基于UG的模具自由曲面數(shù)控加工工藝規(guī)劃研究

秦紅星，齊鐵力

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

基于UG的模具自由曲面數(shù)控加工工藝規(guī)劃研究

秦紅星，齊鐵力

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

對(duì)模具自由曲面數(shù)控加工工藝的規(guī)劃方法進(jìn)行研究，建立了適于模具自由曲面數(shù)控加工的工藝規(guī)劃。針對(duì)某模具的自由曲面，根據(jù)工藝規(guī)劃得到的自由曲面加工工藝參數(shù)，在UG NX 8.0中設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)，生成刀具加工路徑，進(jìn)行仿真加工，獲得其數(shù)控加工代碼。實(shí)例加工證明，該規(guī)劃方法使模具加工工藝信息得到了最大程度地有效利用，降低了模具設(shè)計(jì)的工作量，提高了生產(chǎn)效率，降低了設(shè)計(jì)成本。

模具；自由曲面；數(shù)控加工工藝；UG

0 引言

隨著科技的進(jìn)步，具有自由曲面特征的產(chǎn)品大量出現(xiàn)，小到各種塑料包裝，大到汽車(chē)、飛機(jī)，這些產(chǎn)品的外觀(guān)都免不了采用曲面造型[1]，這對(duì)具有自由曲面零件的模具生產(chǎn)提出了更高的要求。低成本、高效率、高精度成為模具自由曲面加工制造的研究焦點(diǎn)[2-5]。數(shù)控加工工藝是自由曲面模具加工過(guò)程中的關(guān)鍵因素，因此根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)要求、機(jī)床參數(shù)、刀具選擇等多項(xiàng)信息，確定合理高效的數(shù)控加工工藝參數(shù)，對(duì)模具的生產(chǎn)制造十分必要[6]。本文應(yīng)用UG NX 8.0三維軟件，針對(duì)某模具自由曲面，研究其數(shù)控加工工藝參數(shù)和規(guī)劃方法，生成高效的加工刀具路徑，并進(jìn)行仿真加工和實(shí)際驗(yàn)證。

1 自由曲面加工工藝

模具自由曲面的數(shù)控加工工藝規(guī)劃與常規(guī)機(jī)械加工有所不同，具有一定的特殊性和復(fù)雜性。模具自由曲面的數(shù)控加工成本偏高，而且周期較長(zhǎng)，所以應(yīng)采用先進(jìn)的工藝規(guī)劃方法和生產(chǎn)管理手段[7]。

1.1 工藝規(guī)劃方法

模具實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)對(duì)自由曲面的描述、加工要求等相關(guān)信息，利用刀具選型和切削加工經(jīng)驗(yàn)，能夠得到合理的自由曲面數(shù)控加工工藝規(guī)劃方案。

根據(jù)不同的生產(chǎn)任務(wù)，采取不同的工藝規(guī)劃方法。目前，常用的方法主要有實(shí)例匹配法、工藝模板法和知識(shí)推理法等[8]。

加工模具自由曲面時(shí)，首先運(yùn)用實(shí)例匹配選取合理的加工工藝方案。如果實(shí)例匹配度較好，則直接采用工藝知識(shí)庫(kù)中的實(shí)例進(jìn)行規(guī)劃；如果匹配度不是很高，則采用工藝模板法進(jìn)行規(guī)劃；如果實(shí)例匹配度較低，則采用知識(shí)推理規(guī)劃方法選取加工工藝參數(shù)，做出實(shí)用且合理的切削參數(shù)[9]，并且將新的加工方案錄入工藝知識(shí)庫(kù)備用。如圖1所示。

圖1 工藝規(guī)劃流程

1.2 工藝知識(shí)庫(kù)

工藝參數(shù)是在加工工藝規(guī)劃時(shí)產(chǎn)生和使用的數(shù)據(jù)，利用Access數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)，構(gòu)成工藝知識(shí)庫(kù)。進(jìn)行工藝規(guī)劃時(shí)，不僅可以利用工藝知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，而且還可以把新生成的工藝參數(shù)錄入到工藝知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)中。工藝知識(shí)庫(kù)對(duì)模具自由曲面的加工起到了很好的指示作用，避免因重復(fù)規(guī)劃加工工藝而造成時(shí)間浪費(fèi)，有助于提高生產(chǎn)效率[10]。

2 仿真加工

以某模具自由曲面的一部分為例，依據(jù)加工工藝規(guī)劃方法，得出該曲面的粗加工基本參數(shù)，并在UG NX 8.0中對(duì)加工工藝和粗加工程序進(jìn)行仿真。

2.1 模型裝載

將掃描處理后的模具自由曲面導(dǎo)入U(xiǎn)G NX 8.0軟件中，然后點(diǎn)選“開(kāi)始”菜單，在下拉列表中啟動(dòng)“加工”模塊，并在“加工環(huán)境”對(duì)話(huà)框中選擇“MILL_CONTOUR”加工模式，進(jìn)入U(xiǎn)G加工界面。如圖2所示。

圖2 模具自由曲面模型

2.2 坐標(biāo)系的定義

在UG工具欄點(diǎn)選“創(chuàng)建幾何體”圖標(biāo)，使用“MCS”子類(lèi)型，并在對(duì)話(huà)框中設(shè)置，“指定MCS”設(shè)置為“X軸、Y軸、原點(diǎn)”，安全距離設(shè)置為10。如圖3所示。

圖3 MCS設(shè)置

2.3 幾何體的定義

定義好坐標(biāo)系后，點(diǎn)選“創(chuàng)建幾何體”圖標(biāo)，選擇“WORKPIECE”子類(lèi)型，在“工件”對(duì)話(huà)框中分別指定自由曲面的部件和毛坯。如圖4所示。

圖4 工件定義

2.4 加工方法的設(shè)置

在工具欄中點(diǎn)選“創(chuàng)建方法”圖標(biāo)，彈出“創(chuàng)建方法”的對(duì)話(huà)框，此時(shí)選擇“MILL_ROUGH”方式，在“銑削方法”對(duì)話(huà)框中設(shè)置粗加工參數(shù)分別為：部件余量1.00 mm，內(nèi)公差0.03 mm，外公差0.12 mm，切削方法HSM ROUGH MILLING，切削進(jìn)給率1 800 mm/min。如圖5所示。

圖5 銑削方法設(shè)定

2.5 刀具創(chuàng)建

在工具欄中單擊“創(chuàng)建刀具”圖標(biāo)，刀具名稱(chēng)設(shè)定為D20R4，并設(shè)置銑刀相應(yīng)參數(shù)。如圖6所示。

圖6 刀具參數(shù)設(shè)置

2.6 型腔銑及參數(shù)設(shè)置

打開(kāi)“創(chuàng)建工序”，并在其中設(shè)置“型腔銑”子類(lèi)型，并確定程序、刀具、幾何體、方法等項(xiàng)。如圖7所示。

圖7 創(chuàng)建工序

在“型腔銑”刀軌設(shè)置其加工方法為“MILL_ROUGH”，切削模式為“跟隨部件”，步距選擇“刀具平直百分比”70%，每刀公共深度設(shè)置為2 mm。在“進(jìn)給率和速度”對(duì)話(huà)框中設(shè)置表面速度為100 mm/s，每齒進(jìn)給量0.45 mm/r，主軸轉(zhuǎn)速2 000 r/mm，切削進(jìn)給量1 800 mm/min。如圖8所示。

圖8 切削用量設(shè)置

2.7 刀具路徑生成及仿真

以上所有設(shè)置操作完成之后，就可以生成刀具路徑。如圖9所示。

圖9 刀具路徑生成

刀路確認(rèn)后開(kāi)始進(jìn)行仿真加工，此時(shí)可以檢查刀具路徑是否正確，是否存在過(guò)切或碰撞現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)過(guò)切或碰撞，應(yīng)立即修改刀具路徑參數(shù)，以避免在實(shí)際加工過(guò)程中發(fā)生事故。仿真加工過(guò)程如圖10所示。

圖10 仿真加工過(guò)程

2.8 后處理及車(chē)間文檔的創(chuàng)建

刀具路徑生成后，將以上刀具路徑按數(shù)控加工機(jī)床加工的順序進(jìn)行排列，然后對(duì)其進(jìn)行后處理，產(chǎn)生NC程序文件。如圖11所示。

圖11 NC程序文件

2.9 工藝文件的創(chuàng)建

將以上完成的加工工藝數(shù)據(jù)，其中包含程序名、日期、工件名稱(chēng)、工件材料、切削參數(shù)、刀具參數(shù)、加工方式、余量、機(jī)床類(lèi)型等，添加到工藝知識(shí)庫(kù)中，這些工藝文件可以為以后新零件產(chǎn)品工藝的編制提供有效參考。

3 實(shí)例應(yīng)用

將該工藝規(guī)劃技術(shù)應(yīng)用在某汽車(chē)大型覆蓋件模具型面的加工上，對(duì)其進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證。

依該工藝設(shè)定的模具型面加工策略，設(shè)置工藝參數(shù)，進(jìn)行切削加工。具體參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 加工工藝參數(shù)和加工策略表

模具毛坯選用1 000 mm×800 mm×200 mm鑄件?；诩庸び嗔枯^大的原因，選取球頭銑刀先對(duì)型面進(jìn)行試加工。采用交叉等高方式進(jìn)行粗加工，余量1.0 mm，再對(duì)未加工到的部位粗清角。依次完成型面的半精加工、半精清角加工、精加工、精清角加工等步驟，最后生成完整的刀路軌跡和加工程序。在CINCINNATI VMC-1000加工中心上完成了該覆蓋件模具型面的實(shí)際加工。如圖12所示。

圖12 模具曲面加工效果圖

加工結(jié)果表明，應(yīng)用該加工工藝規(guī)劃可以快速、合理、規(guī)范地設(shè)置模具型面的工藝參數(shù)和工藝流程，不僅保證了型面加工的質(zhì)量，而且使工藝規(guī)劃和數(shù)控編程的時(shí)間縮減大約20%，大大提高了模具制造效率。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究模具自由曲面數(shù)控加工工藝的規(guī)劃，可以快速準(zhǔn)確地確定加工工藝參數(shù)，大大降低工藝設(shè)計(jì)中的人為錯(cuò)誤和紕漏，有效縮短模具制造的周期。UG NX 8.0三維軟件的運(yùn)用，使得數(shù)控加工程序的獲取更加方便。通過(guò)軟件仿真能夠及時(shí)檢查加工過(guò)程中是否存在干涉或者過(guò)切現(xiàn)象，能夠有效地保護(hù)機(jī)床和刀具，為加工出高品質(zhì)模具提供有力保障。

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(責(zé)任編校：白麗娟)

On Design of UG-based NC Machining Process of Mold Free-form Surface

QIN Hong-xing， QI Tie-li

(Department of Mechanical Engineering， Tangshan College， Tangshan 063000， China)

The authors of this paper， based on their research into the design methods of mold free-form surface NC machining process，have designed a process suitable for mold free-form surface NC machining. According to the machining process parameters of the free-form surface of the mold used in this experiment， the parameters in UG NX 8.0 are set， the tool machining path is generated and the machining process is simulated. The results shows that this design method makes the maximum use of the mold processing information， reduces the workload of mold design， improves the production efficiency and reduces the design costs.

mold；free-form surface； NC machining process； UG

TH164

A

1672-349X(2015)03-0045-04

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.03.016