2024年4月8日发(作者：)

Ｐ　ｏ　ｗ　ｅ　ｒ　ｍ　ｉ　ｌ　ｌ在五轴机床加工轮胎模具中的应用　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒｍｉｌｌ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｉｒｅ　ｍｏｌｄ　ｏｆ　ｉｆｖｅ—ａｘｉｓ　ｍａｃｈｉｎｅ　

Ｆｒａｎｋ　Ｌｉｎ—ＤＭＧ　

摘要：传统的立式加工中心三轴联动加工的应用是最为广‘泛的加Ｉ：疗式，，Ｊ　始终处１：立式状态．球央铣刀切削点的切削速度无法得到优　

化处理，那么单纯的三轴立式加工已无法满足当令加１二的飞速发展。所以５轴联功高速加ｌ：机Ｉ未赢境而生！五轴加】二适用于复杂、工序多、精　

度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具、工装，经过多次裟夹和凋鞭才能究成加Ｉ：的具ｆ『适　批　的零件盘ｌＩ：汽车的发动机缸体、变　

速箱体，机床的床头箱、主轴箱，柴油机缸体，齿轮泵壳体，轮胎．叶轮，螺旋桨　符种曲面成型模具等　本文针对五轴加ｌ　技术的特点，论　

述了ｐｏｗｅｒＭｉｌｌ软件的五轴加工功能和五轴的刀路轨迹策略。通过轮胎模具柚ｌ：『　为实例．１米介绍五轴加工的具体应用及特点　

关键词：五轴加工轮胎模具ｐｏｗｅｒＭｉｌｌ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｖｉａ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｃｅｎｔｅｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｗｉｄｅｌｙ—ｕｓｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ－　

Ｔｈｅ　ｔｏｏｌ　ｉｓ　ａｌｗａｙｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ａｔ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂａｌｌ—ｅｎｄ　ｍｉｌｌ　ｃａｎ’ｔ　ｂｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｋｅ　

ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ｔｈｒｅｅ—ａｘｉｓ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｃａｎ’ｔ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｔｏｄａｙ’ｓ　ｒａｐｉｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｆｉｖｅ—ａｘｉｓ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　

ｍａｃｈｉｎｅ　ｅｍｅｒｇｅｓ！Ｆｉｖｅ—ａｘｉｓ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｉｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ，ｒｅｑｕｉｒｅ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，　

ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅｓ　ａｎｄ　ｍａｎｙ　ｔｏｏｌｓ，ｔｏｏｌｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｃａｎ　ｏｎｌｙ　ｂｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　

ｓｅｔｕｐ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｂｏｄｙ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｅｎｇｉｎｅ。ｇｅａｒｂｏｘ　ｂｏｄｙ，ｈｅａｄｓｔｏｃｋ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍａｃｈｉｎｅ，ｓｐｉｎｄｌｅ　ｂｏｘ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ　

ｂｏｄｙ　０ｆ　ｔｈｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ，ｓｈｅｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅａｒ　ｐｕｍｐ，ｔｉｒｅ，ｉｍｐｅｌｌｅｒ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｕｒｖｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｍｏｌｄ．Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　

ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｉｖｅ—ａｘｉｓｆ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｆｉｖｅ—ａｘｉｓ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　ｆｏｒ　ｆｉｖｅ—ａｘｉｓ　ｔｏｏｌ　ｐａｔｈ，　

ｔａｋｅｓ　ｍ￣ｃｈｉｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｉｒｅ　ｍｏｌｄ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｉｆｖｅ—ａｘｉｓ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄ：Ｆｉｖｅ—ａｘｉｓ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｔｉｒｅ　ｍｏｌｄ；ｐｏｗｅｒＭｉｌｌ　

１前言　

司设计推出了很多类型的五轴机床。　

．

五轴加工的主要优点是其能够通过一次装夹加工复　

随　

杂的形状。与多次装夹相比，五轴加工能够在很大程度上减　

少加工时间和夹具数量，提高生产效率。而且，多次装夹过　

程中极易在拆装工件时产生装夹误差。如图ｌ所示。　

围１　

１Ｏ０模具工程ＭＯＵＬＤ＆ＤＩＥ　ＰＲＯＪＥＣＴ　２０；０￣第４期（总第１０７期　

另外，五轴加工一个重要的优点是其能够用较短的刀具进　

行加工，这是因为加工时摆头／转台可以缩短刀具和工件的距　

离且刀具可以基于工件面移动。如此则无需加载更大的力给刀　

具就能达到更高的切削速度，提高刀具寿命、减少刀具磨损。　

与三轴加工相比，五轴加工允许使用较短的刀具，在加工深孔　

或深腔时能够减少刀具的振动。这会提高加工精度，甚至减少　

人工抛光的时间成本。几乎没有特殊刀具的使用，简化了刀具　

的应用，减少了刀具的成本。如图２所示。　

图２　

使用五轴技术的可以在立体毛坯上加工特别复杂的曲　

面，无需使用特别铸造过的毛坯。对样件或小批量加工，这　

样的方式会更加快速、经济。无需２个月或更长的时间来进行　

铸造和加工，只用１到２周便可完成。如图３所示。　

图３　

使用五轴技术可以节省大量的钻孔时间。相比加工复杂　

孔和型腔而言，钻孔看似细小，实际上，钻大量的斜孔会浪　

费大量的时间。如果使用三轴机床进行钻斜孔，必须为每一　

个孔做不同的工装。采用五轴加工，摆头／转台会准确的使　

刀具沿着每个斜孔的轴向更快完成钻孔操作。如图４。　

图４　

ｌｌ　

怒　怒墨髑圆墨四弱ｌ模具制造技术墨　

二．多数实用五轴机床是由三个直线坐标轴ＸＹＺ和二个　

回转轴ＢＣ或ＡＣ或ＡＢ组成的。下面我将简单介绍五轴加工的　

概况。　

１，五轴加工总的来说分为五面加工、五轴定位加工和五　

轴同步轮廓加工。如图５所示。　

图５　

Ａ．五面加工：　

依照立方体法则，：［件加工位置处于各基准面上，使　

它在一个工序里完成其五面的加工。　

Ｂ．五轴定位加工（３＋２轴定位加工）　

这是运用五面加工，多角度特点和工作部件平面的组　

合。两组平台旋转，轴只利用于定位工件的位置。主轴永远　

垂直，用来完成需要的工序——钻或铣。　

Ｃ．五轴同步轮廓加工　

刀尖跟随，此加：［技术运用于需要五轴同时运动的　

加工组件。　

２．五轴加工的市场份额，如图６所示。　

图６　

实际上，五轴加工在大批量生产中的应用日益增多，　有　

些是零件的某些部位确实需要五轴联动加工，而有些零件的　

加工完全不需要五轴联动。这种应用的增多是因为零件越来　

越复杂和零件精度要求越来越高。　

２０１０年第４期（总第１０７期）ＭＯＵＬＤ＆ＤＩＥ　ＰＲＯＪＥＣＴ模具１：程１０１　

造技术

ｉ一　

轮胎加工不同于常规工艺，需要分割成不同比例的段，　

这些段中含有不同形状的步距。只有采用ＣＡＤ／ＣＡＭ技术，　

才能提高模具质量和缩短加工周期。无疑，ｐｏｗｅｒＭｉｌｌ完全　

具备满足以上所提到的种种要求。　

本文主要讨论运用ｐｏｗｅｒＭｉｌｌ软件，结合轮胎模具的加　

工工艺特点，编制出合理有效的轮胎模具花纹数控加工程　

序。　

ＰｏｗｅｒｍｉｌｌＪＪｎ　Ｔ轮胎花纹的数控编程　

三维模型的分析　

Ａ．首先，先导人三维模型，仔细分析并且测量图档，　

确定方便快捷的装夹方式，由此可以确定轮胎模具的尺寸并　

且创建工作坐标系，如图７所示。Ｐｏｗｅｒｍｉｌｌ提供强大的坐标　

系创建功能，按照加工的区域差异创建坐标系以满足加工需　

求。根据三维模型的形状和尺寸，选择使用人性化控制系统　

ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ　ｉ　ＴＮＣ５３０￣ｕ具备高扭距高进给（所有轴都　

采用直线电机驱动）的ＤＭＧ　ＨＳＣ？５　ｌｉｎｅａｒ　５　Ａｘｉｓ上加工　

此轮胎模具，把坐标系创建在毛坯的上表面正中心位置。　

魏　鬻瓣耀　

自　　｛一ｊ墨　

鼹界　

最４　盎　爱　

ｘ　『　两　

ｖ而而　Ｉ　

ｚ　Ｆ磊　

蚓　

墨住捧棼教　

厂—一　ｌ　

｛　　｝

广～　Ｉ　

估篁限界　

公爱　

类型ｌｌｉ羹　

◆　

扩晨　重　　ｌ

墨示　

一

’一　

女蔓１　

般　ｊ　

图７　

Ｂ．刀具的选择，通过仔细分析，创建符合加工要求的　

刀具。可通过ｐｏｗｅｒｍｉｌｌ特有的功能侦测三维模型的最小半　

径，以方便确定最小刀具的使用，如图８所示。　

图８　

１Ｏ２模具工程ＭＯＵＬＤ＆ＤＩＥ　ＰＲＯＪＥＣＴ　２０１０￣第４期（总第１０７期　

按照三维模型选择盘形铣刀、平底端铣刀、刀尖圆角端　

铣刀、球头铣刀。　

盘形铣刀主要用于切肖《毛坯开粗加工和两个倾斜端面的　

粗加工。选用中４０Ｒ５、①２ＯＲ３。　

刀尖圆角端铣刀主要用于花纹块型腔的开粗加工、　

型腔底面的清根精加工等，选用中１　０Ｒ０．５、中６Ｒ０．５、　

①８Ｒ０．５　

平底端铣刀主要用于直纹弧面精加工和底面清角，选用　

中１６、中３。　

球头铣刀主要用于各型面的精加工、局部清根加工等，选　

用中６Ｒ３、中３Ｒ１．５、中１．５Ｒ０．７５、中ＩＲ０．５。　

工艺工步的编辑　

在工艺编辑的过程中，根据已经确定好的装夹方式及选　

用的刀具来安排加工顺序，定义加工范围、刀具路径参数和　

机械参数（如转速、进给量、切深、切宽、加工余量等）。　

以下是轮胎模具的刀路轨迹的生成：图９至图２２。　

◆　

霭９粗抽Ｉ　

毛坯是一个四方的ＣＫ４５，型腔部分选用中４０Ｒ５的盘形　

铣刀快速去除毛坯的多余材料；至于两侧面的多余材料，必　

须创建垂直于两侧端面的坐标系，从而产生３＋２定位的刀具　

路径。　

图１ｏ直纹弧面精加Ｉ　

很显然，此策略也是采用３＋２定位加工，选用　１６平底　

端铣刀的侧刃精加工直纹弧面。　

圈ＩＩ续粗　

选用中２０Ｒ３的盘形铣刀进行续粗　

图１２粗清角　

图１３粗清角　

圈１４中光底曲面　

图１５精加Ｉ底酋面　

底部曲面的加工需要五轴同步轮廓加工，即五轴联动加　

工。采用①８Ｒ０．５的刀尖圆角端铣刀启动Ｍ１２８７］尖跟随功　

能，简便而　

图１６半精抽Ｉ清角　

ｊｌ　

露匿蜀躅圈墨嘲ｌ模具制造技术圈　

ｗｗｗ　ｍｏｕｌｄ－ｃｒｌ　ｎｅｔ　

图１７半精加Ｉ两侧面　

图１８半精加Ｉ和精加Ｉ花纹侧面　

余量均匀化是精加工的重要前提。经过粗加工后，大部　

分余料已经去除，但型腔型面上的余料为台阶状，并不均匀，　

为使余量均匀并为后面的精加工做准备，需进行半精加工。　

图＂Ｉ９精ｍＩ两佻面　

圈２Ｏ精加Ｉ中１８＂７区域　

图２１两侧清角　

２０１０年第４期（总第１ｏ７期）ＭＯＵＬＤ＆ＤＩＥ　ＰＲＯＪＥＣＴ模具工程１０３　

黑　具ｃｎ．ｎｅ制ｔ造技术　

图２２中阑清角　

圈２３　

＿　路，　Ｄ／ｃｕｓｔｏｍｅｒ／ｂＭＧ＇２００９＋０８—１　Ｏ／Ｔｅｓｔｃｕｌ０２　

目　Ｔｃ　“‘ｕａ，　口：　鬯　一葶目　？　：　

茹ｔ　－　

●　

一　

：Ｏ∞‘ｌ小　

ｊｔ　｝ｆ卫７　ＮｔＣｊ　‘：：翌ｒ　日　：之妻　一　中　ｉ＿　．－　一，、　Ｉ　国　Ｘ　Ｙ●ｔ　ｌｈ　＋兰…　．　÷巴：笆　鬯　十　、｜笆　—　Ｚ：　ｆ、　

、’　１：’’　¨＿　～　。≤：｛　一　。　

ＺＨ　

Ｚ　Ｔ：　

甜　４

ｆ　。　ｔＪ　

＂　｝一≈　？　：　　ｌ・　

筒　￡　一　一　鼍　－　｛　＾　一　’　．专　Ｉ　ｆ。。。，。　

．　

Ｉ　ｒＯＬ１　ｄ４２　ｔ　（　２　Ｒ５　８０　Ｏ　０　２　０　２　６００００　９ｏｏ０　３５００　

２　ｉｆｎ　ｅ１６　

一

，

匕＾ｉ：　ｃＤｆ６　８０　４５　０　０　６０ＯＯ０　６ｏ０　２０００　

３　ｒＯＬｌ～ｄ２０　：纯　【ｐ２０　Ｒ３　５０　０　Ｏ　２　０　２　６００００　６５００　５０００　

４　ｒｏｕ　ｄ１０　ｆ　垃　（Ｄ１０　Ｒ０　５　４０　｛５　０　２　０　２　６００００　４０００　８００Ｏ　

５　ｒＯＵ－ｄ６　ｌ　ｆｆｊ　∽　Ｒｏ　５　３７　０　０　２　０　２　６ＯＯ０Ｏ　３５０Ｏ　９０００　

６　ｓｅｍｉ　．ｆａｉｒ—ｄ８　・｛ｔ戢　｝旧　‘Ｉ毋　Ｒ０　５　３６　３Ｏ　Ｏ　２５　０　０５　６００００　１２００　９０００　

７　ｉｆｎｆａｌｔ．ｄ８　¨　惫｛旧　‘Ｄ８　Ｒ０　５　３６　３０　０　２５　０　６００００　１０００　１００００　

８　ｓｅｒｒｌｉ．ｃｏｒｎｅｒ．．ｂ３　ｔ『屯　｛’ｍ　（Ｄ３　Ｒ１　５　ｌＯ　６　３０　３Ｏ　０　Ｉ５　０　１５　６００００　３Ｏ００　２２００Ｏ　

９　ｓｅｍｉ—ｆｉｎ—ｂ３　｛ｔ圮　３　Ｒ１　５　１０　６　３０　３Ｏ　Ｏ０６　０　０６　６００００　３５００　２２ＯＯ０　

１０　ｓｅｍｉ．　ｃｏｒｎｅｒ—ｂ２　ｔｌ，　ｑ）２　Ｒ１　５　４　２２　１４　０　１　０　１　６，００００　２０Ｏ０　２３ＯＯＯ　

１１　ｓｅｍｉ　ｃｏｒｎｅｒ—ｂ　１　５　ｔ｝屹　ｌ　地　ｍＩ　５　４　４　１６　１４　Ｏ　Ｏ５　０　０５　６，００００　ｌ２ＯＯ　２６０００　

１２　ｓｅｍｉ—　ｎ—ｂ６　ｔ｝也Ｉ　∞　Ｒ３　２Ｏ　０　０　０Ｂ　０　０８　６００００　４５００　ｌ６０００　

１３　ｓｅｍｉ＋　ｎ—ｅ３　一Ｉ艺ｎ　ｆｌ　∞３　１０　６　３５　３０　０　０５　０　０ｌ　６００００　８００　Ｉ８０００　

ｌ４　ｉｆｎ—ｅ３　１ｉｌｔ，ｒ１　‘Ｄ３　１Ｏ　６　３５　３０　０　Ｏ　０ｌ　６００００　８ｏ０　ｌ８ＯＯＯ　

ｌ５　ｆｉｎ—ｆａｌｔ￣ｅ３　・　ｌ，　地　ｋｅ３　｛０　６　３Ｓ　３０　０　Ｏ１　０　６００００　６００　１８ＯＯ０　

１６　ｉｆｎ　ｂ６　电ｌ　ｔ　∽　Ｒ３　２Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　６ＯＯＯＯ　４０ｏＯ　２００００　

１７　ｉｆｎ—ｂ３　粥屯　…　Ｊｊ‘’｛　ｔＤ３　Ｒ１　５　ｌ０　６　３０　０　Ｏ　Ｏ　６００００　３８００　２３００ｏ　

１８　ｈｎ—ｃｏｍｅｒ、ｂ３　ｌ　．俺　；＾堵　￣０３　Ｒ１　５　ｌ０　６　３０　３Ｏ　Ｏ　０　６００００　３００Ｏ　２３０００　

ｌ９　ｉｆｎ　ｃｏｍｅｒ　ｂ２　÷　豫　ｅ２　Ｒｌ　５　４　２２　１４　０　Ｏ　６００００　１８００　２５Ｏｏｏ　

２０　１３、ｃｏｍｅｒ～ｂ１　５　蚺　￣ｅｌ　５　４　４　２０　ｌ４　０　０　６００００　１２００　２６０ｏ０　

２１　ｉｆｎ　ｃｏｍｅｒ　ｂ　ｆ　，　啦　‘ｐ１　Ｒ０　５　１　５　４　１６　｝４　０　Ｏ　６Ｏ０Ｏ０　８００　２６０ｏ０　

图２４　

以上各单节距的粗／半精／精加工／清角刀具轨迹生成　

总结　

后，可根据花纹块节距排列图经旋转复制形成整块花纹块的　

粗／半精／精加工／清角刀具轨迹。　

使用ｐｏｗｅｒｍｉｌｌ￣，合ＤＭＧ的ＨＳＣ７５　ｌｉｎｅａｒ　５轴机床加工　

刀具路径的生成后，通过软件高级功能——机床的仿真　

轮胎模具，将软件和硬件发挥的淋漓尽致．大大提高了轮胎　

模拟检查其正确性，并且确保没有碰撞，起到安全保护！如　

模具加工精度和效率，为轮胎行业的生产厂家提供强而有力　

图２３所示。　

的保障，在激烈的市场竞争中赢得胜利。圆　

优化后的刀路路径通过调试出来的后处理文件，生成　

ＨＥＩＤＥＮＨＡＩＮ可识别的ＮＣ程序和如图２４所示的ＮＣ加工表单。　

１０４模具工程ＭＯＵＬＤ＆ＤＩＥ　ＰＲＯＪＥＣＴ　２０１０年第４期（总第１０７期）