汽车覆盖件中模具加工刀具的选择及轨迹规划探究

代福增

摘要：在数控加工中有很多重要的加工步骤，其中刀具选择和刀具轨迹的产生是最为关键的两个部分。由于汽车覆盖件模具加工程序复杂，加工步骤繁琐，在各种不同类型加工时必然会涉及不同大小，进行了刀具选择问题的研究。

关键词：汽车覆盖件 刀具选择 刀具轨迹

一、汽车覆盖件模具加工的刀具选择

通常所说数控加工的刀具选择即为刀具类型和刀具尺寸的选取。在实际应用中，刀具的选择常常要考虑的诸多的因素，譬如加工速度的快慢，加工时间的长短，切削效率的高低、加工成本的大小以及使用寿命的长短等等的因素都要求刀具选择进行优化分析。

（一）粗加工刀具选择的优化分析。汽车覆盖件模具粗加工毛坯中以锻造镶块毛坯与铸造毛坯为主，这里铸造毛坯的粗加工走刀模式选择方法和精加工类似，以下内容是详细探讨汽车覆盖件模具锻造镶块毛坯中粗加工刀具的选择和优化。

在选择刀具直径时应该考虑的因素有：

1.在加工几何体的最小半径时，就是选择精加工刀具的最大直径其中主要因素，也正是选择了粗加工的刀具最大直径重要的参考因素；2.粗加工—半精加工—精加工刀具搭刀量之间的关系；3.为了提高加工效率，应该尽量选择大直径刀具；4.和现场的刀具库存情况有关。

下面为对汽车覆盖件模具粗加工时刀具组合进行优化的方法：

1.用一定的步长做一组垂直于进刀方向的搜索平面与汽车覆盖件模具型腔实体相交，形成若干搜索层。2.根据要求计算出搜索平面与型腔实体的截交轮廓。3.通过计算得出对刀具的选择产生影响的关键距离。4.对若干个搜索层采用相邻的关键距离相差小于给定的阈值的合并原则对搜索层进行合并。5.对每个加工层进行分析，并确定该层的使用的何种型号的刀具或刀具组合进行的加工。6.查阅资料，针对不同材料设计的加工参数不一样，如切削速度的大小、切削深度的多少和进给速率的快慢等等。7.根据具体的加工参数以及毛坯的实际体积计算出每个加工层的具体加工时间。8.再计算出粗加工后毛坯的剩余体积以及整个粗加工过程中所消耗的时间。9.最后对这一组粗加工所使用的全部刀具进行加工效率的一个总体评分。10.再从步骤1开始执行，选取其他刀具进行操作，不断的对比评分结果，择优选取。

（二）精加工刀具选择的优化分析。精加工的目的是完成整个零件的加工，使模具零件能够达到生产要求。下面为对汽车覆盖件模具精加工刀具进行优化的方法：

1.依据实际的汽车覆盖件模具的具体大小，进行分析比较并计算出其最小的曲率半径。2.从相关参考资料以及根据经验筛选出的刀具库中选出所有刀具半径比上述步骤计算出的曲率半径小的刀具。3.最后将选出的刀具进行筛选，选出能够满足以上条件的最大的刀具。4.如果之前所选出来的所有刀具都比第一步计算出来的最小曲率半径大，则只能选择相对最小的刀具作为推荐加工刀具。

二、汽车覆盖件模具刀具轨迹的优化设计

数控加工刀具轨迹生成的基础是几何造型，而只有在刀具的刀具轨迹的生成是合理的情况下才能保证模具零件的质量。所以必须对汽车覆盖件零件模具的刀具运动轨迹进行提前仿真编译，这样才能保证刀具运动的轨迹准确性。

（一）刀具的轨迹。刀具轨迹俗称叫法走刀路线，指的是加工过程中刀具相对于工件的运动路线。行切走刀模式分为单向走刀模式（Zig）、往返走刀模式（Zig-Zag）、环切走刀模式。

（二）典型曲面刀具轨迹分析。汽车覆盖件表面曲面复杂而又多样，有的是旋转面、有的是直纹面、和列表柱面及自由曲面等多种曲面构成，所以针对各个曲面采取的加工方法也不一样，下面对这几种典型的曲面刀具分析轨迹规划：

1.旋转面加工刀具的轨迹：旋转面主要有轴类旋转面与盘状旋转面。

2.直纹面加工的刀具轨迹：典型的直纹面分为封闭的和非封闭的两大类。

3.列表柱面加工刀具的轨迹：典型的列表柱面是由一条曲线沿一矢量拉伸一段距离从而生成的曲面。平常列表柱面的采用行切的走刀模式，走刀方向为拉伸方向。

4.自由曲面加工的刀具轨迹：汽车覆盖件模具中自由曲面是大量存在的，在研究汽车覆盖件模具刀具轨迹时必须在保证加工零件的加工精度的同时还要考虑刀具在切削运动中受力是否平稳的问题。

模具的几何信息和加工工艺参数确定以后，对这些采集来的数据进行归纳总结，经过推理、决策来选择最优的刀具轨迹。

（三）粗加工刀具轨迹的优化。粗加工走刀模式优化处理的过程：1.判断待加工区域的类型，通常分为无岛屿区域、单岛屿与多岛屿区域。2.在查询对区域边界加工余量均匀性是否有要求。要是有，则最好的走刀模式是平行环绕加工的方式，若对零件的加工表面有特殊要求时，选取相应的走刀模式。

（四）精加工刀具轨迹的优化。精加工刀具轨迹的优化目标就是通过一定方法获得最短和最均匀刀具的轨迹来完成对汽车覆盖件模具曲面铣削过程，同时使铣削过程处于良好切削的状态。精加工设计刀具轨迹时应考虑的因素有：1.刀具轨迹对表面质量的影响；2.刀具轨迹的合理选择。

精加工刀具的轨迹优化处理过程：1.依据曲面片的法向与刀具轴方向的夹角对待加工曲面进行的分区。2.对待加工曲面法向接近刀具轴方向的曲面片，曲面法向与刀具轴方向夹角较小时，因为在加工范围内曲面片高度差的不大，我们可以利用沿着垂直曲面主轮廓的方向双向走刀的模式。3.對待曲面法向和刀具的轴方向是否夹角较大一般为250°以上的曲面，假如高度落差比较小，应该使用单向上行走刀的模式。

合理的刀具轨迹不但能够提高被汽车覆盖件模具零件的加工质量，而且也能减少刀具磨损延长刀具的使用寿命以及提高机床加工操作的安全性。如何才能生成合理的刀具运动轨迹？必须熟悉被汽车覆盖件模具零件的表面几何形状和特性，再根据汽车覆盖件模具零件的表面特征情况构造出合理的曲面，并且严格选取加工参数，根据构造曲线以及加工参数生成所需的刀具运动轨迹。

参考文献：

[1]中国石油物资装备总公司.常用金属材料切削数据手册[M].北京：石油工业出版社，1995.

[2]张丽.汽车覆盖件模具数控加工中刀轨规划优化系统设计[D].合肥：合肥工业大学，2000.

（作者单位：河北沧州中捷职业技术学校）