汽車輪胎行業的發展日新月異，新產品層出不窮，輪胎模具是輪胎的重要工藝設備，對輪胎質量起著決定性的作用。只有采用CAD/CAM技術，才能提高模具質量和縮短加工周期。本文主要討論運用UG軟件的CAM功能模塊，結合輪胎模具的加工工藝特點，編制出合理有效的輪胎模具花紋塊的數控加工程序。

　　一、輪胎模具花紋塊數控加工工藝方案制訂

　　沈陽子午線輪胎模具有限公司加工輪胎模具花紋塊現有的CAD/CAM一體化的基本環境為：10套NX4軟件、2臺DMG 60 T五軸數控加工中心、1臺用于連接機床的PC機。其中NX軟件用于輪胎模具三維造型、刀位文件生成、NC代碼后處理、生成數控程序及切削仿真，車間PC用于把程序通過網絡傳入機床，數控機床用于加工輪胎模具鋼花紋塊產品。由于一個花紋塊由幾個節距排列而成，因此可先制定各個單節距的粗加工、半精加工及精加工的操作，再根據節距排列通過旋轉復制單節距的加工操作樣板生成整塊花紋塊的加工軌跡，再根據DMG 60 T機床的操作系統(Haidenhain)和機床結構形式在NX軟件中運用Post Builder建立后處理文件，以便生成機床可識別的數控文件代碼。數控程序生成后，可通過網絡傳到車間微機，再通過RS232接口傳入DMG 60T五軸數控加工中心，進行加工。因此，制訂花紋塊數控加工工藝方案如圖1所示。

圖1 輪胎模具花紋塊加工工藝方案

　　二、NX CAM加工花紋塊的數控編程

　　編制數控程序的關鍵是對加工操作模板4個父節點：加工坐標系、刀具、切削參數及加工方法(粗加工/半精加工/精加工)的設置。

　　1.加工坐標系的確定

　　NX提供了強大的坐標系設定功能，它包括了絕對坐標系、工作坐標系WCS及加工坐標系MCS。一個工件按裝夾工位不同可以設定多個加工坐標系。建立加工坐標系應遵循的原則：一般與工件坐標系一致;坐標原點要定在操作者最易快速對刀的位置;對稱零件的坐標原點應選在對稱軸上。

　　此處我們把花紋塊在DMG 60 T數控機床上一次裝夾完成粗精加工，因此，輪胎模具花紋塊的加工原點設在整個花紋塊中心位于內徑的柱面上。

　　2.刀具選擇

　　數控機床所用刀具按形狀可分為：盤狀銑刀、平底柱狀端銑刀、球頭柱狀端銑刀、R角柱狀端銑刀和球頭錐狀銑刀等。

　　盤狀銑刀主要用于切削試件的毛坯開粗加工和花紋塊兩個斜端面的加工，一般使用Φ66(R6)的刀具。

　　平底柱狀端銑刀主要用于花紋塊型腔的開粗加工、型腔底面的清根精加工等，一般使用Φ20、Φ16、Φ8、Φ6mm的刀具。

　　R角柱狀端銑刀主要用于花紋塊型腔側壁的半精加工，一般使用Φ10(R1)mm的刀具。

　　球頭柱狀端銑刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等，一般使用Φ10、Φ6、Φ2 mm的刀具。

　　3.加工參數的設置

　　加工中重要的切削參數有主軸轉速、走刀進給速度、加工行距(殘留高度)和加工余量等，一般在選擇這些參數時即要考慮零件的加工精度又要考慮機床的加工效率。加工花紋塊一般采用的是：

　　◎Φ20mm粗加工：轉速為500r/min，行距為6mm，余量為1mm;

　　◎Φ10(R1)mm半精加工：轉速為6500r/min，行距為0.2mm，余量為0.1mm;

　　◎Φ10(R5)mm半精加工：轉速為6500r/min，殘留高度為0.01mm，余量為0.1mm;

　　◎Φ6(R3)mm精加工：轉速為8000r/min，殘留高度為0.005mm，余量為0mm;

　　◎Φ2(R1)mm清根加工：轉速為11000r/min，殘留高度為0.005mm，余量0mm。

　　4.花紋塊單節距的粗加工

　　首先導入含有所有節距的花紋塊主模型或根據已知條件建立花紋塊主模型如圖2所示，然后根據花紋筋形狀通過布爾運算建立單節距銑腔毛坯。一般采用層切的方式進行單節距型腔的粗加工。因此在UG中選擇Cavity_mill型腔銑銑削加工子類型，選擇端銑刀做開粗加工，這是因為其抗力小，加工速度高。選擇銑腔毛坯的側壁和底面做為零件幾何體，并選擇銑腔毛坯作為毛坯(blank)，采用多層切削方式，根據刀具供應商提供的切削參數設置每層切削深度及切削步距，采用螺旋進刀方式以避免垂直下刀對刀具的沖擊，給定刀軸矢量方向，采用逆銑加工，生成粗加工刀具軌跡如圖3所示。

圖2 含所有節距的花紋塊主模型

圖3 單節距型腔粗銑刀具軌跡

　　5.花紋塊單節距的半精加工

　　余量均勻化是精加工的重要前提。經過粗加工后，大部分余料已經去除，但型腔型面上的余料為臺階狀，并不均勻，為使余量均勻并為后面的精加工做準備，需進行半精加工。型腔的半精加工可采用等高輪廓銑(ZLEVEL_PROFILE_STEEP)切削方法，分層加工，這種加工方法適用于加工較陡、較深的型面，等高切削可以使刀具手力均勻、震動小，在此處特別適于花紋筋側壁的半精加工，選擇直徑為10mm底部為R1的整體硬質合金刀具，設置每層切削深度0.2mm，零件表面留有0.1mm的余量，生成花紋筋側壁的半精加工刀具軌跡如圖4所示。

圖4 單節距半精銑刀具軌跡

　　6.花紋塊的精加工

　　在精加工中易采用高的刀路密度，小的吃刀量，快速進給來提高加工速度和型面精度。精加工時選擇可變軸輪廓銑(Variable Contour)，驅動方法可用曲面驅動(Surface)、邊界驅動(Boundary)等，加工精度通過殘留高度(Scallop)控制，設置該參數時既要考慮加工精度又要考慮加工效率。為了得到光順的花紋筋表面，精加工時應盡量避免多次接刀，刀具則要選擇球刀，以包絡出光順的花紋筋表面。

　　以上各單節距的粗/半精/精加工刀具軌跡生成后，可根據花紋塊節距排列圖經旋轉復制形成整塊花紋塊的粗/半精/精加工刀具軌跡。

　　將刀具軌跡優化排列后，經UG中設定的后置處理文件，生成機床可識別的數控代碼NC程序，即可用于數控加工。

　　三、結束語

　　應用NX CAM進行輪胎模具花紋塊的數控加工提高了模具加工精度和效率，為企業在激烈的市場競爭中贏得勝利提供了強有力的保障。