1.1刀模构造特色

图1所示为N95口罩刀模构造，刃角为90°、高为2.25 mm、宽为1.5 mm的刃口设计在直径φ75 mm的圆周上，呈旁边对称包裹于轴上，包裹区域为切刀事情区域，用来割断已经压花成型5层布料，其展开图的形状便是全体口罩轮廓尺寸。
刀模右边设计有键槽，用键连接传动齿轮，旁边两端φ30 mm处是安装滚动轴承，装置到压纹机构上[4]。

图1 口罩刀模构造

1.2刀模加工难点

刀模材料为45#钢，需加工位置有：外圆面、键槽、方轴面、刀模刃口，全体刀模为机加工一体成形，加工难点如下。

（1）刀模刃口截面尺寸小，精度哀求高，径向全跳动公差掌握在0.02 mm，以免太过锋利导致利用寿命短；宽度公差掌握在0.1 mm，以免刃口宽度过大导致割断效果不良、效率低，且对全曲面均匀度哀求较高，同样需将公差掌握在0.1 mm。

（2）与滚动轴承合营哀求迁徙改变灵巧、平稳，φ30 mm外圆面尺寸精度哀求较高，同时还需担保两端同轴度，若同轴度偏差大，将导致事情不平稳，影响割断及利用寿命。

（3）刀模硬度哀求在58~62 HRC，经热处理后硬度高，只能小量切削，存在刀具磨损快、效率低等问题，影响生产效益。

2刀模加工工艺设计

多轴加工因具有加工效率高、加工周期短、加工表面质量好的上风在模具零件加工中得到广泛运用[5-7]，再结合刀模的构造特色和加工难点，确定如下加工方案。

（1）下料。
棒料尺寸为φ85 mm×230 mm。

（2）数控车削加工。
先加工两端中央孔，为后续工序磨削和铣削加工供应装夹及定位，接着车削刀模形状，单边留0.15 mm外磨余量。

（3）数控铣削加工。
精铣方轴面至哀求尺寸。

（4）四轴铣削加工。
一夹一顶粗铣刀模内外轮廓，二次粗加工刃口狭窄处，再半精铣、精铣刀模内外轮廓，留0.15 mm的刃口部分精修余量。

（5）热处理。
担保材料硬度达到58~62 HRC。

（6）磨削加工。
双顶尖精磨两轴承位置φ30 mm尺寸及形状尺寸至图纸公差哀求，担保同轴度公差及径向全跳动公差掌握在0.02 mm。

（7）四轴铣削加工。
精修刀模刃口至截面尺寸，担保刃口尺寸均匀，宽度公差和全曲面均匀度公差掌握在0.1 mm。

3基于UG12.0的刀模铣削策略设计

刀模加工韶光长，环节多，硬度和精度哀求都较高[7]，在旋转轴上选择得当的四轴铣削策略铣削符合哀求的刃口部分，是办理刀模加工难点的关键。

3.1基于UG12.0刀模三维建模

N95口罩刀模三维建模的难点仍旧是刃口部分，特殊是因其需包裹在φ75 mm的轴上。

（1）识读图纸，在XOY平面内绘制封闭截面并用旋转的方法天生台阶轴。

（2）接着在YOZ平面绘制截面拉伸方轴面，在XOZ平面绘制截面拉伸键槽。

（3）根据技能哀求，印花包裹于φ75 mm的轴上，通过φ75 mm的象限点创建平行XOY平面的基准面，在基准面上绘制刀模展开图，将绘制的图案拉伸成实体，接着对其倒角天生刃口。

（4）在基准面上通过φ75 mm的象限点对称拉伸一个平面，平面的长度是pi75/2。

（5）点选编辑→曲面→整体变形，选择按曲面方法天生，选择绘制的刃口实体面为要变形的几何体，选择拉伸平面为基本曲面，选择φ75 mm的轴面为掌握曲面并点选法向，变形方向垂直于掌握工具，即将刃口部分包裹在φ75 mm的轴上，如图2所示。

图2 刃口部分整体变形

3.2选择工装夹具

为了减少装夹偏差，尽可能在一次装夹中完玉成体加工，考虑毛坯尺寸与两轴承位置的同轴度和φ75 mm轴的全跳动公差，选用一夹一顶的常规装夹方法，如图3所示，打表找正毛坯。

图3 刀模工装夹具

3.3加工内容剖析

通过剖析刀模各部分功能及加工哀求可知，刀模分为刀模内轮廓、刀模外轮廓、刃口狭窄处、刃口轮廓、刃口倒角等区域进行加工，如图4所示。

图4 刀模加工区域

3.4刀具选择剖析

通过剖析零件图纸，刀模加工区域多，刃口部分轮廓繁芜，刃口狭窄处间距小，粗加工综合考虑高效原则和担保残余余量均匀，选择φ10 mm的立铣刀，通过丈量刀模三维模型，刃口狭窄处间距仅为2 mm，根据刃口狭窄处的间距选择φ1 mm的立铣刀进行二次粗加工；精加工考虑优质原则，刀模内、外轮廓根据最小曲率半径选择φ6 mm的立铣刀，刃口轮廓选择φ1 mm的立铣刀，刃口选择φ6 mm的倒角刀。

3.5粗铣策略选择剖析

杨伟民[3]研究表明，刀模粗加工采取层降加工，即每加工完一个切削深度，再连续下刀加工下一层深度。
选择UG12.0中mill_multi-axis的多轴粗加工策略，设置刀具和切削参数，点选刀模内轮廓指定驱动底面，深度模式选择从底面偏置，切削类型选择跟随部件，切削模式选择往来来往；接着设置几何体，点选刃口内轮廓线指定空间范围；随后设置螺旋进刀办法，天生刀轨。
用同样的方法设置刀模外轮廓刀轨，只需变动刀模外轮廓指定驱动底面、刃口外轮廓线指定空间范围环即可，如图5所示。

图5 刀模粗铣刀轨

由于所选刀具无法在刃口狭窄处进刀，残留余量较多，须要进行二次粗加工，用同样的方法选择多轴粗加工策略，创建如图6所示刃口狭窄处轮廓线指定空间范围环即可天生刀轨。
半精铣策略与粗加工策略同等，只是底面余量设置不同，为精铣留均匀余量。

图6 刀模二次粗加工刀轨

3.6精铣策略选择剖析

（1）刀模内、外轮廓、刃口狭窄处精铣策略。
精铣策略与粗铣、半精铣策略同等，只是切削刀具不同，对应的切削参数不同，底面余量为0，部件留0.15 mm的刃口部分精修余量，切削步距更小，天生的刀轨更密，表面质量更高，如图7所示。

图7 刀模内外轮廓及刃口狭窄处精铣刀轨

（2）刃口内、外轮廓精铣策略。
选择UG12.0中mill_multi-axis的形状轮廓铣策略，设置刀具和切削参数，点选刀模内轮廓指定底面，勾选自动壁，进刀矢量选择阔别直线，编辑参数设置阔别直线的指定矢量为Z轴负方向和指定点为左端φ30 mm处端面圆心，设置多重深度，天生内轮廓精铣刀轨，用同样的方法天生外轮廓精铣刀轨，如图8所示。

图8 刃口内外轮廓精铣刀轨

（3）刃口倒角精铣策略。
选择UG12.0中的mill_multi-axis的可变轮廓铣策略，设置刀具与切削参数，选择曲线/点驱动方法，设置点选刃口倒角边为驱动几何体，定义切削方向，设置切削步长，投影矢量选择刀轴，刀轴采取阔别直线的方法设置，设置圆弧进刀和退刀，天生刀轨，如图9所示。

图9 刃口倒角精铣刀轨

4刀模铣削策略的验证

选择VMC850L四轴数控加工中央试切验证铣削策略，得到的刀模试切件如图10所示。
由此可知，基于UG12.0软件的多轴粗加工策略，避免了低版本UG和同类型软件须要繁芜的缠绕后处理，编程方法大略，刀轨简洁可行，无碰撞和过切征象，能知足零件各项技能哀求，办理了刀模刃口难加工的问题。

图10 刀模试切件

▍原文作者:张桂花谢正

▍作者单位：武汉软件工程职业学院 机器工程系

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