UG/CAM在汽车模具制造加工行业中的应用

2013-10-17王拴会

河南科技 2013年17期

王拴会薄蕾阿健

（陕西黄河工模具有限公司，陕西西安 710043）

1 引言

汽车工业经过100多年的快速发展，现如今已经发展到了实用性、舒适性、美观性等集一起的程度，相应的汽车模具行业也就面对着具有更加复杂型面的高精度模具的外形加工，这种模具它的加工往往具有三维型面复杂、精度要求高、加工成型难度大等特点。通过分析以上在加工制造过程中普遍存在的技术问题，以及结合本人多年对UG软件的应用摸索，现以自己在工作中具体加工过的某一产品凸模镶块为例，介绍一些适应此类复杂型面模具加工的数铣编程技巧。

2 建立数模型面

任何一款软件都有着各自的特点，我们就UG软件自身里面的各种加工方式做一些简单介绍。具有一定初步行业知识的同行都应该知道，任何软件程序刀轨的计算必须依托三维数模型面，所以数模型面是基础，生成刀轨的好坏和数模型面有着直接的关系，因此前期数模的建立切不可掉以轻心。（图1所示为某一产品凸模镶块的三维数模）UG软件具有很强的建模功能，具体这里就不过多的介绍了，只是就建模时应该注意的一些问题作些归纳。

图1 凸模镶块的三维数模

（1）经常建模的同行都有个切身的感受，在进行面与面之间进行缝合时，经常会出现缝合失败，这时大家就会对缝合参数不断的进行修正“妥协”，直到缝合成功，但是这些经过“妥协” 缝合的面其质量已经大大下降，有的甚至出现扭曲变形。UG进行MANUFACTURING运算的时候，对面与面之间存在间隙有一定公差允许范围，但我们经过“妥协”后缝合的面往往间隙太大，常常导致运算失败，有时即使通过运算也会出现刀具路径跳跃，当型面比较大程序很长时，出现的这些路径跳跃不容易被发现。如果数控人员采用这样的程序，会在模具型面产生扎刀等一系列严重后果。

（2）当遇到复杂曲面模具的建模，我们应该充分利用UG软件提供的各种关于点、线、面和体的功能。比如对于片体的修剪，可以利用线进行修剪，也可以利用面进行修剪等，尽可能的提高建模质量，这样不但可以提高后续程序编程的质量，也可提高编程效率，从而为模具生产加工提供较好的技术支持。

3 UG／CAM数控程序编程

3.1 确定加工坐标系

UG／CAM的坐标系具体分为绝对坐标系、工作坐标系（WCS）和加工坐标系（MCS）。在现实中具体选择使用哪种坐标系要根据工作性质来区分，例如：当进行建模工作时因采用绝对坐标系，当进行设计工艺工作时采用工作坐标系，当进行数控加工程序编程时采用加工坐标系。具体工作过程中我们要求工作坐标系与加工坐标系一致，两种坐标系的一致，能够保证设计与加工不易出错，有利于模具加工时的定位。由于UG／CAM加工刀具轴的默认方向为Z轴，所以在同一个UG文件中我们加工同一套模具的上模镶块（凸模）与下模镶块（凹模）时，其加工坐标系原点一样，只是Z轴相差180度。我们建立加工坐标系的时候，只要将WCS旋转，然后根据WCS建立MCS即可。

3.2 刀具选择

数控铣床所用的刀具种类繁多，根据不同的加工材料选取不同的刀具不但能够提高加工效率，而且能够延长刀具的使用寿命。这里就不一一介绍了，下面就以凸模镶块（常见材料Cr12MoV）为例介绍刀具的选择，一般选择圆鼻刀，立铣刀，球头刀三种刀具，根据加工顺序我们在去废料的粗铣阶段多使用圆鼻刀，立铣刀，在进入精铣、清根时多采用球头刀。同一种刀具，我们也会根据加工镶块的大小、曲率、深度采用不同直径的刀具，例如圆鼻刀常用的刀具直径一般Φ20～Φ63之间、球头刀常用的刀具直径一般Φ6～Φ32之间。（其中型面精加工的球头刀刀具直径一般选取Φ6～Φ16、清根加工根据R的大小选用Φ6～Φ16）。

3.3 零件的粗加工（去废料）

模具材料的选择是根据汽车零件料厚来定，一般料厚t≥1.6的产品的模具，成型材料选用合金工具钢，如：Cr12MnV、SDLL等；而对于料厚t＜1.6的产品的模具，成型材料选用铬钼铸铁等，不管毛坯是采用实型铸造的还是锻件镶块，加工余量都比较大。尤其是型面复杂的零件很难一次加工成型，必须进行粗加工→半精加工→精加工→清根等步骤才能完成。

一般情况下粗铣加工我们采用分层铣的方式进行，UG提供了很多分层铣切削方式如：CAVITY_MILL、ZLEVEL_FOLLOW_CORE、CORNER_ROUGH等。本文以下模镶块（凸模）的粗加工为例进行说明，我们采用CAVITY_MILL分层铣削，参数设置和刀轨如图2所示。（现实加工中参数的设置还要根据具体数控机床来调整）特别值得注意的是，大多数情况下我们选择的BLANK(毛坯)要进行特别的处理，具体就要求程序编程人员一定要深入现场，确定BLANK（毛坯）的实际形状和尺寸，然后在计算机创建BLANK（毛坯）的UG模型，尽可能的使计算机模型与现实BLANK（毛坯）接近，从而优化刀轨提高加工效率。

图2 下模镶块（凸模）粗加工参数设置及刀轨

3.4 零件的半精加工和精加工

在UG／CAM软件中FIXED CONTOUR是自带的三轴联动加工模块,它给用户提供了一种完全的、综合的加工平台,基本上可以适应实际中各种工序加工的需要,可满足进行粗加工（不是粗加工的最优选择）、半精加工、精加工、清根等操作,这种加工平台还提供了多种走刀方式和驱动方法（如沿边界切削、放射状切削、螺旋切削及用户自定义方式切削等）,可自由规划刀具的三维空间运动轨迹及加工精度,可以用来加工任何形状的型腔或零件表面。

下面我们还是以下模镶块（凸模）为例，用FIXED CONTOUR模块和ZLEVEL_PROFILE_STEEP模块两种方法（区域铣削和等高铣削），分别进行半精加工和精加工进行如下比较。

图3 半精加工（FIXED CONTOUR模块）

图4 半精加工（ZLEVEL_PROFILE_STEEP模块）

图3和图5分别为FIXED CONTOUR模块（区域铣削）驱动方式半精加工和精加工的刀轨以及相应参数设置，图4和图6分别为ZLEVEL_PROFILE_STEEP模块（等高铣削）驱动方式半精加工和精加工的轨以及相应参数设置。在上述两种方法的半精加工及精加工中的主要参数设置是一致的，但我们通过仔细分析比较它们各自的刀轨不难发现：在型面相对平坦的区域，FIXED CONTOUR模块生成的刀轨纹路非常理想，但在型面的陡峭区域，FIXED CONTOUR模块生成的刀轨纹路就非常糟糕，而ZLEVEL_PROFILE_STEEP模块在不同区域刀轨纹路的生成恰好与前者相反。

根据以上加工示例观察我们可以得出结论，在数控加工具有复杂陡峭型面的产品时，根据区域的不同分别选择区域铣削和等高铣削进行加工，能够更好的保证型面的加工精度，满足产品的需求。

图5 精加工（FIXED CONTOUR模块）

图6 精加工（ZLEVEL_PROFILE_STEEP模块）

3.5 零件的清根加工

经常做模具加工程序的同行都有个深刻的体会，模具加工时有的型面比较复杂，纵深大，局部根部R小，如果采用大刀具加工效率和加工范围虽然比较高，但根部R加工不到位，而采用小刀具虽然根部R能够加工到位，但它有加工效率低又有刀杆太短、加工范围较小等弊端，因此多数情况下我们都采用递进式加工方法，即先用大刀具加工，再用小刀具清根的方式。UG的清根加工操作简单方便，且计算速度快。UG提供的清根方式比较多，编者结合平时的实际工作，感觉以下几种方式在生产加工中实用性最佳：FLOWCUT_SINGLE、FLOWCUT_MULTIPLE、FLOWCUT_REF_TOOL、FLOWCUT_SMOOTH,读者可以根据自己公司的加工习惯和具体零部件选择不同的加工方式。

根据作者多年在一线的加工编程经验我们发现，几种不同的清根方式都有各自的优缺点，比如单线清根（FLOWCUT_SINGLE）效率高，但加工时吃刀量大，对刀片的磨损率极高，同时的效果较差；而后面的多线清根方式加工效率虽然较低，但在加工时对刀片的磨损较小，最重要的是其加工质量更好。因此，我们在实际加工编程中，要根据具体需要加工的零部件我们将这几种加工方法交替使用。例如：我们根据前一工序加工刀具（比如为Φ32球头刀）的大小选取比它稍小的Φ25球头刀进行单线清根（FLOWCUT_SINGLE），其次用再小一些的Φ20球头刀进行参考刀具偏置的方法清根（FLOWCUT_REF_TOOL），然后再用更小的Φ16球头刀进行单线清根（FLOWCUT_SINGLE）……这样依次进行下去，这种递进式的加工方式不仅能够大幅提高加工生产效率，而且它能保证复杂零部件型面各部位的加工精度要求，进而对以后模具的装配生产产生积极的影响。

3.6 零件加工数控程序的生成

当UG对零部件的加工刀轨计算完成以后，经过计算机对刀具刀轨模拟仿真及对其走刀可靠性检查确定无误之后，我们就可以利用UG的后处理模块生成数控机床通常加工使用的刀具轨迹原文件，即 CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）文件，然后我们只需将加工机床的机床数据文件MDF（MACHINE DATA FILE）和刀位轨迹原文件 CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）结合在一起，经过UG自动处理模块后即可生成该机床的NC加工代码，非常方便快捷。需要指出的是，用户需要根据自己的机床处理代码（例如FANUC6-12.pui、TNC355.pui等），利用UG提供的后处理工具MDFG生成特定机床的MDFA文件。（这里需要指出的是这些NC加工代码具体操作者可以根据自己的加工习惯进行参数修改，但前提是要保证加工的安全性）