20世紀80年代以來，全球汽車市場進入了需求多樣化的新階段，汽車輪轂新產(chǎn)品層出不窮，輪轂模具是輪胎的重要工藝設備，對輪轂質(zhì)量起著決定性作用。近年來，隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，人們逐步采用計算機輔助設計與制造(CAD/CAM)來提高模具設計的成功率，縮短開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。

本文主要討論運用NX軟件的CAM功能模塊，結合輪轂模具的加工工藝特點，編制出合理有效的輪轂模具數(shù)控加工程序。

    1 輪轂模具結構及加工工藝方案

　　汽車輪轂作為汽車安裝輪胎的零件，通常分為鋼制輪轂和鋁合金輪轂兩種。隨著汽車技術的飛速發(fā)展及人們對汽車越來越高的審美要求，鋁合金輪轂基本上成為了轎車的標準配置。

　　與其它汽車零部件的生產(chǎn)工藝不同，壓鑄是鋁合金輪轂目前主要的生產(chǎn)工藝，其模具結構與注塑、五金模具有一定的區(qū)別，具有很多自身的特點。汽車輪轂的模具結構如圖1所示。主要由上模、下模、邊模等多種不同形式的構件形成輪轂澆鑄空間。

    圖1 汽車輪轂模具結構

　　圖中下模的形狀最為復雜，也最能體現(xiàn)壓鑄成形工藝的特點，其數(shù)控加工方案如圖2所示。

    圖2 下模數(shù)控加工方案

   2 NX CAM加工下模的數(shù)控編程

　　NX CAM模塊向用戶提供了當今世界上最好的數(shù)控自動編程技術。利用它可根據(jù)加工的任務生成實用且經(jīng)過優(yōu)化的刀具路徑軌跡，通過后置處理生成數(shù)控程序，將程序輸入到數(shù)控機床即可用來加工各種零件，特別適合生成復雜曲面零件的NC程序。用戶可以根據(jù)零件結構、加工表面的形狀和加工精度要求選擇合適的加工類型。在每種加工類型中包含了多個加工模塊，應用各加工模塊可快速建立加工操作。在交互操作過程中，用戶可以在圖形方式下交互編輯刀具路徑，觀察刀具的運動過程，生成刀具位置源文件。同時應用其可視化功能，可以在屏幕上顯示刀具軌跡，模擬刀具的真實切削過程，并通過過切檢查和殘留材料檢查，檢測相關參數(shù)設置的正確性。

    編制數(shù)控程序的關鍵是對加工操作模板4個父節(jié)點——加工坐標系、刀具、切削參數(shù)及加工方法（粗加工/半精加工/精加工）的設置。

　　2.1 加工坐標系的確定

　　加工坐標系是所有刀具路徑輸出點的基準位置，刀具路徑中的所有數(shù)據(jù)相對于該坐標系。其選擇原則為：①應使工件的零點與工件的尺寸基準重合：②使工件圖中的尺寸容易換算成坐標值，盡量直接用圖紙尺寸作為坐標值；③工件零點應選擇在容易找正，在加工過程中便于測量的位置。

　　基于上述原則，NX加工原點設在下模底面圓心上，如圖3所示。

    圖3 加工原點坐標

　　2.2 刀具選擇

　　加工輪轂下模使用的刀具主要有R角柱狀端銑刀和球頭錐狀銑刀等。

    R角柱狀端銑刀主要用于切削試件的毛坯開粗加工。一方面R角柱狀端銑刀在切削中可以在刀刃與工件接觸的0°～90°范圍內(nèi)給出比較連續(xù)的切削力變化，這不僅對加工質(zhì)量有利，而且會使刀具壽命大大延長；另一方面在粗加工時選用R角柱狀端銑刀，與球頭刀相比具有良好的切削條件，與平底立銑刀相比可以留下較為均勻的加工余量，這對后續(xù)加工是十分有利的。加工輪轂下模時一般使用φ25(R5)mm、φ20(R5)mm的刀具進行開粗。

　　球頭錐狀銑刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等。在精加工時，所用最小刀具的半徑應小于或等于被加工零件上的內(nèi)輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時，應選用半徑小于拐角處半徑的刀具；并以圓弧插補方式進行加工，這樣可以避免采用直線插補而出現(xiàn)過切現(xiàn)象。加工輪轂下模時一般使用φ10mm、φ8mm、φ6mm、φ4mm的刀具。

　　2.3 加工參數(shù)的設置

　　加工中重要的切削參數(shù)有主軸轉速、走刀進給速度、加工行距和加工余量等。合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)效率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。加工下模一般采用的是：

　　φ25(R5)mm粗加工：轉速為3000r/min，行距為20mm，余量為0.5mm；

　　φ10(R5)mm粗加工：轉速為4000r/min，行距為5mm，余量為0.3mm；

　　φ10(R5)mm清根加工：轉速為4000r/min，余量為0.2mm；

　　φ10(R5)mm半精加工：轉速為4000r/min，行距為1.4mm，余量為0.15mm；

　　φ8(R4)mm清根加工：轉速為4000r/min，余量為0.1mm；

　　φ8(R4)mm精加工：轉速為4000r/min，殘留高度為0.005mm，余量為0mm；

　　φ6(R3)mm清根加工：轉速為4000r/min，余量為0mm；

　　φ4(R2)mm清根加工：轉速為4000r/min，余量為0mm。

    2.4 下模的粗加工

　　首先根據(jù)已知條件建立下模主模型，然后根據(jù)下模形狀建立銑腔毛坯。一般采用層切的方式進行下模型腔的粗加工。因此在NX中選擇Cavitymill型腔銑削加工子類型，采用端銑刀做開粗加工，這是因為其抗力小，加工速度快。根據(jù)刀具供應商提供的切削參數(shù)設置每層切削深度及切削步距，采用逆銑加工，生成的粗加工軌跡如圖4所示。

    圖4 粗加工軌跡

　　2.5 下模的半精加工

　　余量均勻化是精加工的重要前提。經(jīng)過粗加工后，大部分余料已經(jīng)去除，但型腔面上的余料為臺階狀，并不均勻，為使余量均勻并為后面的精加工做準備，需進行半精加工。型腔的半精加工可采用區(qū)域銑削(area milling)。

　　2.6 下模的精加工

　　在精加工中宜采用高的刀路密度、小的吃刀量、快速進給來提高加工速度和型面精度。精加工采用固定軸曲面銑(fixed contour)，驅動方法可用區(qū)域銑削(area milling)，加工精度通過殘留高度(scallop)控制，設置該參數(shù)時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，精加工時應盡量避免多次接刀，刀具則要選擇球刀，以包絡出光順的花紋筋表面。生成的精加工軌跡如圖5所示

    圖5 精加工軌跡

　　將刀具軌跡優(yōu)化排列后，經(jīng)NX中設定的后處理文件，生成機床可識別的數(shù)控代碼NC程序，即可用于數(shù)控加工。加工后的下模如圖6所示。

    圖6 實際加工后下模

    3 結語

　　汽車模具制造的質(zhì)量和周期影響著汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代。為了能適應競爭日益激烈的汽車市場，先進的CAD/CAM技術的應用在很大程度上決定著汽車產(chǎn)品的質(zhì)量和新產(chǎn)品的研發(fā)能力。提高模具加工精度和效率，為企業(yè)在激烈的市場競爭中贏得勝利提供了強有力的保障。