UG/CAM在汽車覆蓋件模具加工中的應用

    汽車覆蓋件模具加工是一項較為復雜的機械加工。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，為確保模具加工出合格零件，必須對零件及加工過程進行計算機輔助設計和輔助分析。首先，應根據(jù)設計要求建立出零件模型；然后，根據(jù)零件模型的特點，建立扳金件的模具模型；第三要扳金零件的成型過程進行分析；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)模具特點認為采用UG/CAD和UG/CAM作為設計工具，臺中精機的V140加工中心（加工范圍X1400mm、Y700mm、Z700mm，刀庫容量30把，BT50刀柄，控制系統(tǒng)FANUC）作為主要加工機床，經(jīng)過兩個月時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。本文將對建模和加工的過程及遇到的問題作較為詳細的探討，希望能對數(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當與左側板左下部分和右側板右下部分相吻合，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，又要參考左側板和右側板的UG模型進行建模，難度可想而知。

左側板（圖 1）

右側板（圖 2）

２ 覆蓋件模具數(shù)控加工特點

    一個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）推進器（圖6）等。

推進器（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。同類型的模具也會因為其型面不同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：

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

３．２ 特別對與具有復雜曲面模具的建模來說，應當靈活應用UG提供的各種關于點、線、面的各種功能。當一種方法遇到困難時，要多試探別的方法。比如對于片體的修剪，可以利用線進行修剪，也可以利用面進行修剪。

３．３ 建模是加工的基礎，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、程序長短的問題和經(jīng)驗的問題。這些問題都比較細致，可以通過平時的工作得以提高，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比例應當是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 坐標系的確定

    UG的坐標系包括絕對坐標系、工作坐標系（WCS）和加工坐標系（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坐標系，當我們設計工藝的時候，采用工作坐標系，數(shù)控加工編程時采用加工坐標系。我們要求工作坐標系和加工坐標系一致。坐標系一致，有利于模具加工時的定位和找正。由于UG／CAM刀具軸的默認方向為Z軸，所以當我們加工同一套模具的凸模和凹模時，其加工坐標系原點一樣，只是Z軸相差180度。當建立加工坐標系的時候，只要將WCS旋轉，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，加工時間也比較長，所以我們采用可換刀片的牛鼻刀進行加工，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，必須進行粗加工。

    一般采用層銑的方式進行粗加工，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)要進行特別的處理，一定要深入現(xiàn)場，確定BLANK（毛坯）的實際形狀和尺寸，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設置成PROFILE即可, 如圖15所示。

(圖15)

４．６ 數(shù)控程序的生成

    當?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,只要將用戶機床的機床數(shù)據(jù)文件MDF（MACHINE DATA FILE）和刀位軌跡原文件結合在一起，經(jīng)自動處理后即可生成該機床的NC加工代碼，非常方便。這里，用戶需要根據(jù)自己的機床，利用UG提供的后處理工具MDFG生成特定機床的MDFA文件。

５ 結束語

    通過加工模具的項目過程，感覺到模具的要求越來越高，加工周期越來越短，加工模具的風險也越來越大。為確保模具一次加工成功，必須采用先進的CAD/CAM設計工具，最大限度地減少設計過程帶來的失誤。UG具有強大的建模和加工能力，對于從事機械加工的工藝人員來說，要掌握好CAD/CAM是加工復雜模具一次成功的有效工具。本文介紹了我們在實際加工中的過程和一些經(jīng)驗，希望能與同行進行經(jīng)驗交流