何晶

遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧丹東 118009

計算機輔助工藝設(shè)計在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用

何晶

遼寧機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧丹東 118009

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以計算機為載體的相關(guān)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，而且這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了加工效率，還有效地提高了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。通過對計算機輔助工藝設(shè)計的介紹，分析計算機輔助工藝設(shè)計在模具數(shù)控加工中的具體應(yīng)用。

計算機輔助工業(yè)設(shè)計；模具；數(shù)控加工

1 計算機輔助工藝設(shè)計

計算機輔助設(shè)計，也被稱為CAPP，它是computer aided process planning的縮寫，它的作用主要是通過使用計算機來完成工藝零件的加工工藝過程的制定，并將毛坯加工成零件圖紙上所要求的零件。計算機輔助設(shè)計可以在進行零件加工工藝時通過向計算機輸入所需要加工零件的各種信息，如零件的形狀、尺寸大小以及零件材料、數(shù)量等，計算機按照所輸入的資料自動生成零件的生產(chǎn)工藝路線和供需等過程。

2 計算機輔助工業(yè)設(shè)計在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用

2.1 計算機輔助工業(yè)設(shè)計應(yīng)用于模具粗加工工藝中的參數(shù)選擇

例如，在機車覆蓋件的加工中，由于機車中覆蓋件的空間結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，不利于人員掌握覆蓋件的結(jié)構(gòu)規(guī)律，進而增加了模具工藝參數(shù)的計算。所以，在選擇模具的加工方案時，首先要做的是將加工資源和模具參數(shù)等相關(guān)參數(shù)輸入計算機主導(dǎo)的數(shù)控機床控制平臺，創(chuàng)建出零件加工的資源和工藝數(shù)據(jù)庫，獲得零件自身的所有信息，如尺寸大小、數(shù)量以及參數(shù)等；然后進行零件加工的控制編碼和數(shù)控程序單的編制。這些控制編碼都是由文字、數(shù)字以及符號按照固定的規(guī)范和編碼格式所編織而成的，由數(shù)控機床控制平臺發(fā)出相應(yīng)的零件加工動作指令。以下是通過對機車覆蓋件的模具粗加工工藝的實例分析，具體介紹模具計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造/分布式數(shù)控（CAD/CAM/DNC）的一體化過程。

1）通過使用激光測量出模具的相關(guān)數(shù)據(jù)并掃描出它的造型，把獲取的模具模型的表面特征用坐標的方式通過計算機傳遞到數(shù)控系統(tǒng)中，進行模型圖像處理，控制系統(tǒng)再通過對編碼的運算向各工序傳遞指令，在數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)動下驅(qū)動機器運轉(zhuǎn)，完成加工工序。

2）在數(shù)控系統(tǒng)運行的過程中，要綜合性地考慮零件的半徑，以及不同類型加工中的刀具之間的關(guān)系。首先，根據(jù)零件的模型，計算出零件的相關(guān)參數(shù)。如最小和平均曲率半徑，如果這兩項的數(shù)值相差較小，則可以選擇相同的刀具來完成零件精加工；如果兩項數(shù)值相差大，就采用不同類型的刀具完成精加工。其次，在進行零件的半精加工或者粗加工時，最重要的是在加工方案確定后選擇合適的加工刀具以及工步數(shù)等。當凹邊界的夾角處于0°和180°之間時，粗加工刀具的選擇要以最大直徑值為標準。當凸邊界的夾角不小于180°時，可以選擇任意直徑的刀具或者以加工的實際情況為標準進行選擇。

2.2 計算機輔助工藝設(shè)計在模具粗加工走刀方式選擇中的應(yīng)用

1）粗銳刀位軌跡的生成。首先是將模具模型進行分層，也就是降維處理，從原有的三維模型得到一個二維的模型輪廓，進而得出2D的軌跡。在這一過程中，要對生成的輪廓進行處理，獲取相交面的交線，這條交線可以使用參數(shù)曲線近似表示。然后以上一步結(jié)果為標準，生成2D刀位。同時，粗銳刀位軌跡的生成主要包括兩種軌跡的生成方法。1）螺旋線刀位軌跡生成。螺旋線刀位軌跡的生成主要有兩種方法，即偏置法和區(qū)域分治算法。其中，偏置法指的是直接對輪廓進行偏置以取得刀位的軌跡，但是這種方法不適用于復(fù)雜的輪廓，因此在實際應(yīng)用中也很少；而另一種方法則是利用輪廓的角劃分區(qū)域，使得每個區(qū)域都能夠從屬于邊界線，然后再劃分刀位軌跡，這是一種常用的算法。2）平行線刀位軌跡的生成。使用這種方法最重要的是要先確定參考線，并以參考線為基準劃分區(qū)域，進而獲得刀位軌跡，主要有單、雙向兩種軌跡生成方法。

2）走刀方式與軌跡長度之間的關(guān)系分析。在一個特定的區(qū)域中，即使零件加工的相關(guān)參數(shù)相同，如果選擇的刀具和刀位軌跡生成方式不同，所形成的刀位軌跡也會有所差異，所以，怎樣選擇一個合適的走刀方式，對零件的加工工藝具有非常重要的作用。

2.3 計算機輔助工藝設(shè)計應(yīng)用于模具精加工的參數(shù)選擇

一般來說，模具加工的對象都不是成品，所以，加工工藝的選擇對成品的質(zhì)量具有重要影響。而且在進行曲面加工時，判斷的精準性和干預(yù)也是一個影響因素。因此，在進行零件的精加工時，要切實考慮加工的效率因素。

2.4 計算機輔助工藝設(shè)計應(yīng)用于模具精加工走刀方式的選擇

在零件的精加工中，刀位軌跡的生成是以參數(shù)空間的軌跡生成方法為基礎(chǔ)的，它按照參數(shù)曲面參數(shù)來計算刀位軌跡，進而獲取與目標曲面相應(yīng)的刀位。這種方法由于它的簡便成為使用較為廣泛的方法之一。而且這種方法所獲得的軌跡與投影的方向相關(guān)聯(lián)。如果要求很高的離散度，那么所獲取的軌跡精度與模型就更為相似，反之亦相反。同時，不同的走刀方式會引起銑削狀態(tài)的不同，進而對零件加工的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，為了保證銑削狀態(tài)的良好性，要合理選擇走刀方式。

3 計算機輔助工藝設(shè)計在模具數(shù)控加工工藝中的技術(shù)實施

計算機輔助工藝設(shè)計的應(yīng)用理論是通過使用以文字、數(shù)字和符號組成的代碼將與零件相關(guān)的信息傳遞到計算機中，進而形成專業(yè)的零件信息數(shù)據(jù)庫。同時，將工藝人員的思想、實踐經(jīng)驗以計算機可識別的方式輸入到控制系統(tǒng)中，形成工藝控制庫，對零件進行邏輯分析和參數(shù)計算，并生成相應(yīng)的文件。在這一過程中，計算機輔助工藝設(shè)計發(fā)揮著極其重要的作用。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以及計算機輔助設(shè)計、制造、工藝設(shè)計等技術(shù)的發(fā)展，在模具數(shù)控加工工藝中使用計算機輔助工藝設(shè)計，會大大減少加工時間，提高加工效率，進而提高數(shù)控加工的信息傳遞和處理能力。

首先，計算機輔助工藝設(shè)計為模具數(shù)控加工提供了一個信息分析、處理的工作平臺。零件相關(guān)的數(shù)據(jù)庫所包含的所有零件加工工序的數(shù)據(jù)和工藝知識，都是為數(shù)控加工的邏輯推理和計算奠定基礎(chǔ)。因為數(shù)控系統(tǒng)可以確定零件加工所需的各種資源。也就是說，它是模具數(shù)控加工中最為重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。

其次，在模具的數(shù)控加工中，工藝是聯(lián)系產(chǎn)品和加工的重要紐帶，而傳統(tǒng)的加工工藝并不適用于現(xiàn)代模具加工的要求。模具數(shù)控加工工藝主要由兩部分組成，即方案設(shè)計和工序設(shè)計。而且，在這兩部分中，方案設(shè)計是以對模具的結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的，只有在確定結(jié)構(gòu)之后才能夠進行方案設(shè)計和工序設(shè)計，然后再按照設(shè)計結(jié)構(gòu)對模具進行加工。

最后，在模具數(shù)控加工過程中，結(jié)構(gòu)分析是數(shù)控加工的依據(jù)，同時也是實施計算機輔助工藝設(shè)計的組成內(nèi)容，因為數(shù)控加工工藝的完成都是按照模具結(jié)構(gòu)分析所得的信息為依據(jù)的。在模具的數(shù)控加工中使用計算機輔助工藝設(shè)計，不僅可以提高整體的零件制造水平，還可以較大程度地提高產(chǎn)品質(zhì)量，所以，加工工藝也是產(chǎn)品質(zhì)量的一個保證。此外，計算機輔助工藝設(shè)計還可以提高工藝的科學(xué)化、精準化和規(guī)范化。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機相關(guān)工藝技術(shù)已經(jīng)在企業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，計算機輔助制造、工藝設(shè)計等技術(shù)在工業(yè)中的改革作用已經(jīng)被充分體現(xiàn)出來。

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1671-489X(2012)18-0125-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.125

作者：何晶，碩士，副教授，研究方向為機械設(shè)計與制造、模具設(shè)計與制造、汽車使用與維修。