摘要：基于汽车覆盖件模具的生产，在编程软件中建立刀具库：通过软件刀具库的建立及刀具磨损值的设置，将程序的碰撞消除在数控程序的编制阶段，并实现了加工程序的长短刀分割，有效提高了程序的安全性和加工效率。
 
      关键词：汽车覆盖件模具；CAM软件刀具库；刀具磨损值
 
      1、 引言
 
     目前，国内主要的汽车外覆盖件模具制造企业均建立了自己的编程刀具库，指导数控编程加工，避免加工过程中的“撞机”。由于编程时没有刀具夹持信息作为参考，不能实现平坦区域用伸出夹持短的刀具加工，陡峭的深腔区域用伸出长的刀具加工的程序分割，从而制约了数控加工效率。操作过程中由于没有刀具的伸出刀长做参考，陡峭深腔区域
仅能凭经验判断，存在加工风险。
 
      2、软件刀具库的建立
 
      数控加工过程中，非切削刃部位与工件加工表面发生位置干涉(即碰撞)，称为碰撞干涉。1。引起碰撞干涉的因素很多，如刀具的夹持外形尺寸、刀柄的外形、机床主轴的外形尺寸等。
 
      根据多年的生产经验，结合机床维修数据统计，发现因刀柄因素发生的机床碰撞最为常见。这主要是在编制加工程序时，未考虑刀具的实际夹持状况所致，如图l所示。
 
      2．1 三轴机床软件刀具库的建立
 
      仿真刀具库是在CAM软件中将现场应用的刀具真实地建立三维模型，以便在数控加工程序的编制过程中，通过刀具的“干涉、碰撞检查”，提前发现程序中的碰撞风险并调整刀具。同时，生成相应的配刀指示单，选择合理的刀具进行加工。

     
      图1 刀柄与工件碰撞
 
      针对现有刀具与刀柄的规格标准，兼顾安全性及经济性，在加工软件PowerMill中建立与生产现场一致的刀具3D模型。
 
      建立刀具库模型时，结合公司机床的应用情况，同时建立三轴设备中常用的机床主轴模型。如图2所示，三菱机床主轴端面是矩形。结合PowerMill刀具库的特点，按照包容原则，将其主轴模型设为圆柱形式，并与刀柄模型一起作为刀具的夹持部分建模(见图3)。这样在进行刀具仿真的同时也做了机床仿真，进一步保证加工中刀具和机床的安全。
  

      图2 机床主轴的简化
  
  

     
      图3 刀具库模型结构
   
      2-2五轴机床软件刀具库的建立
 
      五轴设备由于其造价昂贵，数控加工除考虑刀具夹持部分外，还要考虑其冷却风管等模型，避免加工过程中发生与机床主轴及其附件的碰撞。由于配备了专用机床主轴头，因此夹持部分仅保留刀柄模型。结合软件的机床仿真功能，刀柄末端面自动对齐到五轴机床模型的主轴，进行机床仿真，从而有效避免刀具、工件和机床之间的干涉、碰撞。

      图4五轴机床刀具库及基于刀具库的五轴机床仿真
 
      2．3 特殊刀具的软件刀具库建立
  
      数控加工中，刀具的动态磨损是影响加工精度的重要因素旧]，同时也是影响加工安全的重要因素。对于直杆类刀具，只要按照配刀指示单中的刀具伸出长度配刀即可保证加工安全。
 
      针对锥杆刀具，由于其结构的特性，单一的刀具伸出长度并不能保证其加工的安全性。如图5所示，锥杆刀具发生磨损的部分在“l”处。在建立刀具库时，“1”处不能只考虑理论值。在碰撞检查中，程序仅提供刀具最小伸出长度(从刀具的夹持端面到刀尖的距离)。若刀具切削刃“l”处经过刃磨，即使刀具伸出长度一样，加工仍存在风险，会造成碰撞检查“失真”。为此，结合多年锥杆类刀具使用经验，在建立刀具切削模型时，将“l”处的刀具刃磨量设为3mm，即该类刀具在达到磨钝标准时，切削刃长度的变化量。这样可避免碰撞检查“失真”，进一步保证程序的安全性。
  

      
  
        图5锥杆刀具结构

      2．4刀具库的使用排序
 
      数控加工中，刀具的选择不仅会影响加工效率，还会直接影响加工质量。在数控编程环节，刀具的选择是在人机交互的状态下完成的。选择时必须充分考虑数控加工的特点以及刀具的基本性能，以便实现数控加工效率的提高以及刀具资源的优化配置po。
 
      从技术角度出发，结合多年的刀具使用经验，对刀具库进行优先级排序。按照刀具在编程时使用的优先顺序，将不同的刀具分别放在“常用”(第1级)、“备选”(第2级)、“不常用”(第3级)三个文件夹中，实现刀具选择的模板固化。
 
      针对于刀具库的应用，充分利用PowerMill软件中刀具库文件夹命名的功能，将刀具的应用范围等加工属性以及编程需要注意的事项进行提示，增加刀具库的可读性(见图6)。

      图6 基于注释信息的刀具库模板
 
      3、应用效果
 
      由于汽车模具型面复杂性，在数控加工中对刀具的使用提出了更高要求。在加工一些整体侧围、行李箱内外板、车门内外板的凹模时，陡峭型腔、侧壁的加工尤显困难。零件深腔、侧壁部位受到加工限制，必须使用长刀具。然而，刀具越长刚性越差。长刀具在加工过程中会产生颤动、让刀现象，降低表面加工质量M]。为了保证加工的稳定性，不得不降低切削速度，这就影响了加工效率。因此，在保证安全的前提下，应该尽可能缩短长刀具的加工路径。通过应用刀具库，在PowerMill中设定短刀具的夹持间隙和刀柄间隙，数控程序经碰撞检查后即可按照其最小伸出长度实现程序分割。发生加工干涉时，程序自动分割调整为相应的长刀加工，在保证程序安全的同时，提升加工效率。以东风日产719项目中整体侧围拉延模凹模加工中的4d6球刀清角精加工为例(见表1)，采取长、短刀加工方式可较原来的单一长刀加工方式提高效率30％㈨。
  
           表1 日产719项目整体侧围拉延模凹模型面清角加工时间对比

      注：“伸出长度”是指从刀具的夹持端面到刀尖点的距离。

  
      由于刀具库进行了基于生产使用经验的分级排序并注释，即便是初级的编程员也能合理选择刀具，减少了现场使用刀具的盲目性，从而实现技术指导生产的良性循环。
 
      基于刀具夹持参数的软件刀具库，通过CAM软件的碰撞干涉检查功能，可以在程序编制阶段及时发现问题(见图7、图8)重新制定编程策略，有效提高加工程序的安全性，进而保障生产的顺利进行。

      图7三轴加工中碰撞检

     
  
  
      图8五轴加工中的碰撞检查
   
      4、结语
 
      CAM软件刀具库是数控加工的基础，结合企业自身特性建立的刀具库可实现企业加工经验的固化。CAM软件刀具库的建立结束了本公司模具型面加工用刀具没有夹持判别依据的局面，使数控程序的安全性得到有力保障。将“刀具的寿命管理”创造性地引入到刀具库的建立环节，为今后模具无人值守的全自动化加工奠定基础。该刀具库的建立方法在大型汽车模具覆盖件加工中同样适用，可为国内相关模具软件刀具库的建立提供参考。