基於（yú）柔（róu）性生產線的鋁擠壓模具的（de）加（jiā）工辦法

1前言

近（jìn）年來，數控技術在（zài）鋁擠壓模具製造中得到了廣泛（fàn）應（yīng）用。三軸普通立式數控銑床用於模具粗銑加工時（shí），裝卸模具、手動翻轉模具、反複對中等過程占用了非加工時間，使機床無法達到（dào）穩定連續的加工狀態。同時，隨著鋁加工技術（shù）的不斷進步，高（gāo）規格（gé）、複雜截麵的鋁型材越來越多，鋁擠壓模具的（de）結構也趨於複雜。特別是三軸（zhóu）加工不到位的分流模上模入口處（chù）的分流孔往往存在盲點（diǎn），需（xū）要切換到電火（huǒ）花加工（gōng）工藝，根據其三維模型即可得到盲點對應的電極，加（jiā）工周期長。鋁擠壓模具加工包括數控加工、線切割、電火花和熱處理等。因為模具80% ~ 90%的切削（xuē）餘量是由數控加工完成的，所以熱處理（lǐ）前數控粗加工的（de）加工（gōng）效率就（jiù）顯得尤為重要[1-3]。

我（wǒ）公司采用定製化柔（róu）性（xìng）生產（chǎn）線（xiàn），使用hyperMILL編程軟件，優化模具（jù）熱處理（lǐ）前的粗加（jiā）工工藝，調整部分加工工藝，解決了鋁擠（jǐ）壓模具生產加工中存在的上述問題。在裝模平台上一次裝夾後，即可完成不同類型模具的（de）連續加工，加工過程中無需人工幹預，實現了一人多機的管理模式，有效（xiào）提高了機床利用率，創造了安全便捷的工作環境。

2靈活的生產線布局

公司（sī）進口鋁擠壓（yā）模（mó）具柔性生（shēng）產線（xiàn）采（cǎi）用芬蘭Fastems柔性（xìng）加工係統，根據公司模（mó）具製造生產要求定製。根據（jù）選用的機床設備，采用（yòng）模塊化結構和交換托盤方式滿足生（shēng）產（chǎn）要求，由自動加工係統、物流係統和控製（zhì）係統組（zǔ）成。柔性生產線布局如圖1所示，三維模型如圖2所示。

柔性生產（chǎn）線的自動加工係統包括三個DMC100H臥式加工中心和一個DMC125FD五軸車銑複合加工（gōng）中心，主要加工（gōng）圓柱直（zhí）徑為398 ~ 700 mm的（de）鋁擠壓模具。DMC100H臥式加工中心和DMC125FD五軸（zhóu）車銑複合加工中心均（jun1）配有兩體旋轉工作台（tái），其快速托盤交換裝置可在8s內將新模具（jù）毛坯放置（zhì）在準（zhǔn）備位置，可縮短模具裝卸零件的非加（jiā）工時間機（jī）床為西門子840D數控（kòng）係統，提供CYCLE800固定循環程序。編程時，隻（zhī）需要（yào）在工單中設置一個工（gōng）件坐標係，就可以實現工件參考坐（zuò）標係的連續轉換。實際加（jiā）工時，模具隻需夾緊一次。

柔性（xìng）生產線采用Fastems係統的物流係統，由裝載平台、托盤架、碼垛升降機等組（zǔ）成。它可以完（wán）成模具的存儲和傳輸，是柔性（xìng）生產線的重要組成部分。高效堆垛升降機(見圖3)可以確保裝載模具（jù）的托盤在係統中快速運輸（shū），使機器操作員無需等待。堆疊升降機執（zhí）行交叉模具操作，如圖4所示。一個堆垛升降機為兩個裝載台和四個機床服（fú）務，並配備有承載18個特殊水平夾具和四個垂（chuí）直自定（dìng）心卡盤托盤的托盤。一旦物流（liú）係（xì）統出（chū）現故障，模具的運輸就無法實現，這將極大地製約數控（kòng）機床的加工能力。

柔性生產線中（zhōng）使用的Fastems MMS信息控製係統是一個獨立的、開放的係統，能（néng）夠收集、處理和反饋加工（gōng）和運輸過（guò）程中所需的各（gè）種信息，包括入庫、夾具、NC程序的傳輸、刀具監（jiān）控和主軸功率等。裝載平台（tái）操作麵板的主界麵(見圖5)采用人性化的交互式觸摸屏，工人可以實時查看和確（què）認加工指令的運行安排和各設備的狀態，以便對機床進行（háng）相應的調度和維護，其中紅色代表設備或係統故障報警，綠（lǜ）色代表設備或（huò）係統運（yùn）行正常，黃色代表設備或係統處於（yú）空載狀態，藍色代（dài）表設備或係統處（chù）於半自動運行（háng）狀態，灰色代表（biǎo）設備或係統處於維護狀態。係統1是碼垛升降機的托盤狀態係統，係統2是主控製台的運（yùn）行狀態。1號裝載平台為三台臥式加工（gōng）中心服務，2號裝載（zǎi）平台（tái）為五軸（zhóu）車（chē）銑複合加工中心服務。刀具壽命的管理以刀具使用（yòng）的時間閾（yù）值為評價標準[4]，采用機床（chuáng）的G0功（gōng）能來實現。對應的固定加工時間被設置為不同規格工具的（de）生命周期。當刀具的正常切（qiē）削磨損達（dá）到（dào）設定的（de）安全閾值時，檢查（chá）刀具壽命周期，並通（tōng）過（guò）程序中的G0 Z刀具提升指令更換刀具。刀具庫中（zhōng）有不同規格（gé）的牛鼻子刀具、平底刀具、T形刀（dāo）具、錐形刀具、螺紋刀具、球形刀具（jù）、鑽（zuàn）頭和其他刀具（jù）。每台配置兩把相同規格的刀具，加工時根據加工時間自動更換刀具。

加工（gōng）模具時，工人通過載物台將（jiāng）粗車後（hòu）的模具毛坯夾在相應托盤的專用夾具上，存放（fàng）在托盤架上（shàng）。圖6示出了待模製的固（gù）定裝置的狀態。根據生產計劃，在裝載平台的操作麵板發出生產（chǎn）指令，堆垛升降（jiàng）機將相應的載有模具毛坯的托盤運送到臥式加工中心進（jìn）行生產加工，然後由主控製台的信息控製係（xì）統將待加工的數控程序傳輸（shū）到相應的機床上（shàng）進行自動加工（gōng）。模具加工完成後，碼垛升降機將載有（yǒu）加工好的模具（jù）的托盤運送到倉庫，在1號裝載平（píng）台上（shàng）等待工人依次卸下（xià）模具。整個（gè）加工過程不需要（yào）機床和刀具的人工幹預。如果分（fèn）模的下模、模墊、平模（mó）、導軌已經在臥式加工（gōng）中心（xīn）加工完畢，卸料後可以轉入下一道工序。分流模的（de）上模在1號上料平台卸下後，被2號上料平（píng）台垂直夾緊。承載分流模上（shàng）模的自定心卡盤由堆垛升降機（jī）輸送到五軸車銑（xǐ）複合機床進（jìn）行五軸定位加工。加工完成後，可以卸貨周轉。

3 hyperMILL軟件（jiàn）編程

柔性（xìng）生產線的程序包括主程序、自動對位程序和（hé）數控加工程序:自動對（duì）位程序和數控加工程（chéng）序可（kě）以通過主程序調用；自動對中程序是一個固定程序，負責測量模具（jù）中心，測量模具厚度和尺寸（cùn），判（pàn）斷基準麵等。數控加（jiā）工程序要求程序員為每套模具（jù）編製程序，並發送到柔性生產線的控製台主機。

利用hyperMILL軟件對（duì）柔（róu）性生產線（xiàn）上的模具進（jìn）行編程，模具的定位銷孔（kǒng）、螺紋孔（kǒng）、分流孔（kǒng）、工作帶、上下空刀等部（bù）位采用槍鑽、啄鑽、螺紋銑削、任（rèn）意毛坯的3D粗加工、3D高精加工（gōng）等策略。選擇（zé）合適的刀具和合理的編程策略（luè），既能保證加工效率，又能滿足模具的加工質（zhì）量要（yào）求。帶有圖001的上模設計如（rú）圖7所示，其在hyperMILL軟件中的模（mó）擬（nǐ）和在DMC100H機床上的定位（wèi）加工分別如（rú）圖8和圖9所（suǒ）示。01柔性生產線上（shàng）上模各加工工序的工藝參數見表1。

HyperMILL編程軟（ruǎn）件是德國OPEN MIND公司開發的集成式數控編（biān）程CAM軟件。表1中編號為7、8、10、11、12的工序（xù）主要通（tōng）過hyperMILL軟件的“3+2軸定位（wèi）加工”功（gōng）能解決。“3+2軸定位加工”的原理是當（dāng）機床主軸旋轉到一定（dìng）角度（dù）時，斜麵仍以普通（tōng）三軸方式加工，旋轉軸（zhóu）始終旋轉到加工平麵與刀軸垂直的位置。在（zài）避免（miǎn）刀具幹涉的情況下，銑削過程處於粗銑狀態，銑削體積大，銑削效率高（gāo）。在加工過程中，加工平麵保持固定，既保證了數控加工中（zhōng）刀具的安全，又降（jiàng）低了（le）程序員（yuán）的經驗要求，提高了編程的工作效率。與五軸聯動功能相比，更適合（hé）鋁擠壓模具（jù）製造。車銑複合機床使用的最大刀具是D32硬質合金刀具（jù），切削深度為250mm，切削長徑比（bǐ）高達7。上模芯結構如圖10所示，利用刀具（jù）對上模芯下空心頸與分流孔連接處進行分流（liú）和清（qīng）根處理，擴大外圓直徑（jìng）大於700 mm的上模分流孔盲（máng）區，利用HyperMILL編程軟件（jiàn）集成三維（wéi）建模、毛坯定義、二次（cì）粗加工、幹涉（shè）檢查、仿真和後處理刀（dāo）庫功能，有效解決了數控編（biān）程（chéng）效（xiào）率低的問題。

4流（liú）程優化

鋁擠壓模具采用H13模（mó）具鋼，按技術（shù）要求熱處理後的模具硬度為49 ~ 51 HRC。熱處理前優化粗加工工藝可以有效提高生產效率，降低刀具成本。

在引進柔性生產線之前，上模的（de）加工工藝是:S1粗車→S2粗銑(分流孔和模芯)→S3熱處理→S4精銑(模芯分流、上（shàng）下刀、分流孔和下刀頸)→S5電火花(模（mó）芯內強（qiáng）化和（hé）衝孔)→S6打磨拋光。該方（fāng）法存在以下問題。

1)老（lǎo）設備是（shì）三軸立式加工中心，主軸和工作（zuò）台都沒（méi）有旋轉功能。三軸加工中上模分流孔的擴大盲區隻能采（cǎi）用電火花加工的方式進行加工，這就要求操作者具有較高的電加工經驗。

2)導流洞與下刀頸之間有2 ~ 4 mm的內螺紋餘量。采（cǎi）用（yòng）直徑2~4mm的（de）T型刀進行加工（gōng），主軸進給（gěi）速度為1200mm/min，切削深（shēn）度為0.1 mm，由於刀長的限（xiàn）製，總切削深度達不到圖紙要求，需要（yào）手工打磨剩餘凸台，不僅加工時間長，而且使（shǐ）刀頭耐磨。

3)熱處理後，用直徑為6mm的（de）平底刀（dāo）加工模芯的上刀。熱處（chù）理後模具硬度（dù）高，刀具易磨損。

針對以上問題，優化後的工藝為:S1粗（cū）車→S2粗銑(分（fèn）流孔、模芯、上下刀、分流孔處分流、下刀頸)→S3熱處理（lǐ）→S4精銑(模芯、上（shàng）刀（dāo）)→S5電火花(模芯內筋、通孔)→S6拋光。

表1中的步驟7 ~ 12是調整後的流程。分流孔的（de）尺寸直接加工到熱處理前的圖形尺寸，熱處理產（chǎn）生的氧化皮通過最後一步（bù）拋光。柔性生產線（xiàn）上采用“3+2軸定位加工”，粗銑效率高。熱處理前，上模工作帶的上刀預留0.3mm的加工（gōng）餘量，用直徑6mm的5°錐度銑刀(見圖11)銑削。熱處（chù）理（lǐ）後隻需精銑，既簡化了工藝，又縮短了模具加工周期，提高了（le）熱（rè）處理前（qián）的數控銑削效率[5]。

5結束語

通過實際運行，與傳統單機數控加工模式相比，柔性生產線的加工效率提高了20%，主軸利用率超過90%。一個操作（zuò）人員可以負責一個班次的（de）生產，提高了效率，避免了人為錯誤的影響。同時，采用可靠的數控加工程序和合理的加工（gōng）工藝，保證了模具的加工質量。

隨著現代工業的快速發展和產品的高速更新換代，隻能加工一個或（huò）幾個相似零件的生（shēng）產模式難（nán）以滿足多品種、多規格、中小批量零件的生產要求。柔性製造技術結合了當今的機床技術、刀具技術、傳動技術、電子技術和（hé）計算機技術。它具有高穩定性、高可靠性和高自動（dòng）化的特點。應用廣泛，從柔性製造（zào）單元的組合，到柔性製造工（gōng）廠的建立和智能（néng）加工的實現（xiàn），為企（qǐ）業轉型升（shēng）級提供了新的方向（xiàng）。