計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用

何晶

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧丹東 118009

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用

何晶

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧丹東 118009

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為載體的相關(guān)技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，而且這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了加工效率，還有效地提高了工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的介紹，分析計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在模具數(shù)控加工中的具體應(yīng)用。

計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)；模具；數(shù)控加工

1 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，也被稱(chēng)為CAPP，它是computer aided process planning的縮寫(xiě)，它的作用主要是通過(guò)使用計(jì)算機(jī)來(lái)完成工藝零件的加工工藝過(guò)程的制定，并將毛坯加工成零件圖紙上所要求的零件。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可以在進(jìn)行零件加工工藝時(shí)通過(guò)向計(jì)算機(jī)輸入所需要加工零件的各種信息，如零件的形狀、尺寸大小以及零件材料、數(shù)量等，計(jì)算機(jī)按照所輸入的資料自動(dòng)生成零件的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)和供需等過(guò)程。

2 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用

2.1 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用于模具粗加工工藝中的參數(shù)選擇

例如，在機(jī)車(chē)覆蓋件的加工中，由于機(jī)車(chē)中覆蓋件的空間結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，不利于人員掌握覆蓋件的結(jié)構(gòu)規(guī)律，進(jìn)而增加了模具工藝參數(shù)的計(jì)算。所以，在選擇模具的加工方案時(shí)，首先要做的是將加工資源和模具參數(shù)等相關(guān)參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)主導(dǎo)的數(shù)控機(jī)床控制平臺(tái)，創(chuàng)建出零件加工的資源和工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得零件自身的所有信息，如尺寸大小、數(shù)量以及參數(shù)等；然后進(jìn)行零件加工的控制編碼和數(shù)控程序單的編制。這些控制編碼都是由文字、數(shù)字以及符號(hào)按照固定的規(guī)范和編碼格式所編織而成的，由數(shù)控機(jī)床控制平臺(tái)發(fā)出相應(yīng)的零件加工動(dòng)作指令。以下是通過(guò)對(duì)機(jī)車(chē)覆蓋件的模具粗加工工藝的實(shí)例分析，具體介紹模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造/分布式數(shù)控（CAD/CAM/DNC）的一體化過(guò)程。

1）通過(guò)使用激光測(cè)量出模具的相關(guān)數(shù)據(jù)并掃描出它的造型，把獲取的模具模型的表面特征用坐標(biāo)的方式通過(guò)計(jì)算機(jī)傳遞到數(shù)控系統(tǒng)中，進(jìn)行模型圖像處理，控制系統(tǒng)再通過(guò)對(duì)編碼的運(yùn)算向各工序傳遞指令，在數(shù)控系統(tǒng)的調(diào)動(dòng)下驅(qū)動(dòng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，完成加工工序。

2）在數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，要綜合性地考慮零件的半徑，以及不同類(lèi)型加工中的刀具之間的關(guān)系。首先，根據(jù)零件的模型，計(jì)算出零件的相關(guān)參數(shù)。如最小和平均曲率半徑，如果這兩項(xiàng)的數(shù)值相差較小，則可以選擇相同的刀具來(lái)完成零件精加工；如果兩項(xiàng)數(shù)值相差大，就采用不同類(lèi)型的刀具完成精加工。其次，在進(jìn)行零件的半精加工或者粗加工時(shí)，最重要的是在加工方案確定后選擇合適的加工刀具以及工步數(shù)等。當(dāng)凹邊界的夾角處于0°和180°之間時(shí)，粗加工刀具的選擇要以最大直徑值為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)凸邊界的夾角不小于180°時(shí)，可以選擇任意直徑的刀具或者以加工的實(shí)際情況為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在模具粗加工走刀方式選擇中的應(yīng)用

1）粗銳刀位軌跡的生成。首先是將模具模型進(jìn)行分層，也就是降維處理，從原有的三維模型得到一個(gè)二維的模型輪廓，進(jìn)而得出2D的軌跡。在這一過(guò)程中，要對(duì)生成的輪廓進(jìn)行處理，獲取相交面的交線(xiàn)，這條交線(xiàn)可以使用參數(shù)曲線(xiàn)近似表示。然后以上一步結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，生成2D刀位。同時(shí)，粗銳刀位軌跡的生成主要包括兩種軌跡的生成方法。1）螺旋線(xiàn)刀位軌跡生成。螺旋線(xiàn)刀位軌跡的生成主要有兩種方法，即偏置法和區(qū)域分治算法。其中，偏置法指的是直接對(duì)輪廓進(jìn)行偏置以取得刀位的軌跡，但是這種方法不適用于復(fù)雜的輪廓，因此在實(shí)際應(yīng)用中也很少；而另一種方法則是利用輪廓的角劃分區(qū)域，使得每個(gè)區(qū)域都能夠從屬于邊界線(xiàn)，然后再劃分刀位軌跡，這是一種常用的算法。2）平行線(xiàn)刀位軌跡的生成。使用這種方法最重要的是要先確定參考線(xiàn)，并以參考線(xiàn)為基準(zhǔn)劃分區(qū)域，進(jìn)而獲得刀位軌跡，主要有單、雙向兩種軌跡生成方法。

2）走刀方式與軌跡長(zhǎng)度之間的關(guān)系分析。在一個(gè)特定的區(qū)域中，即使零件加工的相關(guān)參數(shù)相同，如果選擇的刀具和刀位軌跡生成方式不同，所形成的刀位軌跡也會(huì)有所差異，所以，怎樣選擇一個(gè)合適的走刀方式，對(duì)零件的加工工藝具有非常重要的作用。

2.3 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用于模具精加工的參數(shù)選擇

一般來(lái)說(shuō)，模具加工的對(duì)象都不是成品，所以，加工工藝的選擇對(duì)成品的質(zhì)量具有重要影響。而且在進(jìn)行曲面加工時(shí)，判斷的精準(zhǔn)性和干預(yù)也是一個(gè)影響因素。因此，在進(jìn)行零件的精加工時(shí)，要切實(shí)考慮加工的效率因素。

2.4 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)應(yīng)用于模具精加工走刀方式的選擇

在零件的精加工中，刀位軌跡的生成是以參數(shù)空間的軌跡生成方法為基礎(chǔ)的，它按照參數(shù)曲面參數(shù)來(lái)計(jì)算刀位軌跡，進(jìn)而獲取與目標(biāo)曲面相應(yīng)的刀位。這種方法由于它的簡(jiǎn)便成為使用較為廣泛的方法之一。而且這種方法所獲得的軌跡與投影的方向相關(guān)聯(lián)。如果要求很高的離散度，那么所獲取的軌跡精度與模型就更為相似，反之亦相反。同時(shí)，不同的走刀方式會(huì)引起銑削狀態(tài)的不同，進(jìn)而對(duì)零件加工的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，為了保證銑削狀態(tài)的良好性，要合理選擇走刀方式。

3 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在模具數(shù)控加工工藝中的技術(shù)實(shí)施

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用理論是通過(guò)使用以文字、數(shù)字和符號(hào)組成的代碼將與零件相關(guān)的信息傳遞到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)而形成專(zhuān)業(yè)的零件信息數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，將工藝人員的思想、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以計(jì)算機(jī)可識(shí)別的方式輸入到控制系統(tǒng)中，形成工藝控制庫(kù)，對(duì)零件進(jìn)行邏輯分析和參數(shù)計(jì)算，并生成相應(yīng)的文件。在這一過(guò)程中，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)發(fā)揮著極其重要的作用。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造、工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)的發(fā)展，在模具數(shù)控加工工藝中使用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)，會(huì)大大減少加工時(shí)間，提高加工效率，進(jìn)而提高數(shù)控加工的信息傳遞和處理能力。

首先，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)為模具數(shù)控加工提供了一個(gè)信息分析、處理的工作平臺(tái)。零件相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)所包含的所有零件加工工序的數(shù)據(jù)和工藝知識(shí)，都是為數(shù)控加工的邏輯推理和計(jì)算奠定基礎(chǔ)。因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)可以確定零件加工所需的各種資源。也就是說(shuō)，它是模具數(shù)控加工中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。

其次，在模具的數(shù)控加工中，工藝是聯(lián)系產(chǎn)品和加工的重要紐帶，而傳統(tǒng)的加工工藝并不適用于現(xiàn)代模具加工的要求。模具數(shù)控加工工藝主要由兩部分組成，即方案設(shè)計(jì)和工序設(shè)計(jì)。而且，在這兩部分中，方案設(shè)計(jì)是以對(duì)模具的結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)的，只有在確定結(jié)構(gòu)之后才能夠進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和工序設(shè)計(jì)，然后再按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)模具進(jìn)行加工。

最后，在模具數(shù)控加工過(guò)程中，結(jié)構(gòu)分析是數(shù)控加工的依據(jù)，同時(shí)也是實(shí)施計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的組成內(nèi)容，因?yàn)閿?shù)控加工工藝的完成都是按照模具結(jié)構(gòu)分析所得的信息為依據(jù)的。在模具的數(shù)控加工中使用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)，不僅可以提高整體的零件制造水平，還可以較大程度地提高產(chǎn)品質(zhì)量，所以，加工工藝也是產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)保證。此外，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)還可以提高工藝的科學(xué)化、精準(zhǔn)化和規(guī)范化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)相關(guān)工藝技術(shù)已經(jīng)在企業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助制造、工藝設(shè)計(jì)等技術(shù)在工業(yè)中的改革作用已經(jīng)被充分體現(xiàn)出來(lái)。

[1]高崇暉,周雄輝,王玉,等.面向模具制造的CAPP系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)[J].模具技術(shù),2003(5):50-53,59.

[2]李湘寧,梁立超.模具CAPP系統(tǒng)研究與探討[J].模具工業(yè),2007(5):15-18.

[3]葉家飛,曾珠.計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在模具數(shù)控加工中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2011(11):127-129.

G434

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1671-489X(2012)18-0125-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.125

作者：何晶，碩士，副教授，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造、模具設(shè)計(jì)與制造、汽車(chē)使用與維修。