基於柔（róu）性生產線的鋁擠壓模具的加（jiā）工辦法

1前言

近年來，數控技術（shù）在鋁擠壓模具製造中得到了廣泛應用。三軸普通立式數控銑床用（yòng）於模具粗銑加工時，裝卸模（mó）具、手動翻轉模具、反複對中等過程占用（yòng）了非加工時間，使機床（chuáng）無法達到穩定連（lián）續的加（jiā）工狀態。同時，隨著鋁加工技術的不斷進步，高規格、複雜截（jié）麵的鋁型材越來越多，鋁擠壓模具的結構也趨於（yú）複雜。特別是三軸加工不到位（wèi）的分流模上模入口處的分流（liú）孔往往（wǎng）存在盲（máng）點，需要切換到（dào）電火花加工工藝，根據其三維模型即（jí）可得（dé）到盲點對應的電極，加工周（zhōu）期長。鋁擠壓模具加（jiā）工包括數控加工、線切（qiē）割、電火花和（hé）熱處理等。因為模具80% ~ 90%的切削餘量（liàng）是由數控加工（gōng）完成（chéng）的，所以熱處（chù）理前（qián）數控粗加工的加工效率就顯得尤為重要[1-3]。

我公司采用定製化柔性生產線，使用hyperMILL編程軟（ruǎn）件，優化（huà）模具熱處理前的粗（cū）加工工藝，調整部分加工工藝，解決了鋁擠壓模具生產加工中存在（zài）的上（shàng）述問題。在裝模（mó）平台上一（yī）次（cì）裝夾（jiá）後，即可完成不同（tóng）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（chǎn）線布局

公司進口鋁擠壓模具柔性生產線采用芬蘭Fastems柔性加工係統，根據公司模具製造生產要求定製。根據選用的機床設備，采用模塊化結構（gòu）和交換托盤方（fāng）式滿足生產（chǎn）要求，由自動加工係統、物流係統和控製係統組成（chéng）。柔性生產線（xiàn）布局如（rú）圖1所示，三維模型如圖2所示。

柔性生（shēng）產線的自動加工係統包括三個DMC100H臥式加工中（zhōng）心和一個DMC125FD五軸車銑（xǐ）複合加工中心，主要加工圓柱直徑為398 ~ 700 mm的（de）鋁擠壓模具。DMC100H臥式加工中心和（hé）DMC125FD五軸車銑複（fù）合加工中心均配有兩體旋轉工作台，其快速托盤交換裝置可（kě）在8s內將新模具毛坯放置在準備位置，可縮短（duǎn）模具裝卸零件的非加工時間機床為西門子840D數控係統，提供CYCLE800固定循環程序（xù）。編程時，隻需要在工單（dān）中設置一個工件坐標係，就可（kě）以實現工件參考坐標係（xì）的連續（xù）轉換。實際加工時，模具隻需夾（jiá）緊一次。

柔性生（shēng）產（chǎn）線采用Fastems係統的物流係統（tǒng），由（yóu）裝載平台、托盤架、碼垛升降機等組成。它可以完成模具的存儲和傳輸，是柔性生產線的重要組成部分。高效（xiào）堆垛升降（jiàng）機(見圖3)可以確保裝載模具的（de）托盤在係統中快速運輸，使機器操作員無需等（děng）待。堆疊升降（jiàng）機執行交叉模具操作，如圖4所示。一個堆垛升降機為兩個裝載台和四個（gè）機床服務，並配備有承載18個特殊水平夾具和四個垂直自（zì）定心卡盤托盤的托盤（pán）。一旦物流係統出（chū）現故障，模（mó）具的運輸就無法實現，這將極大地製約數控機床（chuáng）的加工能力。

柔（róu）性生產線（xiàn）中使用的Fastems MMS信息控製係統是一（yī）個獨立（lì）的（de）、開放的（de）係統，能夠收集、處（chù）理和反饋加工和運輸過程中所（suǒ）需的各種（zhǒng）信息，包括入庫、夾具、NC程序的傳輸、刀具監控和主軸功率等。裝載平台操作麵板的（de）主界麵(見（jiàn）圖5)采用人（rén）性化的交互式觸摸（mō）屏，工人可以實時查看和（hé）確認加工指（zhǐ）令的（de）運行（háng）安（ān）排和各設備的狀態，以便對機床進行相應的調度和維護，其中紅（hóng）色代表（biǎo）設備或係統故障報警，綠色代表設備或係統運行（háng）正常，黃色代表設備或係統處（chù）於空載狀態，藍色代表設備或係統處於半自動運行狀態，灰色代表設備或係統處於維護狀態。係統1是碼（mǎ）垛升降機的托盤狀態係統，係統2是主控製台的運行狀態。1號裝載平台為三台臥式加（jiā）工中心服務，2號裝載平台為五軸車銑（xǐ）複合加工中（zhōng）心服務。刀具壽命的管理以刀具使用的時間閾（yù）值為評價標準[4]，采用機床的G0功能來實現。對應的固定加工時間被設置（zhì）為不同規格（gé）工具（jù）的生命周期。當刀具的正常切（qiē）削（xuē）磨損（sǔn）達到設定的安全閾值時，檢查刀具壽命周期，並通過程序中的G0 Z刀具提升指（zhǐ）令（lìng）更（gèng）換刀具。刀（dāo）具庫中有（yǒu）不同規格的（de）牛鼻子刀具、平底刀具（jù）、T形刀具、錐形刀具、螺紋刀具、球形刀具、鑽頭和其他刀具。每台配置兩把相同規格的刀具，加工（gōng）時根據加工（gōng）時間（jiān）自動更換刀具（jù）。

加工模具時，工人通過載（zǎi）物台將粗車後的模（mó）具毛坯夾在相應托盤（pán）的專用夾（jiá）具上，存放在托盤架上。圖6示（shì）出了待模製的固定裝置的狀（zhuàng）態。根據生產計劃（huá），在裝載平台的操作麵板發出生產指令，堆垛升降機將相應的載有模具毛坯的托盤運送到臥式加工（gōng）中（zhōng）心進行生產加工，然後由主控製台的信息控製係統將待加（jiā）工的數控程序傳輸到相（xiàng）應的機床上進（jìn）行自動加工。模具加工完成後，碼垛升降（jiàng）機將載有加工好的模具的托盤運送到倉庫，在1號（hào）裝載平台上等待工人依次卸下模具。整（zhěng）個加工過程不需要機床和刀具的人工幹預。如果分模的下模、模墊、平模、導軌已經在臥式加工中心加工完畢，卸料後可以轉入下一（yī）道工序。分流模的上模在1號上（shàng）料平台卸下後，被2號上料平台垂直夾緊。承載分流模上模的自定心卡盤（pán）由堆（duī）垛升降機輸送到五軸車銑複合機床進行五軸定位加工。加工完（wán）成後，可以卸貨周轉。

3 hyperMILL軟（ruǎn）件編程（chéng）

柔性生（shēng）產線的程序包括主程序、自動（dòng）對位程序和數控加工程（chéng）序:自動對位程序和數控加工程序（xù）可以通過主程序調用（yòng）；自動對中程序是一個固定（dìng）程序，負責測量模（mó）具中心，測量模具厚度和尺寸，判斷基準麵等。數控加工程序要求程序員為每（měi）套模具編製程序，並發送到柔（róu）性生產線的控製台主機。

利用hyperMILL軟件對柔性生產線上的模具（jù）進行編程，模具的定位銷孔、螺紋孔、分流孔、工作帶、上下空刀等部位（wèi）采（cǎi）用槍鑽、啄鑽、螺紋銑削、任意毛坯（pī）的3D粗加工、3D高精（jīng）加工等策略。選擇合（hé）適的刀（dāo）具和合（hé）理的編程策略，既能保證加工（gōng）效率（lǜ），又（yòu）能滿足模具的加工質量要求。帶有圖001的上模設計如圖7所示，其在hyperMILL軟件中的模擬和在DMC100H機床（chuáng）上的定位加（jiā）工分別如圖8和圖9所示。01柔性生產線上上模各加工工序的（de）工藝參數見表1。

HyperMILL編程軟件（jiàn）是德國（guó）OPEN MIND公司開發的集成式數控編程CAM軟件。表1中編號為（wéi）7、8、10、11、12的工（gōng）序主要通過hyperMILL軟件的“3+2軸定位加工”功能解決。“3+2軸定位加（jiā）工”的原理是當機床主軸旋轉到一定角度時，斜麵仍以普通三軸方式加（jiā）工，旋轉軸始終旋轉到加工平（píng）麵與刀軸垂直的位置。在避免刀具幹涉的情況下，銑削（xuē）過程處於粗銑狀態，銑削體積大，銑削效（xiào）率高（gāo）。在加工過程中，加工平麵保持固定，既保證了數（shù）控加工中刀具的安全，又降低了程序員的經驗要求（qiú），提高了編程的工作效率。與五（wǔ）軸聯動（dòng）功能相比，更適合鋁擠壓模具製造。車銑複合機床使用的最（zuì）大刀具是D32硬質合金刀具，切（qiē）削深度（dù）為250mm，切削長徑比高達7。上模芯（xīn）結構如圖10所示，利（lì）用刀具對上模芯下空心頸與分流（liú）孔連接處進行分流和清根處理，擴大外圓直（zhí）徑大於700 mm的上模分流孔盲區，利用HyperMILL編程軟件集成三（sān）維建（jiàn）模（mó）、毛坯（pī）定義、二次粗加工、幹涉檢查、仿真和後處理刀（dāo）庫功能，有效解決了數控編程（chéng）效率低的問題。

4流（liú）程優化

鋁擠壓模具（jù）采用H13模具鋼，按技術要求熱處理後的模具硬（yìng）度為49 ~ 51 HRC。熱處理前優化粗加工工藝（yì）可以有效提高生產效率，降低刀具成（chéng）本。

在引進柔性生產線之前，上模的加工工藝是:S1粗車→S2粗銑(分流孔和模芯)→S3熱處理（lǐ）→S4精銑(模芯分流、上下刀、分流孔和（hé）下刀頸（jǐng）)→S5電（diàn）火花(模芯內強化和衝孔)→S6打磨拋光。該方法存在（zài）以下問題。

1)老設備是三軸立式加工中心，主軸和工作台（tái）都（dōu）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用電火花加工的方式進行加工，這就要求操作者具（jù）有較高的電加工經驗。

2)導流洞與（yǔ）下刀頸（jǐng）之間有2 ~ 4 mm的內螺紋餘量。采用直徑2~4mm的T型刀進行加工，主軸進給速度為（wéi）1200mm/min，切削（xuē）深度為0.1 mm，由於刀長的限製，總切削（xuē）深度達（dá）不到（dào）圖紙要求，需要手工打磨剩餘凸台，不僅（jǐn）加工時間長，而（ér）且使刀頭耐磨。

3)熱處理後，用直徑為6mm的平底刀加工模芯的上刀。熱處理後模具硬度高，刀具（jù）易磨損。

針對以上問題，優化後的工藝為（wéi）:S1粗車→S2粗（cū）銑(分（fèn）流孔、模芯、上下刀、分流孔處分流（liú）、下刀頸)→S3熱處理（lǐ）→S4精銑(模（mó）芯、上刀（dāo）)→S5電火花(模芯內筋、通孔)→S6拋光。

表1中的步驟（zhòu）7 ~ 12是（shì）調整後的流程。分流孔的尺寸直接加工到熱處（chù）理前的（de）圖形尺寸，熱處（chù）理產生的氧化皮通過最後一步拋光。柔性生產線上采用“3+2軸定（dìng）位加工”，粗銑效（xiào）率高。熱處理前，上模工作帶的上刀（dāo）預留0.3mm的加工餘量，用直徑6mm的5°錐度銑刀(見（jiàn）圖11)銑削。熱處（chù）理後隻需精銑，既簡化了工藝，又（yòu）縮短了模（mó）具加工（gōng）周期，提（tí）高了（le）熱處理前的數控銑削效率[5]。

5結束語

通過實際運行，與傳統單機數控加工模（mó）式相比，柔性（xìng）生產線的加工效率（lǜ）提高了20%，主軸（zhóu）利用率超過（guò）90%。一個操作（zuò）人員（yuán）可以負責一個班次的（de）生（shēng）產，提高了效率，避免了（le）人為錯誤的（de）影響。同時，采（cǎi）用可靠（kào）的數控加工程（chéng）序和合理的加工工藝，保證了模具的加工質量。

隨（suí）著現代工業的快速發展和產品的高速更新換代，隻（zhī）能加工一個或幾個相似零件的生產（chǎn）模式難以滿（mǎn）足多品種、多規（guī）格、中小批量零件的（de）生產（chǎn）要求。柔性製（zhì）造技術結合了當今（jīn）的機床（chuáng）技術（shù）、刀具（jù）技術（shù）、傳動技術、電子技（jì）術和計算機技術。它具有高穩定性、高（gāo）可靠性和高自動化的特點。應用廣泛，從柔性製造單元的組合，到柔性製造工（gōng）廠的建立和智能加工的實現，為企業轉（zhuǎn）型升級提供（gòng）了新的（de）方向。