基于NX CAM汽车前保险杠凹模的高速加工

    1.2 使用非均匀有理B样条(NURBS)插补

    随着高速切削加工设备的使用，一种基于NURBS理论的CNC插补控制器也随之出现，这使得CNC系统具备了能自动进行NURBS格式定义的加工域生成能力。NURBS曲线使用控制点、权值、节点矢量三个参数来表达自由曲线。NURBS插补就是将这三个参数作为NC指令的一部分，由CNC系统内部计算并生成NURBS曲线，并按照NURBS曲线驱动机床进给轴运动，加工出NURBS曲线形状。选用NURBS格式进行插补不仅误差小，精度高，而且可以简化NC代码程序(程序长度只有线性插补代码的1/10～1/100)，这样既可以控制机床在沿NURBS曲线运动的同时计算NURBS曲线的曲率变化，又可以在机床加速度允许的范围内以最大速度进行加工，从而实现模具加工的高速度和高精度。

2 前保险杠凹摸的高速加工

    2.1 高速加工机床选择

    数控机床采用瑞士米克期公司的HSM-600型高速铣削加工中心，主轴最高转速可达60000r/min，控制轴进给速度最快可达40m/min，具有DNC加工时的高速数据通信处理功能和“前馈”控制技术，支持NURBS插补格式。

    2.2 模具材料和刀具选择

    选择的加工材料为铸态模具钢7CrSiMnMoV，高温淬火后硬度达到55～58HRC，具有较好的强度和韧性配合。刀具选用日本黛杰机夹式高速铣刀，刀片材料为立方氮化硼(半精加工型号为JBN330，精加工型号为JBN245)，切削速度可以大于100m/min，切削60HRC以上的高硬度材料时，其刀具耐用度达到60min以上。

    2.3 高速加工工艺规划

    如图1所示的汽车前保险杠凹模型腔，由各种复杂曲面组成。其中汽闸部分包括许多狭窄的曲面凹槽，而凹槽的清角也是加工的难点。

    2.3.1 粗加工

    在粗加工的过程中，可以充分利用机床的主轴功率，从毛坯上尽可能高效地去除大部分余量，并使后续精加工余量均匀。

    粗加工分三步进行，首先采用φ30R15球头铣刀进行分层铣削，保留1mm余量。然后采用固定轴曲面轮廓铣“FIXED_CONTOUR”进行二次粗加工，该加工方式可以有效地切除粗加工刀具留下的各种刀痕，并在工件加工表面上留下比较均匀的余量，相应的粗加工刀路如图3所示。

    图3 Φ30铣刀二次粗加工刀轨示意图

    由于汽闸部分型腔曲面复杂，空间狭小，Φ30球头铣刀无法进行有效地切除，需要采用更小的刀具专门加工。文中采用Φ10R5球头铣刀，利用跟随型腔的“ZLEVEL_FOLLOW_CORE”方法分层切削。主要切削工艺参数如表1所示。

    表1 高速加工工艺参数表