汽車(chē)覆蓋件模具的設(shè)計(jì)

摘要：分析了汽車(chē)覆蓋件模具的特點(diǎn)，以哈飛松花江HF10車(chē)尾門(mén)外板模具制造為例，介紹了應(yīng)用Powermill軟件對(duì)汽車(chē)覆蓋件模具數(shù)控加工工藝的規(guī)劃，并說(shuō)明了數(shù)控編程中加工策略的選擇及參數(shù)的設(shè)置。ProgramesofNCmachiningtechnologiesFormachiningcoverofAutomobilemouldsbasedonPowermill(HarbinUniversityofScienceandTechnology,52XuefuRoad,Harbin150080,CHNHafeiAutomobilemouldCo.Ltd,51BaoguoRoad,Harbin150060,CHN)關(guān)鍵詞：Powermill汽車(chē)覆蓋件模具數(shù)控加工加工策略參數(shù)設(shè)置Abstract:BasedontheanalysisofthetechnologiesforNCmachiningofCoverofAutomobilemouldsandtheircharacteristics,ThecommonlyusedNCmachiningtechnologieswithPowermillareintroduced.Throughatualapplicationtail-doorouterpanelmouldofHF10,theproposedmachiningtacticsindifferentworkingprocedurearepresentedandthesettingofkeymachinigngparametersareintroduced.Keywords:Powermill;CoverofAutomobilemoulds;CNCmachining;machiningtactic;parameterssetting引言：模具工業(yè)是汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，在汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)的要求，車(chē)身外覆蓋件的幾何形狀日趨復(fù)雜，汽車(chē)車(chē)身就是由這些輪廓尺寸較大且具有復(fù)雜空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成，因此對(duì)覆蓋件尺寸精度和表面質(zhì)量有較高要求，這就對(duì)覆蓋件模具的加工質(zhì)量提出了更高的要求；此外，新車(chē)型更新?lián)Q代的速度不斷加快，覆蓋件模具的制造周期越來(lái)越短。如何在合同期內(nèi)保質(zhì)保量完成覆蓋件模具的制造成為各模具廠(chǎng)家急待解決的問(wèn)題。PowerMill是英國(guó)DELCAM公司開(kāi)發(fā)的一款獨(dú)立的3D加工軟件，廣泛的應(yīng)用在中國(guó)覆蓋件模具的制造企業(yè)，如一汽模具制造、東風(fēng)汽車(chē)制造、天津汽車(chē)模具制造等都是它的用戶(hù)。PowerMILL可由輸入的模型快速產(chǎn)生無(wú)過(guò)切的刀具路徑，提供了從粗加工到精加工的全部選項(xiàng)，加工策略非常豐富，而且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、刀軌計(jì)算速度快，對(duì)生成的加工軌跡可以進(jìn)行仿真校驗(yàn)，以確保生成的數(shù)控加工程序準(zhǔn)確無(wú)誤，特別適合模具加工。哈飛汽車(chē)模具中心自2001年引進(jìn)了PowerMill軟件后，一直把該軟件作為模具數(shù)控加工的唯一編程軟件，先后完成了哈飛松花江系列如中意、民意、賽馬、路寶、賽豹等車(chē)型的內(nèi)、外覆蓋件及底盤(pán)件近千套模具的數(shù)控加工，也為河北興林、重慶力帆、吉林輕汽等企業(yè)完成了幾個(gè)車(chē)型外板、內(nèi)板件部分模具的數(shù)控加工。對(duì)比之前公司使用的CAD/CAM軟件，編程效率和加工質(zhì)量大大提高，極大增強(qiáng)了企業(yè)在國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。下面結(jié)合即將上市的HF10車(chē)型尾門(mén)外板的凹模模具，筆者介紹一下PowerMill軟件在汽車(chē)覆蓋件模具數(shù)控加工中關(guān)于工藝規(guī)劃和編程策略上的一些經(jīng)驗(yàn)和方法。1汽車(chē)覆蓋件模具的特點(diǎn)汽車(chē)覆蓋件模具與一般的零件模具相比，具有體積大、工作型面復(fù)雜、自由曲面多、加工精度要求高、制造周期長(zhǎng)、模具制造成本高等特點(diǎn)，因此有計(jì)劃的對(duì)汽車(chē)覆蓋件模具加工進(jìn)行工藝規(guī)劃就顯得十分重要。2汽車(chē)覆蓋件模具數(shù)控加工的工藝規(guī)劃以HF10尾門(mén)外板凹模數(shù)控加工為例，模具材料是鉬釩鑄鐵，數(shù)控加工范圍是1580×1460×280mm，其工藝規(guī)劃是：（1）依據(jù)HF10尾門(mén)外板產(chǎn)品數(shù)模（如圖1）用CATIA軟件建立汽車(chē)尾門(mén)外板凹模所需的加工模型（如圖2）。（2）確定加工坐標(biāo)系。汽車(chē)覆蓋件產(chǎn)品的建模采用車(chē)身坐標(biāo)系，覆蓋件模具建模采用模具坐標(biāo)系，數(shù)控加工編程時(shí)也采用模具坐標(biāo)系，這樣有利于模具加工時(shí)的定位和找正。（3）數(shù)控加工工序設(shè)置。加工工序一般可分為：局部粗加工→預(yù)清角→粗加工→粗清角→半精加工→小刀粗清角→精加工→精清角工序。（4）刀具的選擇。數(shù)控加工刀具選擇的總原則是適用、安全、經(jīng)濟(jì)。（5）加工程序參數(shù)設(shè)置。包括行距、公差、加工余量、進(jìn)退刀位置及方式等。（6）生成刀具加工軌跡，進(jìn)行刀具路徑檢驗(yàn)。（7）對(duì)生成的加工軌跡進(jìn)行后置處理，產(chǎn)生NC程序。3數(shù)控編程中加工策略的選擇及加工參數(shù)的設(shè)置（1）局部粗加工。由于毛坯的加工余量較大且分布很不均勻，直接大范圍的使用一種加工策略來(lái)進(jìn)行全部粗加工，會(huì)造成刀具的不穩(wěn)定切削，加速刀具磨損，對(duì)刀具使用壽命和模具加工質(zhì)量不利，所以在真正粗加工前要進(jìn)行局部粗加工，局部粗加工主要針對(duì)模具的陡峭部位或模具局部鑲鍛件的部位，加工策略一般采用采用輪廓區(qū)域清除、等高加工方式或三維偏置方式，推薦使用同正式粗加工直徑相同的刀具。本加工實(shí)例局部粗加工使用?50R25的球頭刀，公差為0.1mm。加工策略采用以凸模外形線(xiàn)為參考線(xiàn)使用三維偏置方式，余量為1.5mm，行距為5mm。如圖3：圖3局部粗加工刀路（2）預(yù)清角。主要針對(duì)模具的內(nèi)圓角即凹R部位，清除這些部位的多余廢料，有利于粗加工順利進(jìn)行，加工策略一般為筆式清角，推薦使用同正式粗加工直徑相同的刀具。本例中預(yù)清角采用筆式清角策略，余量為1.2mm，切削方向采用順銑，分界角45°，如圖4：圖4預(yù)清角加工刀路（3）粗加工。其目的在于從毛坯上盡可能高效、大面積地去除大部分的余量，粗加工時(shí)切削效率是主要考慮因素。加工策略推薦使用最佳等高、三維偏置或平行加工方式。本例中粗加工采用三維偏置加工方式，余量為1.0mm，行距為5mm，切削方向選任意，如圖5：圖5粗加工刀路（4）粗清角主要針對(duì)粗加工后仍未加工到位的凹R部位，加工策略常用自動(dòng)清角方式，根據(jù)本加工實(shí)例特點(diǎn)，粗清角使用自動(dòng)清角策略，刀具為?30R15，公差0.05mm，余量0.5mm，切削方向選任意。（5）半精加工。半精加工是介于粗加工和精加工之間的一個(gè)過(guò)渡工序，其目的是繼續(xù)去除粗加工后留在模具表面的加工余量，使精加工余量更小且比較均勻，便于精加工時(shí)采用較小的切削量、較高的切削速度。加工策略可選用最佳等高、三維偏置或平行加工方式，本例中半精加工使用平行加工策略，刀具為?30R15，公差0.05mm，余量0.2mm，行距2.5mm，切削角度為45°。（6）小刀粗清角是指在精加工前用比精加工所用刀具直徑小的刀具對(duì)粗清角、半精加工后仍未加工到位的所有的凹R部位再次清角，盡可能減少精加工時(shí)凹R部位加工余量。如圖6所示：圖6小刀粗清角刀路本例中小刀粗清角使用自動(dòng)清角策略，刀具為?20R10，公差0.03mm，余量0.1mm，切削方向選任意。（7）精加工。精加工是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最終形狀最關(guān)鍵的一步，模具的表面質(zhì)量和尺寸精度都是由該工序保證的。由于拋光余量極少，因此在精加工后的表面應(yīng)基本沒(méi)有明顯刀痕，且尺寸基本到位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，加工時(shí)應(yīng)采用較小的切削量、較高的切削速度。本例中精加工使用平行加工策略，刀具為?30R15，公差0.02mm，余量0mm，行距0.5mm。編制程序應(yīng)注意：1）、密化走刀軌跡，例如本例中刀具直徑為?30，行距設(shè)為0.5mm，目的就是在保證效率的前提下，密化走刀軌跡，提高模具表面質(zhì)量；2）、行切端點(diǎn)處不允許直線(xiàn)過(guò)渡以避免刀具加工方向的突然改變。一般采用水平圓弧過(guò)渡的方法，如果行切間距太小，應(yīng)采用垂直圓弧的過(guò)渡方法，如圖7所示：圖7精加工時(shí)圓弧式切入切出（8）精清角。精加工后在模具凹R處可能還會(huì)有較小的加工余量，這些殘留余量如果沒(méi)有銑削掉，將來(lái)對(duì)沖壓件的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響，因此對(duì)這些局部位置還要進(jìn)行清角加工。通常精清角加工要分幾次來(lái)完成，每次所使用的刀具依次按照從大到小順序選擇。精清角的加工策略一般采用自動(dòng)清角或多筆清角中單筆清角。本實(shí)例精清角加工過(guò)程如下：第1次精清角加工，選用?16R8球頭刀使用多筆清角中單筆清角策略，公差0.02mm，余量0.1mm，切削方向選順銑；第2次精清角加工，選用?12R6球頭刀使用自動(dòng)清角策略，公差0.02mm，余量0mm，分界角60°，殘留高度0.015mm，參考刀具?20R10，重疊6mm；第3次精清角加工，選用?10R5球頭刀使用多筆清角中單筆清角策略，公差0.02mm，余量0mm，切削方向選順銑；第4次精清角加工，選用?8R4球頭刀使用自動(dòng)清角策略，公差0.02mm，余量0mm，分界角60°，殘留高度0.015mm，參考刀具?12R6，重疊1mm；其中?12R6、?8R4球頭刀在加工立邊接近垂直處凹R時(shí)，所需刀具要比較長(zhǎng)，但若所有刀路都用長(zhǎng)刀加工，加工效率低，質(zhì)量也不穩(wěn)定，這時(shí)我們就要分別考慮，能用短刀的區(qū)域盡量用短刀，局部用長(zhǎng)刀。如圖8綠色刀路用短刀，灰色刀路用長(zhǎng)刀。圖8精清角長(zhǎng)、短刀刀路4刀具路徑檢驗(yàn)PowerMill具有可視化的加工仿真模擬功能，可直觀查看產(chǎn)生的刀具路徑在實(shí)際情況下如何進(jìn)行加工，檢查過(guò)切、碰撞和加工質(zhì)量等切削情況，仿真時(shí)系統(tǒng)將以中等速度動(dòng)態(tài)模擬完整的加工切削過(guò)程，便于編程人員檢查加工過(guò)程的合理性與正確性。5生成加工程序產(chǎn)生完畢一系列刀具路徑后，經(jīng)過(guò)模擬仿真和檢查確定無(wú)誤之后，需要將這些刀具路徑按其在NC機(jī)床中的加工順序排列，然后通過(guò)PowerMill提供的后處理模塊經(jīng)自動(dòng)處理后即可產(chǎn)生機(jī)床代碼文件.T