型腔的加工编程
复杂模具型腔加工编程与工艺策略
复杂模具型腔加工编程与工艺策略李敏（深圳技师学院，广东深圳518100）摘要：对具有复杂曲面的模具型腔进行数控编程，依据零件的材料、形状和加工精度，合理运用平面轮廓加工、曲面加工、型腔加工等方式，制定详细的数控加工工艺，并使用数控编程软件选择合适的加工路线及优化切削用量，提高复杂模具加工的质量和效率。
关键词：模具型腔；数控编程；加工工艺；切削用量中图分类号:TH16;TQ320文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）06-0129-03 Programming and Process Strategy for Complex Mold Cavity MachiningLI Min(Shenzhen Institute of Technology,Shenzhen518100,China)Abstract:NC programming for mold cavity with complex surfaces is presented in this paper.According to the material, shape and processing precision of parts,the detailed NC processing technology is formulated by using plane contour processing,surface processing and cavity processing.To improve the quality and efficiency of complex die processing,NC programming software is used to select suitable processing routes and optimize cutting parameters.Keywords:mold cavity;NC programming;processing technology;cutting parameters0引言随着社会工业化的不断发展，大型化、高精密、高复杂度的模具在模具行业中的应用愈加广泛，对模具的设计与制造也提出了更高的要求。
过渡圆角、倒角、型腔孔类零件的编程方法
过渡圆角、倒角、型腔孔类零件的编程方法摘要：文章以FANUC-0i系统加工中心为例，着重分析在手工编程和工艺处理方面，如何简化、提高生产效率，降低成本等原因，提出应用该设备的细微功能，达到理想的效果，最后进行实证研究等。
数控机床是现代机械工业的重要技术设备，也是先进制造技术的基础装备，现今微电子技术、计算机技术、自动化技术的发展，使数控机床技术更加的完善，可靠性和加工精度也在大幅的提升，文章对数控铣工/加工中心手工编程和实际生产有一定的提高和实用价值。
关键词：过渡圆弧；过渡倒角；型腔、孔类零件编程加工一、过渡圆角的编程方法以下几种情况可以进行过渡圆角插补指令：直线插补与直线插补之间；直线插补和圆弧插补之间；圆弧插补和直线插补之间；圆弧插补和圆弧插补之间。
第一，编程格式。
格式：G01/G02/G03X___Y___，R___；第二，如图1所示有多个圆弧相切，基、节点比较多，计算比较复杂，那么这样的情况我们应该怎么做既省时又省力？下文针对具体的情况进行分析。
如果是这样的图形，按照手工编程的一般思路，我们会运用三角函数进行基、节点计算，算出需要加工的节点数值，然后带如到程序中，下文用两种方式进行编程，进行比较。
首先，应用三角函数计算得出的数控程序清单。
O1；G90G0G55X60Y0；M3S1800；Z5；G1Z-5F80；G42X28D1F200；G2X34.073Y9.197R10；G3X35.714Y12.98R3；G3X12.98Y35.714R38；G3X9.197Y34.073R3；G2X0Y28R10；G40G1Y60；G91G28Z0；M30；其次，应用过渡圆弧得出的数控程序清单（见图2）。
图2XY的坐标：大圆（直径76）与小圆（半径10）的两圆弧的交点的数值。
“，”逗号为分隔符号。
R的数值：两圆弧交点的小圆弧的数值，图中应为R3。
这种编程方法只需要在直线/圆弧插补的坐标值/圆弧R值后面加上一个逗号R，那么这个R的圆弧就会自动过渡出来。
单元七_型腔铣削的加工工艺与程序编程
6
7
G43 Z50. H03；
G01 Z5 F500 M08；
建立刀具长度补偿，至安全高度
下刀，冷却液开
8
9 10 11 12
G01 Z-2. F150 ；
G41 G01 X-7.5； G03 X0 Y-7.5 R7.5； G01 X7.5； G03 Y7.5 R7.5
Z向进刀并至切削深度
建立刀补 切向切入 轮廓切削
程序号 13 14 15 16
程序内容 G01 X-7.5 G03 Y-7.5 R7.5 G01 X0 G03 X7.5 Y0 R7.5
程序说明
切向切出
17
18 19 20
G40 G01 X0 Y0
G00 Z100. M05； G28 G91 Z0 M09； M30
取消刀具半径补偿
退刀，主轴停止 Z轴回参考点，关闭冷却液 程序结束
3、刀具的选择
内轮廓通常应用键槽铣刀来加工，在加工中心上使用的键槽铣 刀为整体结构，刀具材料为高速钢或硬质合金。与普通立铣刀 不同的是键槽铣刀端面中心处有切削刃，所以键槽铣刀能作轴 向进给，起刀点可以在工件内部。键槽铣刀有2、3、4刃等规格， 粗加工内轮廓选用2刃或3刃键槽铣刀，精加工内轮廓选用4刃键 槽铣刀。与立铣刀相同，通过弹性夹头将键槽铣刀与刀柄固定。
任务实施
(一）工艺分析
根据零件的特点，选择φ10的键槽铣刀，Z方向采用垂直下刀的 进刀方式，在XY平面走刀路线为OH（建立刀补）→HI（切向切 入）→IJ→JK→KL→LM→MI→IN（切向切出）→NO（取消刀 补），由于表面精度要求不高Ra6.3，采用粗加工一次完成，切 削用量选择为：主轴转速1200r/min,进给速度为50mm/min
05数控编程-第五单元-型腔铣
一、型腔加工的形式
型腔是指有封闭边界轮廓的平底或曲底凹坑，当型腔底面是平面时为二维 型腔。是型芯加工的扩展，它既要保证型腔轮廓边界，又要将型腔轮廓内 的多余材料铣掉， 1、封闭区域型腔零件，如图a 2、有岛屿型腔零件，如图b 3、加工步骤分三步：型腔内部去余量、型腔轮廓粗加工、型腔轮廓精加工
在XY平面圆弧的终点坐标为 （0，30），直线轴（Z轴） 的进给距离为+10。
30 X
螺旋线编程例图
例：上图所示的螺旋线程序 G91时：G91 G17 G03 X-30 Y30 Z10 R30 F100; G90时：G90 G17 G03 X0 Y30 Z10 R30 F100;
六、型腔零件加工
例1：如图所示，工件毛坯为130mmX90mmX16mm的长方体零件，材料 为硬铝，要加工工件中间的矩形槽，其它特征不考虑。
6、程序编制 粗加工走刀路线： M-I(两圈螺旋下刀)-A-B-C-D-E-F-G-H 坐标
M 35,45 A 22.5,32.5 B 67.5,32.5 C 67.5,41 D 22.5,41 E 22.5,50 F 67.5,50 G 67.5,57.5 H 22.5,57.5 I 24,45
Hale Waihona Puke O1113 %1234 N1 G00 G90 G54 X35 Y45 Z50； N2 S800 M03； N3 M07； N4 G43 H01 G00 Z5； N5 G01 Z0 F80 ； （下刀到工件表面 Z0位置） N6 X24 Y45 F120； （直线运动到X24Y45点） N7 G02 I11 J0 K-1.5 F80 ； （顺圆弧螺旋下刀至 Z-1.5） N8 G02 I11 J0 K-1.5 ； （顺圆弧螺旋下刀至Z-3） N9 G01 X22.5 Y32.5 F120 ； （直线切削到 A） N10 X67.5 Y32.5 ；（A-B） N16 X22.5 Y57.5 ；（G-H） N11 X67.5 Y41 ；（B-C） N17 Z5 ； N12 X22.5 Y41 ；（C-D） N18 M09； N13 X22.5 Y50 ；（D-E） N19 M05； N14 X67.5 Y50 ；（E-F） N20 G49 G00 Z100； N15 X67.5 Y57.5 ；（F-G） N21 M30；
型腔与槽零件程序编制
模具型腔与槽零件的程序编制1．型腔铣削编程时有两个重要事项需考虑：1）刀具切入方法开始型腔铣削之前，必须使用过中心切削的立铣刀沿Z 轴切入工件，如果不适合或不能使用此切入方法，可以选择斜向切入方法。
（1）矩形型腔刀具切入方法由于必须切除封闭区域内的所有材料（包括底部），所以一定要考虑刀具可以通过切入或斜向切入到所需深度的所有可能位置。
斜向切入必须在空隙位置进行，但垂直切入可以在任何地方进行。
有两个比较实用：型腔中心、型腔拐角，如图8-2所示。
图8-2 矩形型腔刀具切入位置图8-3圆形型腔刀具切入点的位置图（2）圆形型腔刀具切入方法如果圆形型腔需要铣削深度不大时，最好选用过中心切削立铣刀（键槽铣刀）直接切入；如果型腔深度较大时，最好先加工一个落刀孔（工艺孔），然后刀具每次都沿该孔下刀；也可以采用螺旋下刀的方式。
那么，圆形型腔中沿Z轴切入的最佳位置是型腔中心。
如图8-3所示。
（3）型腔首次进行粗加工时具体下刀方法：①对于矩形型腔，首先在型腔的4个角钻孔，或在型腔中心钻大孔，然后用立铣刀从孔处下刀，将余量去除。
此方法编程简单，但立铣刀在切削过程中，多次切入、切出工件，振动较大，对刃口的安全性有负作用。
从切削的观点看，刀具通过预钻削孔时因切削力而产生振动，有时会导致刀具损坏，如图8-4所示。
图8-4 型腔的4个角钻孔②使用立铣刀或面铣刀采用二轴Z字形铣。
要求铣刀有Z字形走刀功能，在X、Y或Z轴方向进行线性Z字形走刀，刀具可以到达在轴向的最大切深，这种方法尤其适用模具型腔开粗。
Z字形走刀斜线角度主要与刀具直径、刀片、刀片下面的间隙等刀片尺寸及背吃刀量有关。
如图8-5所示。
图8-5 Z字形下刀③在主轴的轴向采用三轴联动螺旋圆弧插补加工孔。
这时一种非常好的方法，因为它可以产生光滑的切削作用，而只要求很小的空间。
这种方法相对于直线Z字形下刀方式，螺旋形插补下刀切削更稳定、更适合小功率机床和窄深型腔。
具有螺旋插补功能的铣刀加工孔的直径范围不是没有限定的，要参阅刀具技术手册。
UG编程 铣型腔
UG编程–铣型腔什么是铣型腔铣型腔是指在工件内部铣削的一个特定形状，通常是一些几何形状的结构空穴，这些空穴通常由直线、圆弧、斜线等基本几何图形组合而成。
铣削模具、工模等这些加工工件就需要铣型腔。
为什么要使用UG编程铣型腔在使用铣削机铣削工件时，因工件内部空间无法采用钻孔或滚齿等方式进行加工，使用铣型腔即可实现内部空穴的设计制造，满足工件内部几何形状的设计需求, 铣型腔还具有精度高、快速稳定的优点。
在实际应用中铣型腔设计复杂、制造难度大,采用UG编程铣型腔,制造铣型腔的效率、质量显著提升。
UG编程铣型腔的优势UG编程铣型腔相比传统的手工铣削其优点主要有以下几点：提高加工效率UG编程铣型腔可以结合传统的数控加工方式，实现对铣削机床控制的智能化管理，自动导入和运行加工程序，自动保存和管理加工数据，同时减少了铣型腔加工周期和加工成本，大大提高了生产效率。
提高加工精度UG编程铣型腔依托UG软件的三维模型编辑功能，可以实现针对工件几何要求的优化型腔设计，通过UG软件进行有控制的编程加工，优化加工步骤，最终实现精度高并达到工件的设计要求。
增强可靠性和稳定性UG编程铣型腔可以适用于机械铣削、激光铣削、电化学加工等多种加工方式,并且可以结合CAM技术，实现对开发过程的自动化管理和实时监控，大大提高了加工过程的可靠性和稳定性。
如何使用UG编程铣型腔UG软件操作首先，需要进行准备工作，即打开UG软件，开始建立所需铣削工件的三维模型。
随后，对需要的空穴进行设计及优化形腔，为其制定加工程序所需路径的控制代码和动态数据，制作好后将添加一个用户自定义命令，以方便在铣型腔加工时使用。
铣削机床操作根据UG编程铣型腔所生成的代码和动态数据进行机床参数设置及代码导入，磨合后，检测加工过程是否与预处理一致并进行必要调整，最终实现对工件的铣型腔加工。
UG编程铣型腔的应用，已经成为了现代智能制造领域内的一项重要技术。
作为自动化制造技术的一种重要手段，UG编程铣型腔在几何复杂、加工任务繁琐等方面显著提升了整个制造过程效率和生产质量，实实在在地优化了加工方案，因此在接下来的制造过程中有着广泛的应用。
任务九 型腔类零件的编程与加工
二、相关知识
（五）刀具长度补偿
2．偏置量的指定 H为刀具长度偏移量的存储器地址。 长度补偿的偏置存储器号有H00~H99共100个，偏移
量用MDI方式输入，偏移量与偏置号一一对应。 偏置号H00一般不用，或对应的偏移值设置为0。 偏置值的测量，可用机外对刀仪测量刀体长度，也
可以在机床上用对刀仪或手动测量。 偏置系统可分为几何偏置和磨耗偏置。
编程轮廓半径 编程轮廓半径
刀具半径补偿值
√ ＜编程轮廓半径
× 刀具半径补偿值
＞编程轮廓半径
二、相关知识
（二）零件腔槽加工的走刀路线
4 ．加工型腔的下刀方式 ①以螺旋形式进行插补铣。这是一种非常好的方法，因为 它可产生光滑的切削作用，而只要求很小的开始空间 ②线性坡走切削(使用X/Y和Z方向)，以达到全部轴向深度 的切削 ③预钻削起始孔。
二、相关知识
（五）刀具长度补偿
3．取消刀具长度补偿
指令G49或H00，取消刀具长度补偿。与移动程序段一起指令时，在 程序段的终点，便不再加上或减去补偿值。 4．编程举例 1）G91 G01 G43 Z-30.0 H01；当H01＝10mm时，Z轴实际移动-20mm。
G00 G49 Z50.0 ； 在该段终点取消刀补，Z轴实际移动40mm。 2）G91 G00 G44 Z100.0 H02；当H02＝20mm时，Z轴实际移动80mm。
实 施: （基于工作过程） 1.分析加工图纸。
1 工艺分析，制定工艺 2.确定装夹方案
2 编程
3.分析走刀路线及工步顺序。 简1.化建指立令工件坐标系，计算各节点，编
3 加工： 制加工程序。
4.选择刀具,确定切削参数。
1）开机； 2.调试加工程序。 5.确定切削用量。
型腔的编程方法与技巧
程序
O1（FANUC）
G54G17G90G40
G01Z100F2000
M03S500
G00X-22.7Y0
平面内定位下刀点
G01Z0.1F1000
Z向定位下刀点
G91X45.4Z-3.1F40 增量斜线下刀
岛屿下刀子程序
O33（岛屿下刀子程序） G91G01Z-2 D01M98P3200；（D01=5.3） M99
岛屿轮廓子程序
O3200（岛屿轮廓子程序） G01G41X-2Y5.5 G03X-5.5Y-5.5R5.5 G01Y-7 G02X-8Y-8R8 G01X-14 G02X-8Y8R8 G01Y14 G02X-8Y8R8 G01X14 G03X8Y-8R8 G01Y-7 G03X5.5Y-5.5R5.5 G01G40X2Y5.5 M99
下刀子程序
O20；（下刀子程序） G91G01X60Z-3F40 X-60 M98P200F100 G90G01X25Y0 D01M98P2000 G01X-30Y20 M99
往复走刀子程序
O200；（往复走刀子程序） G91G01Y-12 X60 Y-12 X-60 Y-12 X60 Y-4 X-60 M99
主程序
O3；（主程序） G54G17G90G40 G01Z100F2000 M03S600 G00X22.5Y0 G01Z1 Z0F100 M98P20031 G01Z0 M98P40032 G90G01Z-4 M98P20033 G90G01Z100F2000 M05 M30
下刀及往复走刀子程序
O31（下刀及往复走刀子程序） G91G01Z-2 G90X15 Y15 G91X-30 Y-8 X30 Y-8 X-30 Y-8 X30 Y-6 X-30 G90X22.5Y0 M99
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一、任务描述
加工图1所示的型腔零件，毛坯尺寸为80×60×30mm，加工深度为10mm。
要求分三步加工粗加工、半精加工、精加工，其中粗加工和半精加工用φ8的端面铣刀，精加工用φ6端面铣刀，每次切削深度为2.5mm。
要求：（1）写出工艺分析过程；（2）手动编写加工程序；（3）进行车削仿真加工。
图1
二、知识及能力目标
（1）掌握型腔类零件加工方法。
（2）掌握型腔类零件加工工艺分析。
（3）掌握型腔类零件加工的编程指令。
（4）掌握子程序、长度补偿和半径补偿的编程指令。
（5）巩固对刀操作
三、知识准备
（1）铣削工艺知识。
（2）刀具半径补偿、长度补偿及子程序用法。
（3）粗加工和精加工的加工起点、切入点、切出点确定方法。
四、任务实施
1、工艺分析
（1）零件图的工艺分析
（2）图5-8-1
如图5-8-1所示型腔，侧壁轮廓垂直，底面水平。
矩形封闭区域大小：宽40，长55，深5，内轮廓最小曲率半径R4。
内轮廓尺寸有IT8尺寸公差等级要求，形位公差等级达IT8级，表面粗糙度达Ra3.2μm，底面有Ra6.3μm表面粗糙度要求。
型腔轮廓X、Y向对称，处于X、Y向的对称面为X、Y向基准，因此选用型腔中心作为X、Y向的工件零点。
假设上表面已经过精加工，选工件上表面为Z向零点。
（3）确定装夹方案。
产品为板类腔体，选用比80x60x30cm大的工艺板夹装。
（4）工艺路线
（a）Z形刀路粗加工（b）环绕刀路半精加工
图5-8-4 内腔铣切的粗、半精加工路线
设计粗加工区域为53×38的矩形区域，刀具切入工件的点有两个位置比较实用：型腔中心、型腔拐角圆心。
本例φ8的刀具起点设在如图5-8-4a所示的起点位置，该点处在粗加
工切削区域左下角，刀具与区域的两边相切。
在如图5-8-1所示的工件坐标系中，起点坐标是：X-22.5，Y-15。
由于半精加工与粗加工在本例中使用同一把刀具，因此粗加工后刀具开始进行半精加工，由于X、Y向的半精加工余量为0.5㎜，本例中，粗加工的最后刀具位置在型腔的左上角坐标为：（X-22.5，Y15）的点位，经过“G91G1X-0.5Y0.5”的增量移动，就可到达在型腔的左上角的半精加工的起点。
如图5-8-4b所示在半精加工区域内，刀具刀位点经AB、BC、CD、DA直线进给留下了单边0.5㎜精加工余量。
粗加工和半精加工完成后，可以使用另一把刀具φ6㎜进行精加工并得到最终尺寸。
选择轮廓中心点作为加工起点位置。
精加工切削中，应该使用刀具半径偏置功能，这主要是为了在加工调试时，可以通过调整半径补偿值保证尺寸公差的要求。
由于刀具半径补偿不能在圆弧插补运动中启动，因此必须添加建立和取消半径补偿的直线运动，以及切入、切出轮廓的圆弧。
引导圆弧半径的计算，与上一节中封闭槽精加工路线设计完全一样的方法：图5-8-5所示为矩形型腔的典型精加工刀具路径(起点在型腔中心)。
（5）刀具的选择
零件图中，矩形型腔的四个角都有圆角，圆角的半径限定刀具的半径选择，圆角的半径大于或等于所用精加工刀具的半径。
本例中圆角为4㎜，使用φ8键槽铣刀用于粗加工，但精加工中刀具半径应略小于圆角半径，以便于刀具能通过半径补偿切削轮廓，精加工选用φ6的立铣刀比较合理。
因此确定粗加工刀具直径φ8，精加工刀具直径φ6，刀具材料为高速钢。
（6）切削参数的确定
粗加工时，为了得到较高的切削效率，选择较大的切削用量，但刀具的切削深度与宽度应与加工条件（机床、工件、装夹、刀具）相适应。
实际应用中，一般让Z方向的吃刀深度不超过刀具的半径；直径较小的立铣刀，切削深度一般不超过刀具直径的1／3。
切削宽度与刀具直径大小成正比，与切削深度成反比，一般切削宽度取0.6～0.9刀具直径。
值得注意的是：型腔粗加工开始第一刀，刀具为全宽切削，切削力大，切削条件差，应适当减小进给量和切削速度。
精加工时，为了保证加工质量，就避免工艺系统受力变形和减小震动，精加工切深应小，数控机床的精加工余量可略小于普通机床，一般在深度、宽度方向留0.2～0.5mm余量进行精加工。
精加工时，进给量大小主要受表面粗糙度要求限制，切削速度大小主要取决于刀具耐用度。
2、加工程序编制
主程序：
O5801;
G54 G21 G17 G40 G80；
T01 M06;
S800 M03 ;
G90 G00 X-22.5 Y-15；
G43 Z5 H01 M08；
G01 Z0 F100 ；
M98 P5811;
G90 G00 X-22.5 Y-15;
M98 P5811;
G90 G00 X-22.5 Y-15;
M98 P5811;
G90 G00 X-22.5 Y-15;
M98 P5811;
G90 G00 Z5 M09 ；
G91 G28 G49 Z5 M05 ；
M00；
T02 M06;
S1200 M03;
G90 G54 G00 X0 Y0；
G43 Z5 H02 M08 ；
G01 Z0 F200 ；
G00 Z-2.5;
M98 P5812 ;
G00 Z-5;
M98 P5812 ;
G00 Z-7.5;
M98 P5812 ;
G00 Z-10;
M98 P5812 ;
G90 G00 Z5 M09 ；
G28 G49 Z5 M05；
M30；
粗加工和半精加工子程序：O5811;
G91 G01 Z-2.5 F100 ；
X45；
Y6;
X-45;
Y6 ;
X45;
Y6;
X-45；
Y6;
X45;
Y6;
X-45;
M03 1000;
G91 G01 X-0.5 Y0.5 F200;
X46;
Y-31;
X-46;
Y31;
M99；
精加工子程序：
O5812;
G91；
G01 G41 X-10 Y-10 D02 F100；G03 X10 Y-10 R10 F100；
G01 X23.5;
G03 X4 Y4 R4;
G01 Y32;
G03 X-4 Y4 R4;
G01 X-47;
G03 X-4 Y-4 R4;
G01 Y-32;
G03 X4 Y-4 R4;
G01 X23.5;
G90 G01 X0 Y-20 F100；
G90 G03 X10 Y-10 R10 ；
G90 G01 G40 X0 Y0 ；
M99；
五、仿真加工结果
例如：。