基于NX CAM的汽车转向节终锻模膛的高速加工

一、引言

    在计算机辅助制造设计中，NX是应用最为广泛的一种CAM设计软件。在这个平台上，用户可通过图形交互界面迅速而准确地实现数控编程，并且能快速地修改、调试程序。对于复杂曲面，NX CAM具有直接输出样条曲线的NURBS插补功能，可以快速加工出复杂而极其光滑的曲面，并采用高速加工技术，可满足各种复杂曲面和造型特征的高速度、高精度的要求，且容易编制合理有效的数控加工程序，以提高模具质量并缩短加工周期。

    汽车转向节是底盘的关键部件之一，它必须具有强度高、抗冲击性能强、耐疲劳的品质，因此国内外一般采用模锻锤或者螺旋压力机对其锻打成型。本锻件材料为40Cr，其基本成形工艺过程为：下料→1200℃预热→镦粗→制坯→预锻→终锻→切边。由此可见，锻模的工况条件非常恶劣，模具必须承受巨大的打击力，为此通常选用具有高硬度、耐高温的5CrMnMo，此外，由于转向节成型工艺的复杂性，模具结构包含了不规则飞边、倒模斜角以及深沟槽等难加工特征（图1），本文针对这些难点，以NX8.5为编程平台，详细介绍转向节终锻模膛的高速加工策略。

图1 汽车转向节终锻模膛

二、汽车转向节终锻模膛的高速铣削策略

    高速铣削的主轴转速约为15000~40000r/min，切削速度约为400m/min，为传统切削加工的5~10倍。高速铣削精度高，表面质量好，其加工精度一般为10μm左右；且加工过程中工件温升小、热变形小且表面质量好，可以在很大程度上减少甚至省略后续电极的加量，极大地缩短了工艺流程和加工时间。

    但是，在高速切削过程中需要维持恒定的切削载荷，并保证无干涉、无碰撞，否则在高速切削状态下，刀具急剧磨损。因此，本转向节终锻模膛的高速铣削策略应的定制应注意以下几点：①在精加工阶段保持浅切削速度进行加工，切削速度约为刀具直径的15%；②尽量采用层优先的方式进行加工，以平衡切削负荷；③设置进刀为螺旋或圆弧式，避免刀具在进刀或退刀过程中运动的急剧变化。

    1.刀具材料及参数的选择

    刀具材料选用聚晶立方氮化硼（PCBN），它具有很高的硬度和耐磨性，非常适合高速切削淬硬刚。

    由于模具结构上的特点，先采用大直径端铣刀对模具进行大面开粗，然后对型腔开粗选取φ10的端铣刀。在半精加工阶段，由于转向节盘部形状，在锻模上形成了难加工的深沟槽部分，故采用较小刀具将其与型腔半精加工区分开来。精加工之后，选用φ3的刀具清根。具体刀具参数如表1所示。

表1 高速加工刀具参数