数控加工中过切引发的加工策略改进

周宝友

（江苏文光模具技术有限公司，江苏镇江 212325）

1 引言

我司模具车间在加工一副装饰板模具时，发生多处过切，从而导致模具的报废处理，后续车间在重新加工时，对加工工艺和加工策略的改进，进行了一定的探索，在与同行相互探讨和交流后，逐步形成新的加工工艺和加工策略。本次的改进模式，主要基于加工软件上的工艺参数和加工策略展开的，结合车间现有的机床，合理地编制加工程序，合理地选择加工策略，充分地挖掘现有编程软件Powermill里面的应用功能，淘汰旧有的编程策略，从而汇总成车间的加工标准，并适当地衍生出一些其它加工策略及加工规范。

2 原加工策略引发的过切分析

（1）加工工件的分析，图1所示为定模的整体状态，工件尺寸1,000×760×460mm，如图2所示，中间凸块处最高高度达到120.5mm，而图3所示两个凸块之间的最小间距只有25mm宽。所以，此工件的加工难处都是围绕着这几个凸块而展开的，前提又是不能镶拼，只能整体加工了，可想而知，此模具加工有一定的难度。

图1 定模总体的尺寸图

图2 定模侧中间最高凸块的高度尺寸图

图3 两凸块之间最小间隙尺寸图

重点对定模来分析，知道此定模尺寸为999×760×345mm，属于中大型模具。塑件的要求是免底镀膜件，所以，定模侧面的加工精度要求比较高（在模具加工时，也要了解模具所对应的塑件的要求，这样便于合理地考虑加工工艺）。由图4可知，定模侧的导柱孔深度达到370mm，直径ϕ65mm，反面避空段直径ϕ70mm深180mm，正面导套段直径ϕ75mm，深80mm，因此考虑要正反两个方向加工导柱孔。图2和图3所示的型腔3个圆柱凸块，单边斜度只有1°，最深达到122mm，两个圆柱直接最小间距只有28.5mm。

图4 定模侧的导柱孔深度尺寸图

定模侧的型腔面肯定要求较高，因为塑件需要免底镀膜。所以，定模侧不能出现弹刀过切现象；模具面积较大，分型面配合要过盈，不能虚，特别是左端的弧度较高，加工容易有偏差。

（2）原加工策略简述。

在第一次加工此模具时，沿用车间一贯的加工方式，即老旧的加工工艺和加工策略。先是D63大刀开粗，后面接着是D35R0.8的刀等高绕，再接着是D25清角刀继续等高精加工，平缓面选择D25R5刀具加工。图5所示即是D63R6开粗的旧有的加工策略，此开粗策略，没有什么特别说明，常规的加工模式。图6所示为接下来的D35R0.8的刀具进行的半精加工策略，考虑到加工的难处，所以增加了一个D35R0.8的半精加工工序，注意，这是在开粗后直接就进行的加工步骤，侧壁和底部余量均为0.6mm。图7所示是D25R0.8的刀具半精加工的策略图，考虑现有的机床和现有的刀具，所以选择D25R0.8的刀具进行半精加工，侧壁和底部余量继续缩小，均为0.3mm。

图5 D63R6开粗加工旧的策略图

图6 D35R0.8的刀半精加工旧的策略图

图7 D25R0.8的刀半精加工旧的策略图

半精加工后接着就是考虑精加工的工序了。考虑到精加工时切削需要均匀，所以增加了D16R0.8的刀具，进行局部清根，主要清除D25R0.8刀具加工不到的部位，其主要策略如图8所示。

图8 D16R0.8的刀局部清根旧的策略图

精加工考虑根据模具不同部位和陡峭平坦的原则，进行分区域分刀具加工。图9所示即时选择D26R0.8硬质合金整体抗震刀杆进行锁模侧壁的精加工。图10所示为选择D25R5的大圆角刀进行平面的精加工。而图11标注的加工策略则是针对分型面的，考虑到分型面是封胶作用，面积也较大，如果全部由后道精雕加工则时间过长，所以选择数控直接加工到位的做法，高度方向稍留0.05mm余量，供钳配使用。

图9 D26R0.8刀锁模侧面精加工旧策略图

图10 D25R5平面精加工策略图

图11 D25R5分型面精加工旧的策略图

而塑件成型部分，考虑到几个圆凸块过高，后道工序精雕加工难处，所以考虑数控直接加工到位，侧壁不留余量，如图12所示，只是在成型平坦部分即底面稍留0.05mm余量供精雕加工用，所以选择硬质合金抗震刀杆D21R0.8的刀具进行整体精加工，以提高加工质量。

图12 D21R0.8塑件等高整体精加工旧的策略图

最后加工导柱孔，因为导柱孔总深度达到370mm，而且前段还有锁模侧壁的高度，影响刀具的夹持，故而加工难度特大，所以选择先是深孔钻预钻，后再是正反加工，图13所示为正面加工策略，等高加工，侧壁留0.25mm余量供后续镗孔加工用。

图13 D25R0.8导柱孔旧加工策略图

（3）加工后多处过切。在车间实际加工过程中，给现场操作工增加许多麻烦，最明显的就是在导柱孔加工时的夹刀过长，导致加工弹刀过切。在此加工工件还没有流转至下道工序（高速铣）时，下机时发现多处过切。如图14所示，此处只是展示有明显的过切处，实际上型腔的几个圆凸块侧壁和根部都存在着弹刀过切，最深处达到2mm。除了这些可见之外，还有好多尺寸不达标的，也是过切所导致的，比如导柱孔的尺寸，最大尺寸达到77.2mm，超尺寸2.2mm，造成严重的质量事故。

图14 加工后型腔根部过切图

3 加工策略的改进

对于此类镀膜件的模具，都有较高的要求，车间只能选择报废处理，另备料进行加工。同时，分析加工失败的原因，进行总结，向同行请教，并采取技术攻关，克服加工困难，优化加工工艺，突破技术禁锢，实现新的飞跃。

调整后的加工思路如下：

（1）模具设计环节增加导柱孔周圈的避位，方便加工。陡峭的分型面处，预留0.05mm余量，做容错处理，并合理进行桥接处。如图15所示，分型面上红色的是设计调整后的分型面，预留容错空间。

图15 模具设计调整范围示意图

（2）D63R6开粗的新策略基本没有改动，如图16所示，只是在此处为了避免加工过程中发生啃刀现象，设置不安全段去除的处理，即在计算程序时，封闭的区域小于一定的值，就不会产生加工程序，避免刀具的损毁，此处是响应现场加工操作工的抱怨而调整的工艺，增加刀具的使用寿命，减少刀具的磨损，提高加工效率。

图16 开粗D63R6刀具加工新策略图

（3）如图17所示，增加二次开粗工序，现在回过头来看觉得这道工序尤为重要。二次开粗是起到承上启下的作用。先预先清除上一把刀具预留较多余量的地方，以方便后一把刀切削均匀，以减少弹刀过切的机会。

二次开粗中的参数设置，重点是余量的设置，径向余量要留足，要大于上一把开粗程序的余量，这样避免整个工件都会算出程序，减少计算的量和加工的量，减少产生不必要的程序，可以节省加工时间。

二次开粗的工艺中，重点是可以选择参考上一把刀作为参考程序，如图18所示，选择上一程序D63R6开粗的程序作为参考程序。这里选择清除拐角余量能力较强的小圆角刀D25R0.8的刀进行二次开粗，参数设置基本同前面D63R6开粗程序，侧壁余量设置2.5mm，底面余量设置为0.6mm（见图17），这样刀路会避开一些侧壁，只加工平缓的地区和一些拐角，节省加工时间。

图17 新增二次开粗加工策略图

图18 二次开粗策略图参考程序选择工艺图

通过研究发现，凡开粗程序，都需要设置不安全段移去的处理，避免遇到盲区时开粗会啃刀，如图19所示，这样也是保护刀具的一种措施。

图19 二次开粗增加的工艺

（4）D25R0.8刀具直接半精加工。如图20所示，因前面刚增加了二次开粗，而且是同样的D25R0.8刀具，所以，此时半精加工的切削余量就会均匀，不会忽多忽少，现场加工的刀具切削过程会顺畅。特别是一些拐角及闭合的区域，避免了弹刀过切的出现。

图20 D25R0.8半精加工新策略图

半精加工过程中的进退刀的方式，同样重要。如图21所示，选择设置圆弧进退刀的方式，是加工顺畅，圆弧过渡，其次是避免刀具直接在工件的面上进退刀，以避免损伤工件的表面。

图21 D25R0.8半精加工新增加的进退刀工艺图

（5）D21R0.8的刀具进行锁模面的精加工，如图22所示，余量均为0。因为锁模的面没有成型面和分型面那么复杂，较为简单，所以数控直接加工到位，不需要后道高速铣加工，以便节省时间。

图22 D21R0.8锁模侧壁精加工新策略图

此时没有选择前次用到的D26R0.8的刀，是为了减少加工现场准备刀具的数量和次数，减少操作工的工作量，即尽量使用最少的刀完成加工任务。

在精加工时，在一些转角处，设置圆角过渡，如图23所示。如果不设置此参数，在实际的加工过程中，刀具遇到这些转角，会直接撞击过去，存在刀具的损伤和弹刀过切的风险。此时，增加拐角圆角过渡，也会让加工刀路更加顺畅，提高加工效率。

图23 精加工时增加的圆角过渡工艺图

（6）D25R5精刀光平面。根据同行的建议，平面的加工选择平行平坦面的加工模式，不要选择环绕的加工模式，这样加工出来的加工纹路比较均匀，比较横平竖直，很美观。如图24所示，侧壁留有0.2mm的余量即可。而在加工平面是，为了减少抬刀，要对一些孔进行补面处理，这样的刀路就会连贯，加工的纹路就会更漂亮。将导柱孔进行封面处理，让刀路更顺畅些。

图24 D25R5平行平坦面加工策略图

同时，还有一点很容易被忽略，就是在分型面平面加工时，毛坯范围适当加大，以避免刀具直接在工件内进刀，减少外侧的周圈程序，如图25所示，下刀的方式最好为曲面法向下刀，让刀具缓慢地切入工件中，起到缓冲作用，避免刀具直接扎进工件上，减少刀具的磨损，延长刀具的寿命，其参数如图26所示。

图25 平面加工时的毛坯选择范围示意图

图26 平面加工时的进退刀工艺图

（7）本次工艺的改进一个重点就是导柱孔的加工工艺改进。原先的所有导柱孔加工，都是一把刀直接加工到预留0.2mm的状态，后续直接镗孔。在导柱孔较深的情况下，铁屑不容易排出，产生挤刀现象，导致导柱孔的尺寸偏差过大，即是过切。

本次加工策略的调整后，将导柱孔分两步进行加工。第一步开粗，如图27所示，第一次开粗侧壁余量直接留到2mm以上。

图27 导柱孔加工第一次开粗策略图

第二步再半精加工，侧壁余量留到0.2mm，如图28所示，因为二次加工切削量较少，产生的铁屑较少，也容易吹走，很少产生挤刀现象，加工后的孔的尺寸基本上有保障，所以后续就可以直接镗孔了。

图28 导柱孔加工第二次开粗策略图

至此，一些数控加工可以到位的地方已经出完。至于分型面和成型面，整体预留0.3mm预留供高速铣加工用，不能再越俎代庖。做到分工明确，合理分配工艺。至于高速铣也加工不到位的地方，只能选择放电加工。

4 总结

（1）在新的策略方面总结就是，增加二次开粗，二次开粗是因为模具上一些角落及狭长槽部位在前面D63R6的刀开粗过程中切削不到位，因而会残留较多的余量，对后续的半精及精加工造成余量切削不均匀，直接影响到精加工的的表面质量。

（2）进退刀的策略，需要灵活运用。进退刀的策略包括刀具路径的切入切出和刀路的连接。进退刀的策略主要涉及提刀高度、初次及后续切入切出方式，延伸以及长、短刀具路径的连接方式。如果这些路径的参数设置不合理，极易发生碰撞现象，因此刀路的进退刀策略是编程人员必须理解和掌握的功能，要能灵活运用。

（3）导柱孔的加工工艺改进，提升较明显。对于盲孔的加工，此次探索后改进工艺，共进行两次粗加工，首先是开粗，侧壁余量需要留2mm以上；接着再是二次粗加工，侧壁余量留0.2～0.25mm，以方便后续镗孔加工。