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UG/CAM在汽车覆盖件模具加工中的应用 |
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作者：高军波 胡南红 丁来军 |
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汽车覆盖件模具加工是一项较为复杂的机械加工。不久前，某汽车制造厂委托我们加工一套汽车覆盖件模具加工的任务，为确保模具加工出合格零件，必须对零件及加工过程进行计算机辅助设计和辅助分析。首先，应根据设计要求建立出零件模型；然后，根据零件模型的特点，建立扳金件的模具模型；第三要扳金零件的成型过程进行分析；第四是成套模具的加工分析；第五是模具零件的数控加工。经过初步分析该零件加工过程至少需要拉延、切边冲孔、整形翻边等三套主要模具，根据模具特点认为采用UG/CAD和UG/CAM作为设计工具，台中精机的V140加工中心（加工范围X1400mm、Y700mm、Z700mm，刀库容量30把，BT50刀柄，控制系统FANUC）作为主要加工机床，经过两个月时间完成了与厂家的协调、建模、加工，加工出合格模具并交付厂家，受到了厂家的好评与肯定。在建模和加工的过程中，我们遇到并且解决了很多问题。本文将对建模和加工的过程及遇到的问题作较为详细的探讨，希望能对数控编程和加工人员有所启示和帮助。
1 厂家提供的资料和加工要求
厂家提供给我们的资料有这套模具的一套加工图纸和左、右侧板的UG模型，如图1，图2所示。厂家要求用我们生产出的模具加工出来的零件应当与左侧板左下部分和右侧板右下部分相吻合，保证间隙最大不超过0.5mm。模具大小有1000mm×600mm,0.5mm的要求还是很高的。所以，我们既要参考模具图，又要参考左侧板和右侧板的UG模型进行建模，难度可想而知。
左侧板（图 1）
右侧板（图 2）
２ 覆盖件模具数控加工特点
一个汽车覆盖件一般需要经过拉延、切边、冲孔、整形翻边等工序才能完成冲压成型，覆盖件模具也大致分为拉延模、切边冲孔模、整形翻边模。而每套模具又由不同的部分组成。经过我们的建模，具体如下： 拉延模：凸模（图３）、凹模（图5）、压边圈（图4）、退料芯等。
凸模（图3）
压边圈（图 4）
凹模（图5）
切边冲孔模：凸模（图9）切边模（图8）推进器（图6）等。
推进器（图 6）
切边冲孔模产生的零件模型（图 7）
切边模（图 8）
凸模（图9）
整形翻边模：凹模（图10）凸模（图11）等。
凹模（图 10）
凸模（图11）
因此，不同类型的模具其加工方式是不同的。同类型的模具也会因为其型面不同而采用不同的加工方式。
覆盖件模具一般采用的加工方式有粗加工、精加工、轮廓加工、以及清根加工等。
３ 模具 UG／CAD 建模
UG具有强大的曲线曲面的建模功能。本套模具的建模主要以生成片体为主，大量采用CURVE和FREE FORM FEATURE功能，如图12所示。
(图12)
在建模的过程中要注意以下几点：
３．１ 有时需要在面与面之间进行缝合，如果面与面之间的边界相差太大，将导致缝合失败。若将缝合误差加大，虽能缝合起来，但其面的质量将大大下降，甚至出现异形。在UG进行MANUFACTURING运算的时候，允许面与面之间存在间隙，但是间隙太大，会导致运算失败，或者刀具路径产生跳跃，当程序很长时，又不容易发现问题。如果采用这样的程序，会产生刀具和零件碰撞的现象，造成较大的损失。
３．２ 特别对与具有复杂曲面模具的建模来说，应当灵活应用UG提供的各种关于点、线、面的各种功能。当一种方法遇到困难时，要多试探别的方法。比如对于片体的修剪，可以利用线进行修剪，也可以利用面进行修剪。
３．３ 建模是加工的基础，只要把模型建好，加工是不存在问题的，只是你做出来的程序存在合理的问题、效率的问题、程序长短的问题和经验的问题。这些问题都比较细致，可以通过平时的工作得以提高，没有捷径，程序编制没有最好，只有更好。建模和程序编制的用时比例应当是6:4。要成为UG高手，首先要把建模做好。
４ 模具UG／CAM数控加工编程
４．１ 坐标系的确定
UG的坐标系包括绝对坐标系、工作坐标系（WCS）和加工坐标系（MCS）。它非常符合汽车覆盖件模具的制造需要，汽车覆盖件模具的建模采用绝对坐标系，当我们设计工艺的时候，采用工作坐标系，数控加工编程时采用加工坐标系。我们要求工作坐标系和加工坐标系一致。坐标系一致，有利于模具加工时的定位和找正。由于UG／CAM刀具轴的默认方向为Z轴，所以当我们加工同一套模具的凸模和凹模时，其加工坐标系原点一样，只是Z轴相差180度。当建立加工坐标系的时候，只要将WCS旋转，然后根据WCS建立MCS即可。
４．２ 刀具选择
数控铣床所用的刀具主要有：牛鼻刀，立铣刀，球头刀等。对于不同的加工方式采用不同的刀具类型和刀具规格。 由于模具粗加工去除的材料是比较多的，加工时间也比较长，所以我们采用可换刀片的牛鼻刀进行加工，刀具直径在Φ20—Φ35之间。 球头刀主要用于型面和清根加工。型面加工一般用Φ16—Φ25的刀具，清根加工根据R的大小可用Φ6—Φ10的刀具。
４．３ 粗加工
汽车覆盖件模具的材料一般选用铬钼铸铁，毛坯采用实型铸造，加工余量比较大，通常有15-25mm。在整型翻边模中往往装有镶块，其材料通常采用工具钢，如：CrWMn。这些零件很难一次加工成型，必须进行粗加工。
一般采用层铣的方式进行粗加工，UG提供了很多层铣切削方式如：CAVITY_MILL,ZLEVEL_FOLLOW_CAVITY,ZLEVEL_ZIGZAG等。下面以拉延模凹模（图5）的粗加工为例进行说明，如图13所示，我们采用CAVITY_MILL，其参数和方法如图示。
(图13)
特别强调，由于零件毛坯很大，大小有1000mm×600mm左右，为了减小不必要的走刀路径，选择的BLANK(毛坯)要进行特别的处理，一定要深入现场，确定BLANK（毛坯）的实际形状和尺寸，然后建立BLANK（毛坯）的UG模型，使两者相差不大。
４．４ 清根加工
清根加工是我们做模具加工时经常用到的一种加工方法，UG的清根加工操作非常方便，计算速度很快。UG提供的加工方式有三种： FLOWCUT_SINGLE,FLOWCUT_MULTIPLE,FLOWCUT_REF_TOOL,可以根据实际情况选择加工方式。下面以拉延模凹模（图５）的清根加工为例进行说明，如图14所示，我们采用FLOWCUT_REF_TOOL，其参数和方法如图示。
(图14)
４．５ 轮廓加工
轮廓加工也是我们做模具加工时经常用到的一种加工方法，通常用于加工拉延模的凸模外轮廓，压边圈的内轮廓，切边冲孔模的凸模、推进器的外轮廓，切边模的内轮廓，以及整形翻边模凸模的外轮廓。轮廓加工既可以作为零件轮廓的精加工，也可以作为零件轮廓去除材料的粗加工，非常有用。
轮廓加工所依据的是一条曲线，可以利用MILL_PLANAR菜单下的CLEANUP_CORNERS, PLANAR_PROFILE编制轮廓加工程序，特别的，可以利用MILL_CONTOUR菜单下的CONTOUR_ZIGZAG编制轮廓加工程序，只需要在AREA MILLING METHOD菜单下，将PATTERN设置成PROFILE即可, 如图15所示。
(图15)
４．６ 数控程序的生成
当刀具路径生成之后，经过模拟仿真和检查确定无误之后，即可生成通用的刀位轨迹原文件，即CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）文件，然后通过UG提供的后处理工具GPM(GRAPHICS POSTPROCESSING MODULE)模块,只要将用户机床的机床数据文件MDF（MACHINE DATA FILE）和刀位轨迹原文件结合在一起，经自动处理后即可生成该机床的NC加工代码，非常方便。这里，用户需要根据自己的机床，利用UG提供的后处理工具MDFG生成特定机床的MDFA文件。
５ 结束语
通过加工模具的项目过程，感觉到模具的要求越来越高，加工周期越来越短，加工模具的风险也越来越大。为确保模具一次加工成功，必须采用先进的CAD/CAM设计工具，最大限度地减少设计过程带来的失误。UG具有强大的建模和加工能力，对于从事机械加工的工艺人员来说，要掌握好CAD/CAM是加工复杂模具一次成功的有效工具。本文介绍了我们在实际加工中的过程和一些经验，希望能与同行进行经验交流。(end)
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(1/26/2005) |
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佳工网友
于8/28/2005 9:10:00 PM评论说：
我们希望有更多的朋友把在数控领域中的经验或遇到的问题与我们探讨.
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对 CAD/CAM软件 有何见解？请到 CAD/CAM软件论坛 畅所欲言吧！
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