数不仅可以提高加工效率、提高加工精度，而且可以使刀具寿命延长、生产成本降低。

2、UG刀轨参数设置

2.1 自适应铣削开粗

UG Software上主要以加工复杂曲面及腔体为主，自适应削加工粗加工是效率最高的粗加工技术。该技术可自动根据零件几何造型及加工要求对刀具路径及切削参数作相应的调整，以达到最佳材料除率及加工效率。当进行自适应铣削粗加工时，刀具种类、切削深度以及步距、进给速度的选取需要设为参量。刀具类型选择应根据零件材料以及加工要求确定；切削深度的选取以及步距的选定需要考虑刀具几何造型、刀具刚性，在保证加工效率的同时，还要对进给速度做调整，以避免刀具因切削力太大而使刀片破损或者工件变形。另外，还需要注意的是，对于非切削移动的参数设置需要进行合理的调整，以减小空行程的时间，提高加工效率。

2.2 曲面加工

UG软件一般采用固定轮廓铣或流线加工等方法进行曲面加工。在做曲面加工时，刀具的路径规划、切削参数的设置都是需要特别注意的。要根据工件的曲面形状和加工要求来确定刀具路径的规划，这样才能保证刀片对工件表面进行平滑连续的切削。工件的材料特性、刀具的几何形状以及加工精度的要求都是切削参数设置需要考虑的。如加工硬度较高的材料时，为了避免刀具磨损过快、工件变形，需要选择较小的切削深度和进给速度。另外，为了保证加工过程的稳定性和精度，还需注意设置合理的切削层参数，每切削的深度。

2.3 孔加工

在进行孔加工时，需要设置的参数包括刀具种类、切削速度、进给速度、钻孔深度等，这些都是需要设置的重要参数。其中，要根据孔的大小、形状及加工要求来确定刀型的选择。为了保证加工过程的稳定性和精度，切削速度和进给速度的调整需要考虑工件的材料特性和刀具的刚性。钻孔深度的设置需要根据孔的实际深度和加工要求来确定，同时为了减少空行程时间、提高加工效率，需要注意设置合理的抬刀高度和退刀方式。另外，为了避免刀具过热及磨损过快，在开展深孔加工时，切削液的选用和冷却方式也是十分必要的。

2.4 平面、轮廓加工

2.4.1 平面加工参数优化

UG软件中，在进行平面加工时，刀具的材质、直径、刃数，都是需要根据工件的材质和加工要求，选择合适的平底铣刀或圆角铣削刀来确定的。切削参数的设定需要同时考虑切削速度，进给速度，切削深度，在切削转速的选择上要适中，过快会造成刀具的磨损加剧，过慢会造成加工效率的受到影响。调入进给速度要与调入转速相匹配，这样才能保证调入过程的流畅。在刀具刚性与工件几何形状的基础上，确定切削深度的设置，避免因切削力过大而导致工件变形或刀具损坏。另外，为提高加工效率和精度，还需注意设置合理的切削层参数和刀具路径规划。

2.4.2 轮廓加工精细控制

轮廓加工一般采用轮廓铣或固定轮廓铣等策略在UG软件中进行。参数设置的精细控制在做轮廓加工的时候特别关键，刀具的路径规划和切削策略要保证刀具能够平滑、连续地切削工件轮廓，避免产生过切或欠切现象，需要根据工件的轮廓形状和加工要求来确定刀具的路径规划及切削策略。切削技术的选用需要考虑不同切削方式，比如采用顺铣或逆铣，工件的材料和加工精度要求。同时，根据切削速度、进给速度和切削深度来确定刀具几何形状及工件参数，以备切削参数的设置。切削速度和进给转速的调整需要与刀具刚性和工件的硬度相匹配，以保证切削过程的稳定性和精度。

2.5 工件坐标系设置

工件坐标系，也被称为工件原点或编程坐标系，是数控加工中用于定位和描述工件上各点位置的一个基准系统。选择基准点是工件坐标系设置的基础，应根据工件的形状、尺寸和加工要求来确定基准点的选择，通常在工件上选择一个容易辨认的点作为基准点，位置要稳定一些。确定坐标轴方向时，为了保证坐标轴方向与加工过程一致，便于后续的编程和操作，需要考虑工件的加工方向和加工面的位置。坐标原点的选择一般选择工件的一个角点、中心点或对称中心等作为坐标原点，这要根据工件的几何特征和加工要求来确定。

3、结语

综上所述，由于具有较高的精度、较高的加工效率，使模具制造业零件的轴加工工艺为模具生产工业带来重大的优势，同时也为模具工业的发展创造了有利的条件。四轴加工技术通过对合理的工艺规划、刀轨参数的精确设置以及工件坐标系的精细设置的合理实现，可以达到对复杂模具部件的精、高效加工的目的。

参考文献：

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