UG/CAM在汽車覆蓋件模具加工中的應(yīng)用

    汽車覆蓋件模具加工是一項(xiàng)較為復(fù)雜的機(jī)械加工。不久前，某汽車制造廠委托我們加工一套汽車覆蓋件模具加工的任務(wù)，為確保模具加工出合格零件，必須對(duì)零件及加工過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助分析。首先，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立出零件模型；然后，根據(jù)零件模型的特點(diǎn)，建立扳金件的模具模型；第三要扳金零件的成型過程進(jìn)行分析；第四是成套模具的加工分析；第五是模具零件的數(shù)控加工。經(jīng)過初步分析該零件加工過程至少需要拉延、切邊沖孔、整形翻邊等三套主要模具，根據(jù)模具特點(diǎn)認(rèn)為采用UG/CAD和UG/CAM作為設(shè)計(jì)工具，臺(tái)中精機(jī)的V140加工中心（加工范圍X1400mm、Y700mm、Z700mm，刀庫(kù)容量30把，BT50刀柄，控制系統(tǒng)FANUC）作為主要加工機(jī)床，經(jīng)過兩個(gè)月時(shí)間完成了與廠家的協(xié)調(diào)、建模、加工，加工出合格模具并交付廠家，受到了廠家的好評(píng)與肯定。在建模和加工的過程中，我們遇到并且解決了很多問題。本文將對(duì)建模和加工的過程及遇到的問題作較為詳細(xì)的探討，希望能對(duì)數(shù)控編程和加工人員有所啟示和幫助。

1 廠家提供的資料和加工要求

    廠家提供給我們的資料有這套模具的一套加工圖紙和左、右側(cè)板的UG模型，如圖1，圖2所示。廠家要求用我們生產(chǎn)出的模具加工出來的零件應(yīng)當(dāng)與左側(cè)板左下部分和右側(cè)板右下部分相吻合，保證間隙最大不超過0.5mm。模具大小有1000mm×600mm,0.5mm的要求還是很高的。所以，我們既要參考模具圖，又要參考左側(cè)板和右側(cè)板的UG模型進(jìn)行建模，難度可想而知。

左側(cè)板（圖 1）

右側(cè)板（圖 2）

２ 覆蓋件模具數(shù)控加工特點(diǎn)

    一個(gè)汽車覆蓋件一般需要經(jīng)過拉延、切邊、沖孔、整形翻邊等工序才能完成沖壓成型，覆蓋件模具也大致分為拉延模、切邊沖孔模、整形翻邊模。而每套模具又由不同的部分組成。經(jīng)過我們的建模，具體如下： 拉延模：凸模（圖３）、凹模（圖5）、壓邊圈（圖4）、退料芯等。

凸模（圖3）

壓邊圈（圖 4）

凹模（圖5）

切邊沖孔模：凸模（圖9）切邊模（圖8）推進(jìn)器（圖6）等。

推進(jìn)器（圖 6）

切邊沖孔模產(chǎn)生的零件模型（圖 7）

切邊模（圖 8）

凸模（圖9）

整形翻邊模：凹模（圖10）凸模（圖11）等。

凹模（圖 10）

凸模（圖11）

    因此，不同類型的模具其加工方式是不同的。同類型的模具也會(huì)因?yàn)槠湫兔娌煌�而采用不同的加工方式�?

    覆蓋件模具一般采用的加工方式有粗加工、精加工、輪廓加工、以及清根加工等。

３ 模具 UG／CAD 建模

    UG具有強(qiáng)大的曲線曲面的建模功能。本套模具的建模主要以生成片體為主，大量采用CURVE和FREE FORM FEATURE功能，如圖12所示。

(圖12)

在建模的過程中要注意以下幾點(diǎn)：

３．１ 有時(shí)需要在面與面之間進(jìn)行縫合，如果面與面之間的邊界相差太大，將導(dǎo)致縫合失敗。若將縫合誤差加大，雖能縫合起來，但其面的質(zhì)量將大大下降，甚至出現(xiàn)異形。在UG進(jìn)行MANUFACTURING運(yùn)算的時(shí)候，允許面與面之間存在間隙，但是間隙太大，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算失敗，或者刀具路徑產(chǎn)生跳躍，當(dāng)程序很長(zhǎng)時(shí)，又不容易發(fā)現(xiàn)問題。如果采用這樣的程序，會(huì)產(chǎn)生刀具和零件碰撞的現(xiàn)象，造成較大的損失。

３．２ 特別對(duì)與具有復(fù)雜曲面模具的建模來說，應(yīng)當(dāng)靈活應(yīng)用UG提供的各種關(guān)于點(diǎn)、線、面的各種功能。當(dāng)一種方法遇到困難時(shí)，要多試探別的方法。比如對(duì)于片體的修剪，可以利用線進(jìn)行修剪，也可以利用面進(jìn)行修剪。

３．３ 建模是加工的基礎(chǔ)，只要把模型建好，加工是不存在問題的，只是你做出來的程序存在合理的問題、效率的問題、程序長(zhǎng)短的問題和經(jīng)驗(yàn)的問題。這些問題都比較細(xì)致，可以通過平時(shí)的工作得以提高，沒有捷徑，程序編制沒有最好，只有更好。建模和程序編制的用時(shí)比例應(yīng)當(dāng)是6:4。要成為UG高手，首先要把建模做好。

４ 模具UG／CAM數(shù)控加工編程

４．１ 坐標(biāo)系的確定

    UG的坐標(biāo)系包括絕對(duì)坐標(biāo)系、工作坐標(biāo)系（WCS）和加工坐標(biāo)系（MCS）。它非常符合汽車覆蓋件模具的制造需要，汽車覆蓋件模具的建模采用絕對(duì)坐標(biāo)系，當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)工藝的時(shí)候，采用工作坐標(biāo)系，數(shù)控加工編程時(shí)采用加工坐標(biāo)系。我們要求工作坐標(biāo)系和加工坐標(biāo)系一致。坐標(biāo)系一致，有利于模具加工時(shí)的定位和找正。由于UG／CAM刀具軸的默認(rèn)方向?yàn)閆軸，所以當(dāng)我們加工同一套模具的凸模和凹模時(shí)，其加工坐標(biāo)系原點(diǎn)一樣，只是Z軸相差180度。當(dāng)建立加工坐標(biāo)系的時(shí)候，只要將WCS旋轉(zhuǎn)，然后根據(jù)WCS建立MCS即可。

４．２ 刀具選擇

    數(shù)控銑床所用的刀具主要有：牛鼻刀，立銑刀，球頭刀等。對(duì)于不同的加工方式采用不同的刀具類型和刀具規(guī)格。 由于模具粗加工去除的材料是比較多的，加工時(shí)間也比較長(zhǎng)，所以我們采用可換刀片的牛鼻刀進(jìn)行加工，刀具直徑在Φ20—Φ35之間。 球頭刀主要用于型面和清根加工。型面加工一般用Φ16—Φ25的刀具，清根加工根據(jù)R的大小可用Φ6—Φ10的刀具。

４．３ 粗加工

    汽車覆蓋件模具的材料一般選用鉻鉬鑄鐵，毛坯采用實(shí)型鑄造，加工余量比較大，通常有15-25mm。在整型翻邊模中往往裝有鑲塊，其材料通常采用工具鋼，如：CrWMn。這些零件很難一次加工成型，必須進(jìn)行粗加工。

    一般采用層銑的方式進(jìn)行粗加工，UG提供了很多層銑切削方式如：CAVITY_MILL,ZLEVEL_FOLLOW_CAVITY,ZLEVEL_ZIGZAG等。下面以拉延模凹模（圖5）的粗加工為例進(jìn)行說明，如圖13所示，我們采用CAVITY_MILL，其參數(shù)和方法如圖示。

(圖13)

    特別強(qiáng)調(diào)，由于零件毛坯很大，大小有1000mm×600mm左右，為了減小不必要的走刀路徑，選擇的BLANK(毛坯)要進(jìn)行特別的處理，一定要深入現(xiàn)場(chǎng)，確定BLANK（毛坯）的實(shí)際形狀和尺寸，然后建立BLANK（毛坯）的UG模型，使兩者相差不大。

４．４ 清根加工

    清根加工是我們做模具加工時(shí)經(jīng)常用到的一種加工方法，UG的清根加工操作非常方便，計(jì)算速度很快。UG提供的加工方式有三種： FLOWCUT_SINGLE,FLOWCUT_MULTIPLE,FLOWCUT_REF_TOOL,可以根據(jù)實(shí)際情況選擇加工方式。下面以拉延模凹模（圖５）的清根加工為例進(jìn)行說明，如圖14所示，我們采用FLOWCUT_REF_TOOL，其參數(shù)和方法如圖示。

(圖14)

４．５ 輪廓加工

    輪廓加工也是我們做模具加工時(shí)經(jīng)常用到的一種加工方法，通常用于加工拉延模的凸模外輪廓，壓邊圈的內(nèi)輪廓，切邊沖孔模的凸模、推進(jìn)器的外輪廓，切邊模的內(nèi)輪廓，以及整形翻邊模凸模的外輪廓。輪廓加工既可以作為零件輪廓的精加工，也可以作為零件輪廓去除材料的粗加工，非常有用。

    輪廓加工所依據(jù)的是一條曲線，可以利用MILL_PLANAR菜單下的CLEANUP_CORNERS, PLANAR_PROFILE編制輪廓加工程序，特別的，可以利用MILL_CONTOUR菜單下的CONTOUR_ZIGZAG編制輪廓加工程序，只需要在AREA MILLING METHOD菜單下，將PATTERN設(shè)置成PROFILE即可, 如圖15所示。

(圖15)

４．６ 數(shù)控程序的生成

    當(dāng)?shù)毒呗窂缴�成之后，�?jīng)過模擬仿真和檢查確定無誤之后，即可生成通用的刀位軌跡原文件，即CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）文件，然后通過UG提供的后處理工具GPM(GRAPHICS POSTPROCESSING MODULE)模塊,只要將用戶機(jī)床的機(jī)床數(shù)據(jù)文件MDF（MACHINE DATA FILE）和刀位軌跡原文件結(jié)合在一起，經(jīng)自動(dòng)處理后即可生成該機(jī)床的NC加工代碼，非常方便。這里，用戶需要根據(jù)自己的機(jī)床，利用UG提供的后處理工具M(jìn)DFG生成特定機(jī)床的MDFA文件。

５ 結(jié)束語(yǔ)

    通過加工模具的項(xiàng)目過程，感覺到模具的要求越來越高，加工周期越來越短，加工模具的風(fēng)險(xiǎn)也越來越大。為確保模具一次加工成功，必須采用先進(jìn)的CAD/CAM設(shè)計(jì)工具，最大限度地減少設(shè)計(jì)過程帶來的失誤。UG具有強(qiáng)大的建模和加工能力，對(duì)于從事機(jī)械加工的工藝人員來說，要掌握好CAD/CAM是加工復(fù)雜模具一次成功的有效工具。本文介紹了我們?cè)趯?shí)際加工中的過程和一些經(jīng)驗(yàn)，希望能與同行進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流