基于NX的鼠标样板模型数控加工技巧

(黄冈职业技术学院，湖北 黄冈 438002)

1 加工工艺的选择

1.1工艺分析

根据图1所示鼠标加工模型，其外形尺寸长宽高为140mm×81mm×58mm。从外形上看，鼠标模型上表面为曲面，底部为平面，侧面为内斜凹曲面，如图2所示。需要分别加工模型的上、下两个模型面才能完成整个鼠标模型的加工，选用的数控机床为三轴数控加工中心机床，考虑到鼠标的上表面为曲面，下底面为平面，应先加工平整底面。为了便于装夹以及后续机械加工去除工艺凸台，在底平面设计两个尺寸一致的方形小凸台(小凸台后续通过机械加工方式去除，其长宽高尺寸为20mm×12mm×10mm),设置工艺凸台如图3所示。

图1 鼠标外形尺寸(mm)

图2 鼠标外形模型

图3 工艺凸台

1.2工艺路线制定

由以上工艺分析可制定如下工艺路线：

下料→数控加工铣底部及侧面→翻面虎钳装夹凸台，数控加工上部曲面及侧面→普通机加去凸台，留研余量0.05mm→研凸台面至与鼠标模型底部平面至平整→去毛刺。

1.3毛坯及材料的选择

图1所示鼠标模型形状近似长方形，毛坯可选择方形材料，图4所示模型尺寸为141×82×69mm。常见样板模型所用材料有塑料、铝、铜、锌合金等软质材料，此鼠标样板模型选用铝材。

图4 加工毛坯图

图5 虎钳夹具

1.4夹具选用

产品模型数控加工是制作产品模型手板的常见加工方法。因为手板加工批量较小，常为小批量或单件生产，所以利用专门的夹具进行加工的方法变得不可取。为了节约加工成本，减少加工时间，应尽可能使用常规的装夹方式，如：虎钳、三爪卡盘等。此鼠标模型采用装夹夹具为虎钳，如图5所示。加工底部、上表面的装夹方式分别如图6(a)、图6(b)所示。

图6 夹具装夹方式

2 基于NX的鼠标模型加工工艺方法及加工参数

2.1鼠标模型底部加工

2.1.1加工工艺分析

2.1.1.1粗加工 根据所加工毛坯外形尺寸、材料和去除余量，依据刀具能大不小的原则，粗加工选用直径为φ12的平底刀，因铝制材料偏软，加工过程中切削受热易粘刀，为避免形成积削瘤，影响切削效果和加工表面质量，故应选用高速钢，并浇冷却效果较好的乳化液进行冷却，其加工参数如表1中的工步1所示。

2.1.1.2精加工 粗加工完成后，由于所剩残余余量不多，故可以直接进行精加工，在精加工过程中先精加工底部平面，在精加工侧面，为了提高凸台表面质量，便于后续装夹，可以对凸台侧面进行精加工，所用刀具为φ10平底刀，加工鼠标侧面用R3的球头刀，其加工参数如表1中的工步2至工步4所示。

2.1.2 基于NX数控编程加工过程

2.1.2.1打开NX软件进入加工模块;

2.1.2.2创建加工坐标系;

2.1.2.3根据表1所示参数分别创建刀具，选择毛坯、加工零件等，并设置相应切削参数。

2.1.3 基于NX数控编程技巧

2.1.3.1开粗时，为了避免模型外形加工不完整(如图7刀路轨迹(a)所示)，使模型外形加工更彻底，在切削参数的策略项里，勾选“在延展毛坯下切削”选项和设置毛坯距离为2mm，结果如图7刀路轨迹(b)所示。

表1 鼠标底部加工工序

2.1.3.2由于在开粗过程中，大部分毛坯余量已经切除，切除后效果如图8所示，为了避免在后续加工过程中过多走空刀，浪费不必要加工时间，影响加工效率。需要把开粗仿真加工剩余的余量保存为IPW，作为后续加工的毛坯。

2.1.3.3精加工底部平面时，为了保证刀具不碰到凸台侧面，凸台侧壁所留余量略大于粗加工余量，设为0.35mm，底部余量为0，同理，精加工凸台侧面时，底部余量设为0.02，侧面余量为0。其刀路轨迹分别如图9，图10所示。

图8 粗加工仿真效果

图9 底部精加工刀轨

图10 凸台侧壁精加工刀轨

2.1.3.4精加工鼠标模型侧面时，由于只能加工部分侧面，故抬刀非常多，为了避免过多抬刀(如图11(a)所示)，在切削参数的策略项里，可以选择“混合洗”方式。其刀路轨迹和仿真效果分别如图11(b)，图12所示。

图11 侧面精加工刀路轨迹

图12 精加工仿真效果

2.2鼠标模型上表面加工

2.2.1加工工艺分析

2.2.1.1粗加工 其加工方法和鼠标模型底部粗加工方法一致，加工毛坯选用IPW模式，选用直径为φ12的平底刀，因铝制材料偏软，加工过程中切削受热易粘刀，为避免形成积削瘤，影响切削效果和加工表面质量，故应选用高速钢，并浇冷却效果较好的乳化液进行冷却，其加工参数如表2中的工步1所示。

2.2.1.2精加工 粗加工完成后，由于所剩余量较多，故可以利用D10R0.8牛鼻刀直接进行半精加工，在用R3的球头刀进行最终精加工，其加工参数如表2中的工步2至工步3所示。

2.2.1.3清根加工 由于R3刀精加工后，在滚轮根部有过多残余余量，故需用R1.5球头刀进行清根加工，其加工参数如表2中的工步4所示。

2.2.2基于NX数控编程技巧

2.2.2.1加工鼠标模型上表面时，加工坐标系需重新建立，并注意保证X轴向不变，绕X轴旋转180°获得，装夹工件时仍然保持原有X向不变，绕X轴旋转180°后进行装夹。

2.2.2.2加工毛坯选择方式为鼠标模型粗加工的IPW模式，选择过滤器选用“小平面体”方式，方能选中。

表2 鼠标上表面加工工序

2.2.2.3半精加工、精加工时，为了使平缓表面加工彻底，在切削参数的“连接”项里，勾选“层间切削”并使用深度切削。刀路轨迹如图13所示。

2.2.2.4在精加工时，由于使用的是R3球头刀，切削参数中“切削深度”需比实际切削深度深3mm，侧面才能够加工完整。

2.2.2.5清根加工中，直接利用参考刀具方式，选择参考刀具为R3球头刀进行清根，刀路轨迹如图14所示，最终加工效果如图15所示。

图13 精加工刀路轨迹

图14 清根刀路轨迹

图15 最终仿真效果

3 总结

3.1鼠标模型样板加工重点在于多面加工中采取的加工工艺及加工方法，在加工过程中，由于每次对刀面稍有差别，故应该尽量保持所选基准面的统一性。

3.2有些鼠标模型由于侧面为内凹面，仅仅加工上下两个方向的面，无法保证侧面加工到位。这种情况应做四面加工。首先局部加工两个侧面，(此时一定要注意不要过多破坏毛坯最大外形尺寸，以便留有后续对刀基准)然后在加工上下两个方向的面。

3.3在模型样板多面加工中，为了保证对刀的准确性，防止各加工面不要错位，要求毛坯有一定的平行、垂直度要求，必要时需留有适当修磨余量。

3.4工艺凸台的方法适用于模型样板中有较大平面或者较为平缓的曲面，具有装夹可靠、稳定，加工效率高、节省材料、易于去除工艺凸台，利于修研平整等优点。此方法具有一定的普及性。