塑料瓶吹塑模具的高速銑削加工工藝

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(shù)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(tǒng)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(tǒng);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(jīng)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(xiàn)。
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(xù)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(guī)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(guī)劃為分層向內(nèi)螺旋(Inside Spiral)銑削加工如圖3(a)所示。采用向內(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(guī)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(guī)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(shù)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(shù)。
    粗銑，選用直徑為6mm的球頭銑刀，銑刀齒數(shù)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(chǎn)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(shù)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(shù)的設置
    完成上述工藝過程的規(guī)劃后，將繼續(xù)進行CAM加工仿真，而進人加工環(huán)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(lián)動，半精銑和精銑屬于3軸聯(lián)動，因此選用5軸聯(lián)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(guī)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)控加工NC代碼
    整個刀具仿真完成后即可生成數(shù)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。