基于CAD/CAM技术的汽车车门锁扣模具的设计与仿真加工

张晓光

（辽宁工业大学 机械工程与自动化学院，锦州 121001）

0 引言

汽车车门锁扣是一种与汽车门锁配合实现车门锁紧的锁紧机构的零部件。其工作原理是当车门关闭时，通过汽车门锁的卡板和止动爪的啮合与车门锁扣咬合一起来实现汽车车门的锁紧。汽车车门锁紧机构是车身附件中的主要防盗装置，应具有保证驾驶员及乘客在行车和泊车过程中保证乘客人身和财产安全的功能。

汽车车门锁扣是用来连接车门与车身的零件，它的好坏和尺寸直接影响到了使用者的感受，所以如果对它进行合理的设计、制造和安装就会加大它的使用寿命。汽车车门锁扣是汽车门锁锁紧机构中的主要受力原件，因此在设计时需要考虑它的选材、结构设计、表面处理和热处理等多方面的因素。

1 CAD/CAM技术

随着CAD/CAM集成制造技术的发展，出现了很多工业产品设计软件，像autocad、solidwork、caxa、 Pro/ENGINEER和Mastercam等等。其中Pro/ENGINEER是一种比较先进的软件用于模具设计，其优势更为突出[1]。近年来，不少企业已开始应用Pro/ENGINEER软件进行模具的设计及制造，在汽车零部件设计中占有很重要的位置。Mastercam X5是美国CNC Software公司最新推出的CAD/CAM软件，具有强大的造型功能及数控加工仿真功能。

通过实际测量各种车门锁扣的真实数据来对车门锁扣进行模具设计，这样车门锁扣的精度会更高，对车门的契合度也越好，方便技术讨论和改进。通过模具的制作来实现车门锁扣的模块化，提高生产效率和利润，降低生产成本。

本文主要论述：根据汽车车门锁扣的特点，利用三维造型软件对其进行结构设计，利用PRO/E软件进行模具设计，合理选择模具分型面，然后利用MASTERCAM X5软件针对模具工作部分进行数控铣削刀具路径的设计，生成NC程序，最后在数控仿真系统中进行仿真验证。

2 车门锁扣模具设计

2.1 概述

CAD/CAM技术在模具工业中的应用和快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高，有赖于采用数控精密高效加工设备。

模具设计首先对零件进行结构分析，在满足要求的前提下，尽可能降低加工成本，缩短加工时间，加工难度减小。其次要对加工工艺进行充分了解，流道、通气孔、顶出装置必须进行合理的设置。还要对模具的技术要求进行合理的安排，尺寸要测量准确[2]。

2.2 实体模型创建

汽车车门锁实体零件进行结构分析和数据测定，首先要找到参考面，然后根据参考面分析应该如何方便、快捷利用Pro/E软件造型。零件有圆角、有孔、有U型圆柱、底面还有一部分凸台，但是整个零件都是对称的。在分析完零件的结构后，首先用拉伸命令拉伸出底面，然后根据数据利用拉伸做出两个底面凸台和底面倒圆角，然后再利用拉伸和镜像命令做出圆柱和两个孔，完成实体零件模型的创建。创建零件3D图形如图1所示。

图1 汽车车门锁扣图

2.3 模具设计

1）模具机构分析：从图1可以看出最简单有效的方法就是建立2个分型面，分出三个模具块，分别是底面一块，上面从圆柱的中心轴向两端分出来两个模块。

2）分型面的创建：创建水平和竖直分型面，利用PRO/E分型面的拉伸命令实现，如图2所示。

3）模具工作部分的生成：创建体积块步骤：编辑——分割——所有工件——完成，选择分型曲面（水平主分型面）——确定，使用默认的名称作为亮的体积块名称；选择另外一面组（竖直分型面）——完成返回；创建模具元件：模具元件——抽取——（选择全部体积块）——确定，利用这种方法生成3个体积块。

4）模具分解：利用软件生成开模的操作过程：铸模——输入名称，隐蔽相关模块。最后开模定义：模具进料孔——定义间距——选取要移动的部分确定——再选择移动方向和输入移动间距，最后生成的模具爆炸图如图3所示[3]。

图2 主分型面图

图3 模具爆炸图

3 数控加工仿真

3.1 数控加工概述

数控加工是把零件的加工尺寸精度要求用代码化的数字及字母表示后输入数控装置，再经过处理和计算后，发出各种控制信号，使机床的运动及加工过程在程序控制下有步骤的进行，并把零件自动加工出来的技术。

数控加工仿真利用计算机来模拟实际的加工过程，是验证数控加工程序的可靠性和预测切削过程的有力工具，以减少工件的试切，提高生产效率。为了确保模具型腔的精度和节省加工时间，因此采用数控铣床加工模具。数控代码由Mastercam X5软件生成。

图4 底座的加工轨迹

图5 底座的仿真结果

3.2 型腔的数控加工过程

对于模具体积块底座，用Φ5的平底刀进行曲面挖槽粗加工，Φ2的球刀曲面流线粗加工；用Φ3的平底刀进行环绕等距精加工，用Φ2的球刀曲面流线精加工，因为工件比较小，而且曲面之间存在干涉，所以要用较小的刀具进行加工，刀具轨迹如图4所示，仿真加工结果如图5所示[4]。

工件上部分是前后和左右分别对称的，所以对于上体积块只加工一个模具型腔即可，而且有两个面都需要加工，采用分别加工的方法，具体加工过程与底座加工方法一致，如图6所示。用Φ5的平底刀进行曲面平行铣削粗加工，Φ3的球刀曲面挖槽粗加工；用Φ2的平底刀进行浅平面精加工，用Φ3的球刀曲面等距环绕精加工，加工结果如图7所示。

图6 上体积块的加工轨迹

图7 上体积块的仿真结果

3.3 后置处理

对于任何一个模具体积块仿真加工后都需要生成一组数控代码，考虑到现有的数控机床KXK7250（数控系统为KND100M），生成的数控代码必须适应相应的数控系统，然后通过专用的后置处理器处理后[5]，把前面的注解删除，把所有的A0.删除，数控代码要通过cimco软件进行轨迹验证，通过观察代码合适，这样导出的数控代码才能适合机床的加工，并且可以顺利的输入到斯沃仿真软件中。还可以用记事本打开数控代码进行分析和改正，代码修改结果如图8所示。

3.4 斯沃仿真过程

数控加工代码导入到斯沃仿真软件中，首先要对工件的毛坯进行设置，仿真时可以尽量选择较大的毛坯，这样方便我们观察和操作，同时将刀具改成MasterCAM加工时的刀具类型和刀具号，并且刀具安放在主轴上，回零，对刀，点击自动加工即可，斯沃仿真结果如图9所示。

图8 代码修改结果

图9 斯沃仿真结果

4 结束语

汽车车门锁扣是汽车门锁锁紧机构中的主要受力原件，本文运用CAD/CAM等工程软件对其进行零件设计、模具设计、数控加工代码的生成及加工仿真等，包括利用三维软件PRO/E实现零件造型，模具分型面的设计、确定型腔和型芯和模具结构设计等。利用Mastercam软件能够快速准确生成数控加工代码，并且通过斯沃仿真软件进行验证，确定代码合格。因此大大的减少了工作时间，极大地提高了设计的准确性，避免了一些人为失误。提高了成品质量。

[1] 陶金珏, 卢雷. 汽车CAD／CAE／CAM集成制造多媒体信息处理技术[J]. 计算机辅助设计与制造, 1997, (5): 44-46.

[2] 金捷. 电话机外壳模具设计与制造[J]. 电加工与模具,2012, (2): 93-95.

[3] 余五新, 赵兴全. Proe在模具设计中的应用[J].机械工程师, 2001, (4): 26-28.

[4] 严昌红. Mastercam 曲面造型和CNC加工[J]. 科技风,2011,(4): 26.

[5] 张晓光. 数控编程软件的后处理技术[J]. 辽宁师专学报,2010,(3): 88.