UG/CAM在汽車模具制造加工行業(yè)中的應(yīng)用

王拴會(huì) 薄 蕾 阿 健

（陜西黃河工模具有限公司，陜西 西安 710043）

1 引言

汽車工業(yè)經(jīng)過(guò)100多年的快速發(fā)展，現(xiàn)如今已經(jīng)發(fā)展到了實(shí)用性、舒適性、美觀性等集一起的程度，相應(yīng)的汽車模具行業(yè)也就面對(duì)著具有更加復(fù)雜型面的高精度模具的外形加工，這種模具它的加工往往具有三維型面復(fù)雜、精度要求高、加工成型難度大等特點(diǎn)。通過(guò)分析以上在加工制造過(guò)程中普遍存在的技術(shù)問(wèn)題，以及結(jié)合本人多年對(duì)UG軟件的應(yīng)用摸索，現(xiàn)以自己在工作中具體加工過(guò)的某一產(chǎn)品凸模鑲塊為例，介紹一些適應(yīng)此類復(fù)雜型面模具加工的數(shù)銑編程技巧。

2 建立數(shù)模型面

任何一款軟件都有著各自的特點(diǎn)，我們就UG軟件自身里面的各種加工方式做一些簡(jiǎn)單介紹。具有一定初步行業(yè)知識(shí)的同行都應(yīng)該知道，任何軟件程序刀軌的計(jì)算必須依托三維數(shù)模型面，所以數(shù)模型面是基礎(chǔ)，生成刀軌的好壞和數(shù)模型面有著直接的關(guān)系，因此前期數(shù)模的建立切不可掉以輕心。（圖1所示為某一產(chǎn)品凸模鑲塊的三維數(shù)模）UG軟件具有很強(qiáng)的建模功能，具體這里就不過(guò)多的介紹了，只是就建模時(shí)應(yīng)該注意的一些問(wèn)題作些歸納。

圖1 凸模鑲塊的三維數(shù)模

（1）經(jīng)常建模的同行都有個(gè)切身的感受，在進(jìn)行面與面之間進(jìn)行縫合時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)縫合失敗，這時(shí)大家就會(huì)對(duì)縫合參數(shù)不斷的進(jìn)行修正“妥協(xié)”，直到縫合成功，但是這些經(jīng)過(guò)“妥協(xié)” 縫合的面其質(zhì)量已經(jīng)大大下降，有的甚至出現(xiàn)扭曲變形。UG進(jìn)行MANUFACTURING運(yùn)算的時(shí)候，對(duì)面與面之間存在間隙有一定公差允許范圍，但我們經(jīng)過(guò)“妥協(xié)”后縫合的面往往間隙太大，常常導(dǎo)致運(yùn)算失敗，有時(shí)即使通過(guò)運(yùn)算也會(huì)出現(xiàn)刀具路徑跳躍，當(dāng)型面比較大程序很長(zhǎng)時(shí)，出現(xiàn)的這些路徑跳躍不容易被發(fā)現(xiàn)。如果數(shù)控人員采用這樣的程序，會(huì)在模具型面產(chǎn)生扎刀等一系列嚴(yán)重后果。

（2）當(dāng)遇到復(fù)雜曲面模具的建模，我們應(yīng)該充分利用UG軟件提供的各種關(guān)于點(diǎn)、線、面和體的功能。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)行修剪等，盡可能的提高建模質(zhì)量，這樣不但可以提高后續(xù)程序編程的質(zhì)量，也可提高編程效率，從而為模具生產(chǎn)加工提供較好的技術(shù)支持。

3 UG／CAM數(shù)控程序編程

3.1 確定加工坐標(biāo)系

UG／CAM的坐標(biāo)系具體分為絕對(duì)坐標(biāo)系、工作坐標(biāo)系（WCS）和加工坐標(biāo)系（MCS）。在現(xiàn)實(shí)中具體選擇使用哪種坐標(biāo)系要根據(jù)工作性質(zhì)來(lái)區(qū)分，例如：當(dāng)進(jìn)行建模工作時(shí)因采用絕對(duì)坐標(biāo)系，當(dāng)進(jìn)行設(shè)計(jì)工藝工作時(shí)采用工作坐標(biāo)系，當(dāng)進(jìn)行數(shù)控加工程序編程時(shí)采用加工坐標(biāo)系。具體工作過(guò)程中我們要求工作坐標(biāo)系與加工坐標(biāo)系一致，兩種坐標(biāo)系的一致，能夠保證設(shè)計(jì)與加工不易出錯(cuò)，有利于模具加工時(shí)的定位。由于UG／CAM加工刀具軸的默認(rèn)方向?yàn)閆軸，所以在同一個(gè)UG文件中我們加工同一套模具的上模鑲塊（凸模）與下模鑲塊（凹模）時(shí)，其加工坐標(biāo)系原點(diǎn)一樣，只是Z軸相差180度。我們建立加工坐標(biāo)系的時(shí)候，只要將WCS旋轉(zhuǎn)，然后根據(jù)WCS建立MCS即可。

3.2 刀具選擇

數(shù)控銑床所用的刀具種類繁多，根據(jù)不同的加工材料選取不同的刀具不但能夠提高加工效率，而且能夠延長(zhǎng)刀具的使用壽命。這里就不一一介紹了，下面就以凸模鑲塊（常見材料Cr12MoV）為例介紹刀具的選擇，一般選擇圓鼻刀，立銑刀，球頭刀三種刀具，根據(jù)加工順序我們?cè)谌U料的粗銑階段多使用圓鼻刀，立銑刀，在進(jìn)入精銑、清根時(shí)多采用球頭刀。同一種刀具，我們也會(huì)根據(jù)加工鑲塊的大小、曲率、深度采用不同直徑的刀具，例如圓鼻刀常用的刀具直徑一般Φ20～Φ63之間、球頭刀常用的刀具直徑一般Φ6～Φ32之間。（其中型面精加工的球頭刀刀具直徑一般選取Φ6～Φ16、清根加工根據(jù)R的大小選用Φ6～Φ16）。

3.3 零件的粗加工（去廢料）

模具材料的選擇是根據(jù)汽車零件料厚來(lái)定，一般料厚t≥1.6的產(chǎn)品的模具，成型材料選用合金工具鋼，如：Cr12MnV、SDLL等；而對(duì)于料厚t＜1.6的產(chǎn)品的模具，成型材料選用鉻鉬鑄鐵等，不管毛坯是采用實(shí)型鑄造的還是鍛件鑲塊，加工余量都比較大。尤其是型面復(fù)雜的零件很難一次加工成型，必須進(jìn)行粗加工→半精加工→精加工→清根等步驟才能完成。

一般情況下粗銑加工我們采用分層銑的方式進(jìn)行，UG提供了很多分層銑切削方式如：CAVITY_MILL、ZLEVEL_FOLLOW_CORE、CORNER_ROUGH等。本文以下模鑲塊（凸模）的粗加工為例進(jìn)行說(shuō)明，我們采用CAVITY_MILL分層銑削，參數(shù)設(shè)置和刀軌如圖2所示。（現(xiàn)實(shí)加工中參數(shù)的設(shè)置還要根據(jù)具體數(shù)控機(jī)床來(lái)調(diào)整）特別值得注意的是，大多數(shù)情況下我們選擇的BLANK(毛坯)要進(jìn)行特別的處理，具體就要求程序編程人員一定要深入現(xiàn)場(chǎng)，確定BLANK（毛坯）的實(shí)際形狀和尺寸，然后在計(jì)算機(jī)創(chuàng)建BLANK（毛坯）的UG模型，盡可能的使計(jì)算機(jī)模型與現(xiàn)實(shí)BLANK（毛坯）接近，從而優(yōu)化刀軌提高加工效率。

圖2 下模鑲塊（凸模）粗加工參數(shù)設(shè)置及刀軌

3.4 零件的半精加工和精加工

在UG／CAM軟件中FIXED CONTOUR是自帶的三軸聯(lián)動(dòng)加工模塊,它給用戶提供了一種完全的、綜合的加工平臺(tái),基本上可以適應(yīng)實(shí)際中各種工序加工的需要,可滿足進(jìn)行粗加工（不是粗加工的最優(yōu)選擇）、半精加工、精加工、清根等操作,這種加工平臺(tái)還提供了多種走刀方式和驅(qū)動(dòng)方法（如沿邊界切削、放射狀切削、螺旋切削及用戶自定義方式切削等）,可自由規(guī)劃刀具的三維空間運(yùn)動(dòng)軌跡及加工精度,可以用來(lái)加工任何形狀的型腔或零件表面。

下面我們還是以下模鑲塊（凸模）為例，用FIXED CONTOUR模塊和ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊兩種方法（區(qū)域銑削和等高銑削），分別進(jìn)行半精加工和精加工進(jìn)行如下比較。

圖3 半精加工（FIXED CONTOUR模塊）

圖4 半精加工（ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊）

圖3和圖5分別為FIXED CONTOUR模塊（區(qū)域銑削）驅(qū)動(dòng)方式半精加工和精加工的刀軌以及相應(yīng)參數(shù)設(shè)置，圖4和圖6分別為ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊（等高銑削）驅(qū)動(dòng)方式半精加工和精加工的軌以及相應(yīng)參數(shù)設(shè)置。在上述兩種方法的半精加工及精加工中的主要參數(shù)設(shè)置是一致的，但我們通過(guò)仔細(xì)分析比較它們各自的刀軌不難發(fā)現(xiàn)：在型面相對(duì)平坦的區(qū)域，F(xiàn)IXED CONTOUR模塊生成的刀軌紋路非常理想，但在型面的陡峭區(qū)域，F(xiàn)IXED CONTOUR模塊生成的刀軌紋路就非常糟糕，而ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊在不同區(qū)域刀軌紋路的生成恰好與前者相反。

根據(jù)以上加工示例觀察我們可以得出結(jié)論，在數(shù)控加工具有復(fù)雜陡峭型面的產(chǎn)品時(shí)，根據(jù)區(qū)域的不同分別選擇區(qū)域銑削和等高銑削進(jìn)行加工，能夠更好的保證型面的加工精度，滿足產(chǎn)品的需求。

圖5 精加工（FIXED CONTOUR模塊）

圖6 精加工（ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊）

3.5 零件的清根加工

經(jīng)常做模具加工程序的同行都有個(gè)深刻的體會(huì)，模具加工時(shí)有的型面比較復(fù)雜，縱深大，局部根部R小，如果采用大刀具加工效率和加工范圍雖然比較高，但根部R加工不到位，而采用小刀具雖然根部R能夠加工到位，但它有加工效率低又有刀桿太短、加工范圍較小等弊端，因此多數(shù)情況下我們都采用遞進(jìn)式加工方法，即先用大刀具加工，再用小刀具清根的方式。UG的清根加工操作簡(jiǎn)單方便，且計(jì)算速度快。UG提供的清根方式比較多，編者結(jié)合平時(shí)的實(shí)際工作，感覺(jué)以下幾種方式在生產(chǎn)加工中實(shí)用性最佳：FLOWCUT_SINGLE、FLOWCUT_MULTIPLE、FLOWCUT_REF_TOOL、FLOWCUT_SMOOTH,讀者可以根據(jù)自己公司的加工習(xí)慣和具體零部件選擇不同的加工方式。

根據(jù)作者多年在一線的加工編程經(jīng)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，幾種不同的清根方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，比如單線清根（FLOWCUT_SINGLE）效率高，但加工時(shí)吃刀量大，對(duì)刀片的磨損率極高，同時(shí)的效果較差；而后面的多線清根方式加工效率雖然較低，但在加工時(shí)對(duì)刀片的磨損較小，最重要的是其加工質(zhì)量更好。因此，我們?cè)趯?shí)際加工編程中，要根據(jù)具體需要加工的零部件我們將這幾種加工方法交替使用。例如：我們根據(jù)前一工序加工刀具（比如為Φ32球頭刀）的大小選取比它稍小的Φ25球頭刀進(jìn)行單線清根（FLOWCUT_SINGLE），其次用再小一些的Φ20球頭刀進(jìn)行參考刀具偏置的方法清根（FLOWCUT_REF_TOOL），然后再用更小的Φ16球頭刀進(jìn)行單線清根（FLOWCUT_SINGLE）……這樣依次進(jìn)行下去，這種遞進(jìn)式的加工方式不僅能夠大幅提高加工生產(chǎn)效率，而且它能保證復(fù)雜零部件型面各部位的加工精度要求，進(jìn)而對(duì)以后模具的裝配生產(chǎn)產(chǎn)生積極的影響。

3.6 零件加工數(shù)控程序的生成

當(dāng)UG對(duì)零部件的加工刀軌計(jì)算完成以后，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)刀具刀軌模擬仿真及對(duì)其走刀可靠性檢查確定無(wú)誤之后，我們就可以利用UG的后處理模塊生成數(shù)控機(jī)床通常加工使用的刀具軌跡原文件，即 CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）文件，然后我們只需將加工機(jī)床的機(jī)床數(shù)據(jù)文件MDF（MACHINE DATA FILE）和刀位軌跡原文件 CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）結(jié)合在一起，經(jīng)過(guò)UG自動(dòng)處理模塊后即可生成該機(jī)床的NC加工代碼，非常方便快捷。需要指出的是，用戶需要根據(jù)自己的機(jī)床處理代碼（例如FANUC6-12.pui、TNC355.pui等），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。（這里需要指出的是這些NC加工代碼具體操作者可以根據(jù)自己的加工習(xí)慣進(jìn)行參數(shù)修改，但前提是要保證加工的安全性）

4 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了UG/CAM數(shù)控編程的基本思路和過(guò)程，通過(guò)對(duì)圖1下模鑲塊（凸模）數(shù)控程序的編程過(guò)程解剖分析比較，總結(jié)出：對(duì)于不同鑲塊（或同一鑲塊的不同區(qū)域）采用不同加工方式可以達(dá)到即提高加工效率、又優(yōu)化加工質(zhì)量的目的，在此希望能夠與國(guó)內(nèi)汽車模具加工同行進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，從而達(dá)到共同提高。

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