包装盒模具数控加工分析

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摘要：作为中等职业学校的一名数控专业教师，长期从事数控专业一线教学，鉴于学校的实际情况，目前在校企合作、对外加工上，开始了有益尝试，成功地为企业试制和生产了一些模具与产品。现以“纸质内包装盒模具的数控加工”为典型实例做具体阐述，希望能为后续包装盒模具的数控加工及应用起到一定的借鉴和推广作用。

关键词：模具；数控加工；应用

实例受“上海华同环保包装制品公司”委托，利用学校的现有资源完成了一套纸质内包装盒模具的数控加工，包括吸浆模、整形凸模、整形凹模及环保标志压模等。该包装盒作为咖啡杯的内包装，一盒两个，主要功能是提供内装物的固定和缓冲，以防止在运输途中受到冲撞和震动，并能回复到原来的形状以提供进一步的缓冲作用；产品材质为纸，采用纸浆模塑工艺制成，具有质轻、缓冲、阻燃、防潮、防静电、吸附性好、废弃物可降解、且可堆叠存放、大大减少运输存放空间等特点[1]。

1模具加工过程简述-以整形凸模加工为例

本例模具加工的基本过程是，先由石膏进行机加工得到铸造凹模，再经铸造获得整形凸模的毛坯，最后再通过机加工完成整形凸模加工的方法。在加工时，编程采用CAD/CAM软件，且模具的CAD造型依靠SolidWorks完成，CAM过程采用了加工编程功能强大UGII软件。由于模具上含有圆角等曲面，因此在普通机床上进行加工是比较困难的[1]，结合我校的具体情况以及具体工艺参数，最终选用FANUC—0I数控铣床加工用于铸造的石膏凹模与整形凸模。1.1整形凸模CAM加工过程1）CAVITYMILLD101.2Depth由于毛坯是铸件，因此采用设置BlankDistance的方法，生成的加工刀路轨迹如图1所示。2）CAVITYMILLD6R2粗加工后，可以采用参考刀具的方法（ReferenceTool：D10）进行精加工，生成的精加工刀路轨迹如图2所示，生成的平面刀路轨迹如图3所示。图2精加工铸件加工刀路轨迹图3平面加工刀路轨迹3）ZLEVELPROFILED4R1加工中采用了D4R1进行刀补加工，加工时选择局部曲面。生成的刀路轨迹如图4所示，CAM加工完成后的模型，如图5所示。1.2关于精加工时包装盒精度的控制问题在精加工包装盒时，刀具吃刀量的选择与表面粗糙度有关[2]，在CAM软件中一般提供了两种参数控制表面粗糙度的方法，即：步距宽度（Stepover）和残留高度(Scal-lop)。在加工中，当采用步距宽度控制表面粗糙度时，步距宽度值越小，表面粗糙度值也越小，但加工路径和加工时间将会大大延长，因此步距宽度值大小不宜设置得太低；所谓残留高度[3]，是指数控加工中相邻刀轨之间所残留的未加工区域的高度情况，它的数值大小决定了加工表面的粗糙度情况，同时也决定了后续的抛光工作量的大小。因此，残留高度是评价加工质量的一个重要指标。对于曲面加工而言，多数情况下在曲面的不同区域有着不同的倾角，从而造成同样的行距下残留高度不同的情况。当采用残留高度指标来控制表面粗糙度情况时，步距宽度也将会根据工件的形状来自动进行调整[4]。残留高度和步距宽度的关系为：铣削平面时，H=R—R2-（L/2）2姨铣削斜面时，H′=R—R2-（L/2simθ）2姨可见相同的行距下，铣削斜面时的残留高度H′大于铣削平面时的残留高度H。同理，对于整形凹模、吸浆模、环保标志压模的加工方法同上，在此不再赘述。

2数控加工中出现的问题与对策

2.1采用IGES标准进行模型数据转换时发生的问题由于模具的CAD造型是由SolidWorks完成的，而CAM采用UGII软件，因此需要进行数据交换[5-6]，具体方法为：由SolidWorks完成CAD造型后，通过数据输出接口，把造型文件按该软件提供的标准数据格式IGES进行保存；然后由UGII软件通过数据输入接口，选择相应的标准数据格式IGES读入造型文件[7]。目前，在微机以及工作站上用作数据交换的图形文件，其标准主要为：AutoCAD系统中的DXF(DataExchangeFile)，美国国家标准IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification)以及国际标准STEP(StandardfortheExchangeofProductmodeldata)。其中数据交换标准IGES在我国也作为国家推荐标准。然而，由于不同的软件之间在具体的造型方法、过程及支持的交换标准程度有所差异，虽然在输出、输入采用了同一标准但在转换过程中，也出现了一些问题，如丢失部分数据及产生异常实体等[7]。当出现这些情况时，就需要在CAM软件中利用其CAD功能对模型进行一些修正，以保证模型数据的完整和模型特征的不丢失；或者CAD软件在按标准数据格式IGES进行输出保存时，使用更高的版本，有时也是解决问题的一种途径。2.2加工中发生的过切问题1）在采用D6R2（CavityREFD10方法）加工整形凹模的过程中，侧壁处发生了过切，这种现象在软件模拟加工时无法观察到，但在实际加工中又无法避免，因此必须引起足够的重视，以免造成严重后果[4]。特别是对于一些重要产品，正式加工前最好采用其他材料进行试切削。这也说明过分依赖与相信CAM软件的强大功能，有时会出大问题的。2）在本实例中出现的过切原因，应当是在Engage/Retract选项中，采取了previousplane跨越，故产生过切，改进方法则是要改用clearanceplane跨越。3）在制作成型模具时，采用了平底刀与圆角铣刀，由于模具四周侧壁具有固定的斜角，因此如果采用一定的锥度铣刀进行加工，可以大大提高加工效率与加工质量，UGNX3.0提供了加工时可以定义圆锥形铣刀的功能，给加工带来了诸多方便。4）在进行软件后置处理时，为了能够使CAM生成的程序在数控机床中顺利执行，应当使用定制的后处理文件，即myfanuc0i。在UG中提供了两种后处理方法：GPM后处理与UGPOST后处理[8]。其中用图形后处理模块GPM（GraphicsPostprocessorModule）做后处理的方法要预先生成CLSF（刀位源文件CutterLocationSourceFile），这是一种旧式方法，需要定制MDFA文件，相当于DOS方式下进行。新版本的UG软件提供了一种叫作UGPOST的后处理器，不需要CLSF和MDFA，可以直接利用操作导航工具中的操作生成NC程序，后处理的定制相对方便与容易，相当于在Windows方式下进行。需要注意的是：生成myfanuc0i后，要在文件template_post.dat中加入my-fanuc0i,${UGII_CAM_POST_DIR}myfanuc0i.tcl，${UGI-I_CAM_POST_DIR}myfanuc0i.def（文件template_post.dat的目录为:C:\ProgramFiles\UGS\NX3.0\MACH\resource\postpro-cessor）即可在后置处理时看到已经定义好的后处理文件。其中，处理后的部分程序如下：%N0010G90G17G00G54X0Y0N0020S2500M03N0030G00X7.022Y-62.091N0040G44Z5.H00107N0050Z3.N0060G01Z-.5F1000.N0070G3X1.278Y-59.09I-5.745J-3.999N0080G01X-1.222.....N0530X36.714Y18.889N0540G3X39.959Y24.498I-3.748J5.912N0550G00Z5.N0560M05N0570M30%5）在CAM程序传输时，程序在后置处理后，需要将得到的数控代码传输到数控机床的程序存储器中，然后去引导机床进行加工[8]。由于CAM程序的容量要比手工编程大很多，故不能采用手工输入的方法，目前大都采用DNC，利用串口RS232接口直接进行数据传输，这需要数控机床开通DNC功能，同时要有专门的软件支持或利用CAM软件本身具备的数据传输功能来实现。针对没有开通DNC功能的机床，则无法进行DNC传输，但可以尝试利用串口RS232接口，实现计算机与数控机床的通讯，传输程序到数控机床的存储器中，然后再进行加工，或者把程序拷贝至CF卡，利用机床CF卡接口，传输程序到数控机床的存储器中。6）在石膏材料的选用时要考虑其湿度的影响。特别是在选用石膏材料加工铸造凹模时，其湿度一定要适当。湿度太大时，加工时易断裂，除屑不便；湿度太小时，加工时粉尘飞扬，污染较大。

3结语

-关于校企合作的思考1）要重新认识校企合作的重要性，寻找与学校现有条件相当的合作企业，大力开拓校企合作，对职业教育———不管是职前还是职后都有着非常重要的意义。2）对现有的软硬件在某些方面进行升级与改造。服务的对象不同，要求也大不相同。传统的学校概念，服务的对象是学生，现有的软硬件基本符合要求；而要进行校企合作，服务的对象则变成了企业，要进行长久、有效的合作，必须对现有的软硬件在某些方面进行升级与改造，否则达不到企业的生产要求，校企合作也只能是尝试而已。3）由于现场问题复杂多变，与教学上出现的问题不尽相同。因此，在进行校企合作时，职业教师还要加强学习，要具备发现问题、解决问题的能力。4）在进行校企合作时，为了配合企业生产进程，职业教师还要做好长期吃苦耐劳的思想准备。

参考文献：

[1]李江，苏建波，冉云飞.注塑模具的加工对产品质量的影响[A].中国汽车会议网、上海雷尼会展服务有限公司.2011汽车车身内外饰产品及新材料应用国际研讨会暨展览会论文集[C].中国汽车会议网、上海雷尼会展服务有限公司：2011，4.

[2]宋玉梅.CAXA精加工方法对曲面表面粗糙度的影响[J].科技视界，2012(17)：175-176+225.

[3]宋丽.基于等残留高度的NURBS曲面数控加工路径自动生成技术研究[D].济南：济南大学，2011.

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[5]郁斌强，蔡菲菲.基于SolidWorks和UG实现产品设计与加工的一体化[J].煤矿机械，2006(9)：100-2.

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[7]张系强.常用工业设计软件(UG、Pro/E、SolidWorks、AautoCAD)的文件相互转换技术[J]中国高新技术企业，2007(11)：99-100.

[8]赵雪玉.UG/POST后处理综述[J].CAD/CAM与制造业信息化，2005(8)：90-93.

作者:张庆锋 戴惠良 单位:1.上海市材料工程学校 2.东华大学机械工程学院