汽車輪胎行業(yè)的發(fā)展日新月異，新產(chǎn)品層出不窮，輪胎模具是輪胎的重要工藝設(shè)備，對(duì)輪胎質(zhì)量起著決定性的作用。只有采用CAD/CAM技術(shù)，才能提高模具質(zhì)量和縮短加工周期。本文主要討論運(yùn)用UG軟件的CAM功能模塊，結(jié)合輪胎模具的加工工藝特點(diǎn)，編制出合理有效的輪胎模具花紋塊的數(shù)控加工程序。

　　一、輪胎模具花紋塊數(shù)控加工工藝方案制訂

　　沈陽(yáng)子午線輪胎模具有限公司加工輪胎模具花紋塊現(xiàn)有的CAD/CAM一體化的基本環(huán)境為：10套NX4軟件、2臺(tái)DMG 60 T五軸數(shù)控加工中心、1臺(tái)用于連接機(jī)床的PC機(jī)。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(shù)控程序及切削仿真，車間PC用于把程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳入機(jī)床，數(shù)控機(jī)床用于加工輪胎模具鋼花紋塊產(chǎn)品。由于一個(gè)花紋塊由幾個(gè)節(jié)距排列而成，因此可先制定各個(gè)單節(jié)距的粗加工、半精加工及精加工的操作，再根據(jù)節(jié)距排列通過(guò)旋轉(zhuǎn)復(fù)制單節(jié)距的加工操作樣板生成整塊花紋塊的加工軌跡，再根據(jù)DMG 60 T機(jī)床的操作系統(tǒng)(Haidenhain)和機(jī)床結(jié)構(gòu)形式在NX軟件中運(yùn)用Post Builder建立后處理文件，以便生成機(jī)床可識(shí)別的數(shù)控文件代碼。數(shù)控程序生成后，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到車間微機(jī)，再通過(guò)RS232接口傳入DMG 60T五軸數(shù)控加工中心，進(jìn)行加工。因此，制訂花紋塊數(shù)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(shù)控編程

　　編制數(shù)控程序的關(guān)鍵是對(duì)加工操作模板4個(gè)父節(jié)點(diǎn)：加工坐標(biāo)系、刀具、切削參數(shù)及加工方法(粗加工/半精加工/精加工)的設(shè)置。

　　1.加工坐標(biāo)系的確定

　　NX提供了強(qiáng)大的坐標(biāo)系設(shè)定功能，它包括了絕對(duì)坐標(biāo)系、工作坐標(biāo)系WCS及加工坐標(biāo)系MCS。一個(gè)工件按裝夾工位不同可以設(shè)定多個(gè)加工坐標(biāo)系。建立加工坐標(biāo)系應(yīng)遵循的原則：一般與工件坐標(biāo)系一致;坐標(biāo)原點(diǎn)要定在操作者最易快速對(duì)刀的位置;對(duì)稱零件的坐標(biāo)原點(diǎn)應(yīng)選在對(duì)稱軸上。

　　此處我們把花紋塊在DMG 60 T數(shù)控機(jī)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(diǎn)設(shè)在整個(gè)花紋塊中心位于內(nèi)徑的柱面上。

　　2.刀具選擇

　　數(shù)控機(jī)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(kāi)粗加工和花紋塊兩個(gè)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(kāi)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(cè)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(shù)的設(shè)置

　　加工中重要的切削參數(shù)有主軸轉(zhuǎn)速、走刀進(jìn)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(shù)時(shí)即要考慮零件的加工精度又要考慮機(jī)床的加工效率。加工花紋塊一般采用的是：

　　◎Φ20mm粗加工：轉(zhuǎn)速為500r/min，行距為6mm，余量為1mm;

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

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

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

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

　　4.花紋塊單節(jié)距的粗加工

　　首先導(dǎo)入含有所有節(jié)距的花紋塊主模型或根據(jù)已知條件建立花紋塊主模型如圖2所示，然后根據(jù)花紋筋形狀通過(guò)布爾運(yùn)算建立單節(jié)距銑腔毛坯。一般采用層切的方式進(jìn)行單節(jié)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(kāi)粗加工，這是因?yàn)槠淇沽π。庸に俣雀摺＿x擇銑腔毛坯的側(cè)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(jù)刀具供應(yīng)商提供的切削參數(shù)設(shè)置每層切削深度及切削步距，采用螺旋進(jìn)刀方式以避免垂直下刀對(duì)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(jié)距的花紋塊主模型

圖3 單節(jié)距型腔粗銑刀具軌跡

　　5.花紋塊單節(jié)距的半精加工

　　余量均勻化是精加工的重要前提。經(jīng)過(guò)粗加工后，大部分余料已經(jīng)去除，但型腔型面上的余料為臺(tái)階狀，并不均勻，為使余量均勻并為后面的精加工做準(zhǔn)備，需進(jìn)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(dòng)小，在此處特別適于花紋筋側(cè)壁的半精加工，選擇直徑為10mm底部為R1的整體硬質(zhì)合金刀具，設(shè)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(cè)壁的半精加工刀具軌跡如圖4所示。

圖4 單節(jié)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(jìn)給來(lái)提高加工速度和型面精度。精加工時(shí)選擇可變軸輪廓銑(Variable Contour)，驅(qū)動(dòng)方法可用曲面驅(qū)動(dòng)(Surface)、邊界驅(qū)動(dòng)(Boundary)等，加工精度通過(guò)殘留高度(Scallop)控制，設(shè)置該參數(shù)時(shí)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(shí)應(yīng)盡量避免多次接刀，刀具則要選擇球刀，以包絡(luò)出光順的花紋筋表面。

　　以上各單節(jié)距的粗/半精/精加工刀具軌跡生成后，可根據(jù)花紋塊節(jié)距排列圖經(jīng)旋轉(zhuǎn)復(fù)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(yōu)化排列后，經(jīng)UG中設(shè)定的后置處理文件，生成機(jī)床可識(shí)別的數(shù)控代碼NC程序，即可用于數(shù)控加工。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　應(yīng)用NX CAM進(jìn)行輪胎模具花紋塊的數(shù)控加工提高了模具加工精度和效率，為企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得勝利提供了強(qiáng)有力的保障。