基于CAD/CAM技術(shù)的汽車車門鎖扣模具的設(shè)計(jì)與仿真加工

張曉光

（遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，錦州 121001）

0 引言

汽車車門鎖扣是一種與汽車門鎖配合實(shí)現(xiàn)車門鎖緊的鎖緊機(jī)構(gòu)的零部件。其工作原理是當(dāng)車門關(guān)閉時(shí)，通過汽車門鎖的卡板和止動(dòng)爪的嚙合與車門鎖扣咬合一起來實(shí)現(xiàn)汽車車門的鎖緊。汽車車門鎖緊機(jī)構(gòu)是車身附件中的主要防盜裝置，應(yīng)具有保證駕駛員及乘客在行車和泊車過程中保證乘客人身和財(cái)產(chǎn)安全的功能。

汽車車門鎖扣是用來連接車門與車身的零件，它的好壞和尺寸直接影響到了使用者的感受，所以如果對(duì)它進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、制造和安裝就會(huì)加大它的使用壽命。汽車車門鎖扣是汽車門鎖鎖緊機(jī)構(gòu)中的主要受力原件，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮它的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面處理和熱處理等多方面的因素。

1 CAD/CAM技術(shù)

隨著CAD/CAM集成制造技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件，像autocad、solidwork、caxa、 Pro/ENGINEER和Mastercam等等。其中Pro/ENGINEER是一種比較先進(jìn)的軟件用于模具設(shè)計(jì)，其優(yōu)勢更為突出[1]。近年來，不少企業(yè)已開始應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)及制造，在汽車零部件設(shè)計(jì)中占有很重要的位置。Mastercam X5是美國CNC Software公司最新推出的CAD/CAM軟件，具有強(qiáng)大的造型功能及數(shù)控加工仿真功能。

通過實(shí)際測量各種車門鎖扣的真實(shí)數(shù)據(jù)來對(duì)車門鎖扣進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，這樣車門鎖扣的精度會(huì)更高，對(duì)車門的契合度也越好，方便技術(shù)討論和改進(jìn)。通過模具的制作來實(shí)現(xiàn)車門鎖扣的模塊化，提高生產(chǎn)效率和利潤，降低生產(chǎn)成本。

本文主要論述：根據(jù)汽車車門鎖扣的特點(diǎn)，利用三維造型軟件對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用PRO/E軟件進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，合理選擇模具分型面，然后利用MASTERCAM X5軟件針對(duì)模具工作部分進(jìn)行數(shù)控銑削刀具路徑的設(shè)計(jì)，生成NC程序，最后在數(shù)控仿真系統(tǒng)中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

2 車門鎖扣模具設(shè)計(jì)

2.1 概述

CAD/CAM技術(shù)在模具工業(yè)中的應(yīng)用和快速原型制造技術(shù)的應(yīng)用，使模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)發(fā)生了重大變革。模具的開發(fā)和制造水平的提高，有賴于采用數(shù)控精密高效加工設(shè)備。

模具設(shè)計(jì)首先對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，在滿足要求的前提下，盡可能降低加工成本，縮短加工時(shí)間，加工難度減小。其次要對(duì)加工工藝進(jìn)行充分了解，流道、通氣孔、頂出裝置必須進(jìn)行合理的設(shè)置。還要對(duì)模具的技術(shù)要求進(jìn)行合理的安排，尺寸要測量準(zhǔn)確[2]。

2.2 實(shí)體模型創(chuàng)建

汽車車門鎖實(shí)體零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和數(shù)據(jù)測定，首先要找到參考面，然后根據(jù)參考面分析應(yīng)該如何方便、快捷利用Pro/E軟件造型。零件有圓角、有孔、有U型圓柱、底面還有一部分凸臺(tái)，但是整個(gè)零件都是對(duì)稱的。在分析完零件的結(jié)構(gòu)后，首先用拉伸命令拉伸出底面，然后根據(jù)數(shù)據(jù)利用拉伸做出兩個(gè)底面凸臺(tái)和底面倒圓角，然后再利用拉伸和鏡像命令做出圓柱和兩個(gè)孔，完成實(shí)體零件模型的創(chuàng)建。創(chuàng)建零件3D圖形如圖1所示。

圖1 汽車車門鎖扣圖

2.3 模具設(shè)計(jì)

1）模具機(jī)構(gòu)分析：從圖1可以看出最簡單有效的方法就是建立2個(gè)分型面，分出三個(gè)模具塊，分別是底面一塊，上面從圓柱的中心軸向兩端分出來兩個(gè)模塊。

2）分型面的創(chuàng)建：創(chuàng)建水平和豎直分型面，利用PRO/E分型面的拉伸命令實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

3）模具工作部分的生成：創(chuàng)建體積塊步驟：編輯——分割——所有工件——完成，選擇分型曲面（水平主分型面）——確定，使用默認(rèn)的名稱作為亮的體積塊名稱；選擇另外一面組（豎直分型面）——完成返回；創(chuàng)建模具元件：模具元件——抽取——（選擇全部體積塊）——確定，利用這種方法生成3個(gè)體積塊。

4）模具分解：利用軟件生成開模的操作過程：鑄模——輸入名稱，隱蔽相關(guān)模塊。最后開模定義：模具進(jìn)料孔——定義間距——選取要移動(dòng)的部分確定——再選擇移動(dòng)方向和輸入移動(dòng)間距，最后生成的模具爆炸圖如圖3所示[3]。

圖2 主分型面圖

圖3 模具爆炸圖

3 數(shù)控加工仿真

3.1 數(shù)控加工概述

數(shù)控加工是把零件的加工尺寸精度要求用代碼化的數(shù)字及字母表示后輸入數(shù)控裝置，再經(jīng)過處理和計(jì)算后，發(fā)出各種控制信號(hào)，使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及加工過程在程序控制下有步驟的進(jìn)行，并把零件自動(dòng)加工出來的技術(shù)。

數(shù)控加工仿真利用計(jì)算機(jī)來模擬實(shí)際的加工過程，是驗(yàn)證數(shù)控加工程序的可靠性和預(yù)測切削過程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產(chǎn)效率。為了確保模具型腔的精度和節(jié)省加工時(shí)間，因此采用數(shù)控銑床加工模具。數(shù)控代碼由Mastercam X5軟件生成。

圖4 底座的加工軌跡

圖5 底座的仿真結(jié)果

3.2 型腔的數(shù)控加工過程

對(duì)于模具體積塊底座，用Φ5的平底刀進(jìn)行曲面挖槽粗加工，Φ2的球刀曲面流線粗加工；用Φ3的平底刀進(jìn)行環(huán)繞等距精加工，用Φ2的球刀曲面流線精加工，因?yàn)楣ぜ容^小，而且曲面之間存在干涉，所以要用較小的刀具進(jìn)行加工，刀具軌跡如圖4所示，仿真加工結(jié)果如圖5所示[4]。

工件上部分是前后和左右分別對(duì)稱的，所以對(duì)于上體積塊只加工一個(gè)模具型腔即可，而且有兩個(gè)面都需要加工，采用分別加工的方法，具體加工過程與底座加工方法一致，如圖6所示。用Φ5的平底刀進(jìn)行曲面平行銑削粗加工，Φ3的球刀曲面挖槽粗加工；用Φ2的平底刀進(jìn)行淺平面精加工，用Φ3的球刀曲面等距環(huán)繞精加工，加工結(jié)果如圖7所示。

圖6 上體積塊的加工軌跡

圖7 上體積塊的仿真結(jié)果

3.3 后置處理

對(duì)于任何一個(gè)模具體積塊仿真加工后都需要生成一組數(shù)控代碼，考慮到現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床KXK7250（數(shù)控系統(tǒng)為KND100M），生成的數(shù)控代碼必須適應(yīng)相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)，然后通過專用的后置處理器處理后[5]，把前面的注解刪除，把所有的A0.刪除，數(shù)控代碼要通過cimco軟件進(jìn)行軌跡驗(yàn)證，通過觀察代碼合適，這樣導(dǎo)出的數(shù)控代碼才能適合機(jī)床的加工，并且可以順利的輸入到斯沃仿真軟件中。還可以用記事本打開數(shù)控代碼進(jìn)行分析和改正，代碼修改結(jié)果如圖8所示。

3.4 斯沃仿真過程

數(shù)控加工代碼導(dǎo)入到斯沃仿真軟件中，首先要對(duì)工件的毛坯進(jìn)行設(shè)置，仿真時(shí)可以盡量選擇較大的毛坯，這樣方便我們觀察和操作，同時(shí)將刀具改成MasterCAM加工時(shí)的刀具類型和刀具號(hào)，并且刀具安放在主軸上，回零，對(duì)刀，點(diǎn)擊自動(dòng)加工即可，斯沃仿真結(jié)果如圖9所示。

圖8 代碼修改結(jié)果

圖9 斯沃仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

汽車車門鎖扣是汽車門鎖鎖緊機(jī)構(gòu)中的主要受力原件，本文運(yùn)用CAD/CAM等工程軟件對(duì)其進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工代碼的生成及加工仿真等，包括利用三維軟件PRO/E實(shí)現(xiàn)零件造型，模具分型面的設(shè)計(jì)、確定型腔和型芯和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。利用Mastercam軟件能夠快速準(zhǔn)確生成數(shù)控加工代碼，并且通過斯沃仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證，確定代碼合格。因此大大的減少了工作時(shí)間，極大地提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，避免了一些人為失誤。提高了成品質(zhì)量。

[1] 陶金玨, 盧雷. 汽車CAD／CAE／CAM集成制造多媒體信息處理技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造, 1997, (5): 44-46.

[2] 金捷. 電話機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)與制造[J]. 電加工與模具,2012, (2): 93-95.

[3] 余五新, 趙興全. Proe在模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師, 2001, (4): 26-28.

[4] 嚴(yán)昌紅. Mastercam 曲面造型和CNC加工[J]. 科技風(fēng),2011,(4): 26.

[5] 張曉光. 數(shù)控編程軟件的后處理技術(shù)[J]. 遼寧師專學(xué)報(bào),2010,(3): 88.