遙控器后蓋模具的三維設計與加工

李 碩，易重喜，陳柳侃

（1.華中科技大學武昌分校機電與自動化學院，湖北武漢 430064）；2.東風汽車有限公司東風商用車公司，湖北武漢 430056）

0 緒論

目前，CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展非常迅速，特別是一些三維設計軟件如Pro/E、UG、MasterCAM等都具備了從設計到加工模擬的一系列功能，這使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設計數(shù)據(jù)成為可能，設計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程可以全部在計算機上完成。本文所研究的主要內(nèi)容是CAD/CAM技術(shù)在模具造型及加工上的應用以及具體在數(shù)控銑床上的實際操作與加工。用UG 軟件的CAD 模塊對遙控器后蓋塑件的三維模型進行結(jié)構(gòu)分析，用UG 的CAM 模塊編寫模具的型芯和型腔的數(shù)控加工程序，在計算機上進行模擬加工仿真，修改調(diào)整后，再把NC代碼輸入到加工中心以工程塑料為原料加工出型芯和型腔的實物。

1 遙控器后蓋的三維模型

遙控器后蓋的效果圖如圖1 所示，它的造型特點主要是結(jié)構(gòu)復雜，不僅有小孔、小凹槽、小圓臺和加強筋，還有流線曲面的設計。遙控器塑料外殼后蓋由內(nèi)外兩個輪廓構(gòu)成：外輪廓表面由光滑的曲面和平面組成，還有用于通風的小孔和小槽，非常精致、小巧，而且手感很好，側(cè)面有兩個階梯面，可用于遙控器前后蓋配合定位，并且需要打入自攻螺絲來固定前后蓋。內(nèi)輪廓也由曲面和平面構(gòu)成，只是多了用于定位和固定的自攻螺絲孔，中間的四個自攻螺絲孔是用于固定芯片的，前后和周圍的自攻螺絲孔是用于前后蓋固定的。

圖1 遙控器后蓋三維模型

2 遙控器后蓋的型腔和型芯的數(shù)控加工

2.1 型腔加工

通過對遙控器后蓋的結(jié)構(gòu)特點分析，利用UG 軟件的“注塑模具設計”模塊設計出其型腔和型芯的結(jié)構(gòu)[1-2]。遙控器后蓋塑料模具結(jié)構(gòu)比較復雜，帶復雜的曲面。分析型腔的三維模型，可以看到型腔里面有一些帶曲面的小凸臺加工還是有點難度的，還有兩個點澆口不適合用數(shù)控加工，需要用電火花加工，具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

表1 型腔加工工藝方案表

2.1.1 型腔加工工藝分析

模具型腔的材料為預硬型塑料模具鋼3Cr2Mo（P20）。其切削加工性能及拋光性能均優(yōu)于45鋼，在相同的拋光條件下，表面粗糙度值比45鋼低1～3 級。毛坯為130 mm×280 mm×52 mm，六面平整。

加工原點設置在毛坯上表面的正中間，如下所示：

X軸：毛坯模型的中心；

Y軸：毛坯模型的中心；

Z軸：毛坯模型的上表面。

確定哪些地方需要電極加工，然后拆電極。型腔中的6 個帶曲面的小凸臺需要幾次粗加工。精加工用的刀具較小，所以主軸轉(zhuǎn)速比較大，該模具放在高速機上加工比較適合。

2.1.2 型腔加工方案

加工程序是用UG 軟件編寫的，在進行了刀具、進給速度等參數(shù)設置后，完成型腔加工工藝方案表，如表1所示。

2.2 型芯加工

遙控器后蓋塑料模具結(jié)構(gòu)比較復雜，帶復雜的曲面。分析型芯的三維模型，可以看到型芯上有一些很窄的小凹槽，即塑件的加強筋，加工還是有一定的難度，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 型腔結(jié)構(gòu)

圖3 型芯結(jié)構(gòu)

2.2.1 型芯加工工藝分析

模具型芯的材料也為預硬型塑料模具鋼3Cr2Mo（P20）。其切削加工性能及拋光性能均優(yōu)于45鋼，在相同的拋光條件下，表面粗糙度值比45 鋼低1～3 級。毛坯為130 mm×280 mm×52 mm，六面平整。

加工原點設置在毛坯上表面的正中間，同型腔的設置。

2.2.2 型芯加工方案

用同樣的操作步驟得到型芯加工工藝方案表，如表2所示。

表2 型芯加工工藝方案表

3 型腔和型芯的仿真和實物加工

3.1 模擬加工

UG 軟件的CAM 模塊提供了加工環(huán)境設置，包括CAM 會話設置和CAM 設置兩個部分，分別可以設置加工的模板（如型腔銑加工設置等）和加工方法（如平面銑加工等），設置完成后，單擊初始化，就完成了加工環(huán)境的定制。UG軟件不僅能夠模擬產(chǎn)片的整個加工過程，給出加工的刀具軌跡，還能夠輸出NC代碼以供實際加工。如圖4和圖5分別為型腔和型芯在UG軟件進行仿真加工后的效果圖[3-4]。

圖4 型腔的仿真效果

圖5 型芯的仿真效果

3.2 實物加工

圖6 加工出的型腔實物

UG 軟件雖然能夠直接輸出NC 代碼到數(shù)控機床，但在程序運行的時候往往會出現(xiàn)這樣那樣的問題，特別是有很多小曲面的零件。因此，各個參數(shù)要在UG軟件中反復的進行修改，再進行后處理生成NC 代碼，生成的NC 代碼有時候還要修改，再通過電腦傳到加工中心中，最后用工程塑料代替鋼把型芯和型腔加工出來[5]。

實際加工中，考慮到加工效率的問題和機床的運作成本，在用? 6 的球刀精加工時，本來設置的球刀殘余高度為0.01 mm，后來把殘余高度改成了0.1 mm，因此，加工出的實物表面不夠光滑。加工出的型腔實物如圖6 所示，型芯的實物如圖7所示。

4 結(jié)論

本文實例是一個典型的CAD/CAM技術(shù)的應用和體現(xiàn)，利用UG軟件強大的三維建模和數(shù)控加工功能，在軟件中進行了加工工藝參數(shù)設置和后處理，并完成模擬加工生成NC代碼。這種設計方法結(jié)合了先進的計算機輔助設計與制造的理念，充分體現(xiàn)了產(chǎn)品設計和制造的一體化概念，并且驗證了CAD/CAM軟件進行設計和加工的可行性和精確度。

圖7 加工出的型芯實物

［1］衛(wèi)兵工作室.UG NX 數(shù)控加工實例教程［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［2］展迪優(yōu).UG NX6.0數(shù)控加工教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

［3］魏寶麗，夏顯明，張華.基于Pro／E 的齒輪精鍛成形模具設計與數(shù)控加工仿真［J］.機床與液壓，2010（4）：23-27.

［4］錢楊林，錢春華.遙控器前模整體電極的數(shù)控加工研究及其應用［J］.制造業(yè)自動化，2010（7）：71-73.

［5］丁廣文，張建，崔向群.UG與MasterCAM的數(shù)控加工功能比較［J］.機床與液壓，2010（8）：97-98.