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汽车外覆盖件模具制造的优化技术 |
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作者：英国Delcam（中国）有限公司 |
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汽车工业在中国迅猛发展的同时，也带动了模具产业的发展，如今，几乎所有的汽车主机厂都配有专业的模具厂，同时也在不断提高汽车质量要求，缩短新车推出周期。过去仅为做模具而建造的模具企业，如今也将效率和质量要求提高到了重要的位置。除了制造模具，产能要求已经是现阶段汽车覆盖件模具企业凸现的矛盾，而解决这些矛盾的关键就是靠不断的技术创新和观念创新。
铸件毛坯扫描
此技术对软件提出的要求是：对扫描或照相点云的对齐；余量分布调整；缺陷分析；编程过程需要在刀具刀杆和夹持部位分别设置不同的碰撞余量；根据余量大小的速度优化；确保刀具和设备在余量不均的情况下高效加工；同时保障设备和刀具等的安全，对于碰撞也要求软件可以做到五轴的碰撞干涉检查等。
以下是使用Delcam CopyCAD进行的实际零件应用，从数据采集和大型铸造模型的逆向毛坯处理仅2h左右即可完成，需要注意的是覆盖件模具高效自动化生产工艺必须对这些因素做到可控。具体方法为：
1. 通过照相设备或手持数据采集设备采集点云数据，然后把大量的点云数据输入到CopyCAD产品模块，该模块可以在大约15min内处理200万点数据，快速完成毛坯逆向工作，图像显示如图1所示。
图1 从扫描点云到数字化毛坯
2. 把在自由状态下采集到的数据通过点云自动对齐模块进行自适应对齐，以匹配数控编程坐标系，并对毛坯和实际加工模型的余量分配状况进行分析，对刀具加工过程中和毛坯之间的碰撞关系进行分析，使之能够有效地提高设备的运转效率和降低刀具成本，并避免可能产生的设备碰撞事故，有利于高效产能的实现。
3. 根据上述条件进行实际加工过程的速度优化，该功能Delcam PowerMILL能够提供根据余量大小进行碰撞避让及根据余量大小自动优化切削速度，基于PowerMILL余量模型碰撞干涉功能，确保无人职守加工能够实现。
精加工模面扫描和在机检测——数字化研合
通过照相或扫描手段获取模具制模的成型数据，根据点云数据和理论CAD模型进行“条件”对比，获取偏差数据，不用通过实际的冲压、研合，而是通过数字手段进行分析和进一步处理，结合Delcam产品便可以基于数控机床的在线质量控制系统进行在机检测（Delcam OMV），另外也可以用Delcam PowerINSPECT，并配合使用天汽模具的便携式测量臂线激光扫描后再对数据进行数字化研合（可协助天汽模具测试）。
在Delcam 测量分析系统中完成模型对齐和公差分析：
1. 读入CAD模型，然后读入任何格式的点数据模型（照相、扫描、硬测头等），软件同时处理大量点云。
2. 通过一键自动对齐自适应最佳拟合理论CAD模型和模具扫描点云，并采用汽车行业的RPS功能进行调整。
3. 全局分析模具点云和CAD模型误差分析，根据五色点云充分分析误差状况，提供相关数据，使数控加工、工艺人员和钳工装配人能够快速确定进一步的工艺方案，同时可以通过虚拟手段预知冲压模具研合情况，完全避免只有上压力机，进行零件冲压和对碰时才能知道模具状况的传统手段，在实际生产中具有非常实际的意义。数字化研合在国内外被众多的汽车模具企业不同程度的采用，大幅度缩短了试模周期。
4. “在机检测”（OMV）解决方案。 OMV 是一种在数控加工机床上使用的、用于自动化测量自由曲面和几何体的离线编程软件系统（见图2）。采用在机检测，航空航天制造企业可以方便地在初加工、半精加工等阶段就很好地控制产品精度。在加工过程中，当零件没有从数控机床上卸下之前，还能在制造过程中做出是否继续、是否返工等“英明”决定。
图2 “在机检测”系统示意
通过在加工的每一个阶段监测被加工零件的质量，可节省大量的加工时间。它能够尽早地发现加工中出现的任何误差，并尽快地将其修正，从而极大地降低成本，该系统可以输出多种形式、可与理论CAD模型对比的数据报告，针对研合检测配合面即可。
制件扫描——制件测量的高效和分析自动化
1. 根据经验数据或者仿真系统数据获取覆盖件弹性变形趋势线，在模具制造之前根据经验数据对零件可能的变化趋势进行“矫枉过正”，等模具制造完成压件弹性回变后达到设计要求，此方式的几何调整可以采用Delcam PowerSHAPE的模仿变形功能，通过定义影响区域，给定变形条件而进行几何调整，PowerSHAPE不具备弹性回变的分析功能，只能是根据其他仿真软件数据或者经验数据进行给定变形条件。
2. 该功能同时也可以使用工艺补充调整，即在进行冲压仿真时快速修改工艺并进行分析，避免重复造型，例如要修改局部区域的拔模角度，传统模式必须通过重新造型完成，耗费了大量的时间，而采用全局模仿变形功能，便可以快速完成。
3. 对通过冲压分析后发现的缺陷区域进行快速模型工艺处理，无须重新造型，在国内的应用会改变现有模式，若分析出现问题，要返回工艺设计人员或部门，进行重新造型，然后再分析等，过程会多次反复，使用此工具可以快速处理问题区域工艺缺陷，快速调整模型。
精加工模面扫描
使用PowerSHAPE的模仿变形，根据扫描数据和CAD模型对比分析出变形曲线，进行模仿变形，然后进行二次数控加工，具体实施难度可能会较大，制模周期增加。此方法产生的原因主要是因为当前在分析领域不能很好的解决覆盖件制件翘区变形的分析，往往需要根据企业长期积累的经验进行处理。
一键式结构面编程
使用该功能尽管在快速制模的准备阶段耗费了大量时间，但作为快速工艺补充和标准件设计，使用工艺补充和模具标准件等使一天完成模具结构设计成为可能，不仅效率高，同时也实现了无纸化制造。PowerSHAPE开发了专业的覆盖件模具设计模块，该软件学习起来较为快速，大约3～5天的培训即可承担模具设计和快速工艺补充等工作。
该软件的具体实施步骤为：
1. 自动最小拉延深度定位。
2. 切边展开工具。
3. 快速工艺补充面设计。
4. 自动工艺补充快速生成工具和自定义快速工艺补充面生成工具。
5. 覆盖件模具标准件库和用户自定义。
无人化加工
数控加工车间无人职守加工，是业界追求的一个高层次阶段，东北某汽车覆盖件模具公司在两年前基于PowerMILL就实施完成覆盖件数控加工车间的无人职守加工、刀具寿命管理、数控编程安全规范等，基于编程规范的建立，使数控加工最大限度地减少了人为的错误。
根据实际的情况，实现无人职守加工需要具备的条件和规范有：编程标准规范化；模型处理标准；刀库标准；制订安全的PowerMILL编程标准；安全保障标准；后处理管理；数控程序控制标准；备刀信息标准；程序标单标准；无过错工艺知识库积累；无过错刀具参数知识库积累；无过错碰撞干涉检查规程积累；无过错工艺表单自动生成；无过错备刀文件自动生成；无过错加工策略使用以及软件全程无过切。
无人化数控加工，Delcam PowerMILL有其优势，同时也是Delcam 公司的旗舰产品，产品经过近几年的发展，又有了很大的提高，并且专注在CAM领域发展，同时在专业的覆盖件设计领域也具有一定的专长。
7、多线程技术和后台运算技术
汽车模具注重效率和成本，在模具制造精度、改拼装模具为整体模具，不断寻求更好的技术，新版本的PowerMILL10.0和新的电脑技术有更好的结合，采用支持多线程计算、多CPU、支持后台运算，更加有效的提高编程效率和加工效率，从提高大模型、高精度计算方面有非常大的增强，更加强化了PowerMILL在支持汽车覆盖件、内饰件类产品等大模型、高精度、高速的优势，路径优化能较好的提高机床加工效率。同时使用64位的计算机，意味这可以使用更大内存和系统后台运算及系统管理能力，如下图：
假如一个不具备多线程和后台运算的传统软件，编程人员一天8小时内可以生成5.5小时的刀具路径，时间包括思考, 实验, 后处理 1.5 小时 （每天8小时），刀路编辑1 小时（每天8小时）计算5.5 小时 （每天8小时）；那么，一个PowerMILL 10的编程人员可以生成等效于13.5小时的道具路径，因为计算机在计算的同时，编程人员仍然可以进行工作，多线程可以保证更快的计算速度和更高精度的计算，计算机能力的提升，软件开发可以在安全性、刀具路径优化做的更优秀，路径的优化及结合机床运动性能，最大限度的减少速度损失，可以让数控机床提高15%以上的加工效率。
综合上述，在汽车模具发展的不同阶段，采用更先进的技术有效的提高产能，以解决企业发展到一定程度的瓶颈问题显得至观重要，特别在数控加工车间动辄几十台高端数控设备，固定资产上亿或几亿人民币，效率和成本成为制模企业首先关注的问题，砍掉落后产能是我们模具制造企业必须面对和痛下决心来实施和完成的。
参考文献：
《丰田模具制造技术》天津市汽车模具股份有限公司 作者：常世平
《汽车覆盖件冲压成形技术》作者：崔令江编 出版社：机械工业出版社
《论“覆盖件模具设计与制造”十二年的发展》天津市汽车模具股份有限公司 作者：常世平
《基于PowerMILL软件知识库的参数化数控编程》一汽模具有限公司 作者：韩小寒 隋志华 翟万略
《基于 Powermill 的 汽车覆盖件模具的数控编程》 哈飞汽车模具 马海真 姜彬 高莉研
《DELCAM加工软件PowerMILL在天汽模具的应用报告》天津汽车模具有限公司 张波 (end)
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(7/10/2009) |
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