基于CAD/CAM技術的汽車車門鎖扣模具的設計與仿真加工

張曉光

（遼寧工業大學 機械工程與自動化學院，錦州 121001）

0 引言

汽車車門鎖扣是一種與汽車門鎖配合實現車門鎖緊的鎖緊機構的零部件。其工作原理是當車門關閉時，通過汽車門鎖的卡板和止動爪的嚙合與車門鎖扣咬合一起來實現汽車車門的鎖緊。汽車車門鎖緊機構是車身附件中的主要防盜裝置，應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產安全的功能。

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，所以如果對它進行合理的設計、制造和安裝就會加大它的使用壽命。汽車車門鎖扣是汽車門鎖鎖緊機構中的主要受力原件，因此在設計時需要考慮它的選材、結構設計、表面處理和熱處理等多方面的因素。

1 CAD/CAM技術

隨著CAD/CAM集成制造技術的發展，出現了很多工業產品設計軟件，像autocad、solidwork、caxa、 Pro/ENGINEER和Mastercam等等。其中Pro/ENGINEER是一種比較先進的軟件用于模具設計，其優勢更為突出[1]。近年來，不少企業已開始應用Pro/ENGINEER軟件進行模具的設計及制造，在汽車零部件設計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，具有強大的造型功能及數控加工仿真功能。

通過實際測量各種車門鎖扣的真實數據來對車門鎖扣進行模具設計，這樣車門鎖扣的精度會更高，對車門的契合度也越好，方便技術討論和改進。通過模具的制作來實現車門鎖扣的模塊化，提高生產效率和利潤，降低生產成本。

本文主要論述：根據汽車車門鎖扣的特點，利用三維造型軟件對其進行結構設計，利用PRO/E軟件進行模具設計，合理選擇模具分型面，然后利用MASTERCAM X5軟件針對模具工作部分進行數控銑削刀具路徑的設計，生成NC程序，最后在數控仿真系統中進行仿真驗證。

2 車門鎖扣模具設計

2.1 概述

CAD/CAM技術在模具工業中的應用和快速原型制造技術的應用，使模具的設計制造技術發生了重大變革。模具的開發和制造水平的提高，有賴于采用數控精密高效加工設備。

模具設計首先對零件進行結構分析，在滿足要求的前提下，盡可能降低加工成本，縮短加工時間，加工難度減小。其次要對加工工藝進行充分了解，流道、通氣孔、頂出裝置必須進行合理的設置。還要對模具的技術要求進行合理的安排，尺寸要測量準確[2]。

2.2 實體模型創建

汽車車門鎖實體零件進行結構分析和數據測定，首先要找到參考面，然后根據參考面分析應該如何方便、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，但是整個零件都是對稱的。在分析完零件的結構后，首先用拉伸命令拉伸出底面，然后根據數據利用拉伸做出兩個底面凸臺和底面倒圓角，然后再利用拉伸和鏡像命令做出圓柱和兩個孔，完成實體零件模型的創建。創建零件3D圖形如圖1所示。

圖1 汽車車門鎖扣圖

2.3 模具設計

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

2）分型面的創建：創建水平和豎直分型面，利用PRO/E分型面的拉伸命令實現，如圖2所示。

3）模具工作部分的生成：創建體積塊步驟：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，隱蔽相關模塊。最后開模定義：模具進料孔——定義間距——選取要移動的部分確定——再選擇移動方向和輸入移動間距，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 數控加工仿真

3.1 數控加工概述

數控加工是把零件的加工尺寸精度要求用代碼化的數字及字母表示后輸入數控裝置，再經過處理和計算后，發出各種控制信號，使機床的運動及加工過程在程序控制下有步驟的進行，并把零件自動加工出來的技術。

數控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程，是驗證數控加工程序的可靠性和預測切削過程的有力工具，以減少工件的試切，提高生產效率。為了確保模具型腔的精度和節省加工時間，因此采用數控銑床加工模具。數控代碼由Mastercam X5軟件生成。

圖4 底座的加工軌跡

圖5 底座的仿真結果

3.2 型腔的數控加工過程

對于模具體積塊底座，用Φ5的平底刀進行曲面挖槽粗加工，Φ2的球刀曲面流線粗加工；用Φ3的平底刀進行環繞等距精加工，用Φ2的球刀曲面流線精加工，因為工件比較小，而且曲面之間存在干涉，所以要用較小的刀具進行加工，刀具軌跡如圖4所示，仿真加工結果如圖5所示[4]。

工件上部分是前后和左右分別對稱的，所以對于上體積塊只加工一個模具型腔即可，而且有兩個面都需要加工，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的平底刀進行淺平面精加工，用Φ3的球刀曲面等距環繞精加工，加工結果如圖7所示。

圖6 上體積塊的加工軌跡

圖7 上體積塊的仿真結果

3.3 后置處理

對于任何一個模具體積塊仿真加工后都需要生成一組數控代碼，考慮到現有的數控機床KXK7250（數控系統為KND100M），生成的數控代碼必須適應相應的數控系統，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，數控代碼要通過cimco軟件進行軌跡驗證，通過觀察代碼合適，這樣導出的數控代碼才能適合機床的加工，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控代碼進行分析和改正，代碼修改結果如圖8所示。

3.4 斯沃仿真過程

數控加工代碼導入到斯沃仿真軟件中，首先要對工件的毛坯進行設置，仿真時可以盡量選擇較大的毛坯，這樣方便我們觀察和操作，同時將刀具改成MasterCAM加工時的刀具類型和刀具號，并且刀具安放在主軸上，回零，對刀，點擊自動加工即可，斯沃仿真結果如圖9所示。

圖8 代碼修改結果

圖9 斯沃仿真結果

4 結束語

汽車車門鎖扣是汽車門鎖鎖緊機構中的主要受力原件，本文運用CAD/CAM等工程軟件對其進行零件設計、模具設計、數控加工代碼的生成及加工仿真等，包括利用三維軟件PRO/E實現零件造型，模具分型面的設計、確定型腔和型芯和模具結構設計等。利用Mastercam軟件能夠快速準確生成數控加工代碼，并且通過斯沃仿真軟件進行驗證，確定代碼合格。因此大大的減少了工作時間，極大地提高了設計的準確性，避免了一些人為失誤。提高了成品質量。

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

[2] 金捷. 電話機外殼模具設計與制造[J]. 電加工與模具,2012, (2): 93-95.

[3] 余五新, 趙興全. Proe在模具設計中的應用[J].機械工程師, 2001, (4): 26-28.

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

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