UG/CAM在汽車模具制造加工行業中的應用

王拴會 薄 蕾 阿 健

（陜西黃河工模具有限公司，陜西 西安 710043）

1 引言

汽車工業經過100多年的快速發展，現如今已經發展到了實用性、舒適性、美觀性等集一起的程度，相應的汽車模具行業也就面對著具有更加復雜型面的高精度模具的外形加工，這種模具它的加工往往具有三維型面復雜、精度要求高、加工成型難度大等特點。通過分析以上在加工制造過程中普遍存在的技術問題，以及結合本人多年對UG軟件的應用摸索，現以自己在工作中具體加工過的某一產品凸模鑲塊為例，介紹一些適應此類復雜型面模具加工的數銑編程技巧。

2 建立數模型面

任何一款軟件都有著各自的特點，我們就UG軟件自身里面的各種加工方式做一些簡單介紹。具有一定初步行業知識的同行都應該知道，任何軟件程序刀軌的計算必須依托三維數模型面，所以數模型面是基礎，生成刀軌的好壞和數模型面有著直接的關系，因此前期數模的建立切不可掉以輕心。（圖1所示為某一產品凸模鑲塊的三維數模）UG軟件具有很強的建模功能，具體這里就不過多的介紹了，只是就建模時應該注意的一些問題作些歸納。

圖1 凸模鑲塊的三維數模

（1）經常建模的同行都有個切身的感受，在進行面與面之間進行縫合時，經常會出現縫合失敗，這時大家就會對縫合參數不斷的進行修正“妥協”，直到縫合成功，但是這些經過“妥協” 縫合的面其質量已經大大下降，有的甚至出現扭曲變形。UG進行MANUFACTURING運算的時候，對面與面之間存在間隙有一定公差允許范圍，但我們經過“妥協”后縫合的面往往間隙太大，常常導致運算失敗，有時即使通過運算也會出現刀具路徑跳躍，當型面比較大程序很長時，出現的這些路徑跳躍不容易被發現。如果數控人員采用這樣的程序，會在模具型面產生扎刀等一系列嚴重后果。

（2）當遇到復雜曲面模具的建模，我們應該充分利用UG軟件提供的各種關于點、線、面和體的功能。比如對于片體的修剪，可以利用線進行修剪，也可以利用面進行修剪等，盡可能的提高建模質量，這樣不但可以提高后續程序編程的質量，也可提高編程效率，從而為模具生產加工提供較好的技術支持。

3 UG／CAM數控程序編程

3.1 確定加工坐標系

UG／CAM的坐標系具體分為絕對坐標系、工作坐標系（WCS）和加工坐標系（MCS）。在現實中具體選擇使用哪種坐標系要根據工作性質來區分，例如：當進行建模工作時因采用絕對坐標系，當進行設計工藝工作時采用工作坐標系，當進行數控加工程序編程時采用加工坐標系。具體工作過程中我們要求工作坐標系與加工坐標系一致，兩種坐標系的一致，能夠保證設計與加工不易出錯，有利于模具加工時的定位。由于UG／CAM加工刀具軸的默認方向為Z軸，所以在同一個UG文件中我們加工同一套模具的上模鑲塊（凸模）與下模鑲塊（凹模）時，其加工坐標系原點一樣，只是Z軸相差180度。我們建立加工坐標系的時候，只要將WCS旋轉，然后根據WCS建立MCS即可。

3.2 刀具選擇

數控銑床所用的刀具種類繁多，根據不同的加工材料選取不同的刀具不但能夠提高加工效率，而且能夠延長刀具的使用壽命。這里就不一一介紹了，下面就以凸模鑲塊（常見材料Cr12MoV）為例介紹刀具的選擇，一般選擇圓鼻刀，立銑刀，球頭刀三種刀具，根據加工順序我們在去廢料的粗銑階段多使用圓鼻刀，立銑刀，在進入精銑、清根時多采用球頭刀。同一種刀具，我們也會根據加工鑲塊的大小、曲率、深度采用不同直徑的刀具，例如圓鼻刀常用的刀具直徑一般Φ20～Φ63之間、球頭刀常用的刀具直徑一般Φ6～Φ32之間。（其中型面精加工的球頭刀刀具直徑一般選取Φ6～Φ16、清根加工根據R的大小選用Φ6～Φ16）。

3.3 零件的粗加工（去廢料）

模具材料的選擇是根據汽車零件料厚來定，一般料厚t≥1.6的產品的模具，成型材料選用合金工具鋼，如：Cr12MnV、SDLL等；而對于料厚t＜1.6的產品的模具，成型材料選用鉻鉬鑄鐵等，不管毛坯是采用實型鑄造的還是鍛件鑲塊，加工余量都比較大。尤其是型面復雜的零件很難一次加工成型，必須進行粗加工→半精加工→精加工→清根等步驟才能完成。

一般情況下粗銑加工我們采用分層銑的方式進行，UG提供了很多分層銑切削方式如：CAVITY_MILL、ZLEVEL_FOLLOW_CORE、CORNER_ROUGH等。本文以下模鑲塊（凸模）的粗加工為例進行說明，我們采用CAVITY_MILL分層銑削，參數設置和刀軌如圖2所示。（現實加工中參數的設置還要根據具體數控機床來調整）特別值得注意的是，大多數情況下我們選擇的BLANK(毛坯)要進行特別的處理，具體就要求程序編程人員一定要深入現場，確定BLANK（毛坯）的實際形狀和尺寸，然后在計算機創建BLANK（毛坯）的UG模型，盡可能的使計算機模型與現實BLANK（毛坯）接近，從而優化刀軌提高加工效率。

圖2 下模鑲塊（凸模）粗加工參數設置及刀軌

3.4 零件的半精加工和精加工

在UG／CAM軟件中FIXED CONTOUR是自帶的三軸聯動加工模塊,它給用戶提供了一種完全的、綜合的加工平臺,基本上可以適應實際中各種工序加工的需要,可滿足進行粗加工（不是粗加工的最優選擇）、半精加工、精加工、清根等操作,這種加工平臺還提供了多種走刀方式和驅動方法（如沿邊界切削、放射狀切削、螺旋切削及用戶自定義方式切削等）,可自由規劃刀具的三維空間運動軌跡及加工精度,可以用來加工任何形狀的型腔或零件表面。

下面我們還是以下模鑲塊（凸模）為例，用FIXED CONTOUR模塊和ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊兩種方法（區域銑削和等高銑削），分別進行半精加工和精加工進行如下比較。

圖3 半精加工（FIXED CONTOUR模塊）

圖4 半精加工（ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊）

圖3和圖5分別為FIXED CONTOUR模塊（區域銑削）驅動方式半精加工和精加工的刀軌以及相應參數設置，圖4和圖6分別為ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊（等高銑削）驅動方式半精加工和精加工的軌以及相應參數設置。在上述兩種方法的半精加工及精加工中的主要參數設置是一致的，但我們通過仔細分析比較它們各自的刀軌不難發現：在型面相對平坦的區域，FIXED CONTOUR模塊生成的刀軌紋路非常理想，但在型面的陡峭區域，FIXED CONTOUR模塊生成的刀軌紋路就非常糟糕，而ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊在不同區域刀軌紋路的生成恰好與前者相反。

根據以上加工示例觀察我們可以得出結論，在數控加工具有復雜陡峭型面的產品時，根據區域的不同分別選擇區域銑削和等高銑削進行加工，能夠更好的保證型面的加工精度，滿足產品的需求。

圖5 精加工（FIXED CONTOUR模塊）

圖6 精加工（ZLEVEL_PROFILE_STEEP模塊）

3.5 零件的清根加工

經常做模具加工程序的同行都有個深刻的體會，模具加工時有的型面比較復雜，縱深大，局部根部R小，如果采用大刀具加工效率和加工范圍雖然比較高，但根部R加工不到位，而采用小刀具雖然根部R能夠加工到位，但它有加工效率低又有刀桿太短、加工范圍較小等弊端，因此多數情況下我們都采用遞進式加工方法，即先用大刀具加工，再用小刀具清根的方式。UG的清根加工操作簡單方便，且計算速度快。UG提供的清根方式比較多，編者結合平時的實際工作，感覺以下幾種方式在生產加工中實用性最佳：FLOWCUT_SINGLE、FLOWCUT_MULTIPLE、FLOWCUT_REF_TOOL、FLOWCUT_SMOOTH,讀者可以根據自己公司的加工習慣和具體零部件選擇不同的加工方式。

根據作者多年在一線的加工編程經驗我們發現，幾種不同的清根方式都有各自的優缺點，比如單線清根（FLOWCUT_SINGLE）效率高，但加工時吃刀量大，對刀片的磨損率極高，同時的效果較差；而后面的多線清根方式加工效率雖然較低，但在加工時對刀片的磨損較小，最重要的是其加工質量更好。因此，我們在實際加工編程中，要根據具體需要加工的零部件我們將這幾種加工方法交替使用。例如：我們根據前一工序加工刀具（比如為Φ32球頭刀）的大小選取比它稍小的Φ25球頭刀進行單線清根（FLOWCUT_SINGLE），其次用再小一些的Φ20球頭刀進行參考刀具偏置的方法清根（FLOWCUT_REF_TOOL），然后再用更小的Φ16球頭刀進行單線清根（FLOWCUT_SINGLE）……這樣依次進行下去，這種遞進式的加工方式不僅能夠大幅提高加工生產效率，而且它能保證復雜零部件型面各部位的加工精度要求，進而對以后模具的裝配生產產生積極的影響。

3.6 零件加工數控程序的生成

當UG對零部件的加工刀軌計算完成以后，經過計算機對刀具刀軌模擬仿真及對其走刀可靠性檢查確定無誤之后，我們就可以利用UG的后處理模塊生成數控機床通常加工使用的刀具軌跡原文件，即 CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）文件，然后我們只需將加工機床的機床數據文件MDF（MACHINE DATA FILE）和刀位軌跡原文件 CLS（CUTTER LOCATION SOURCE）結合在一起，經過UG自動處理模塊后即可生成該機床的NC加工代碼，非常方便快捷。需要指出的是，用戶需要根據自己的機床處理代碼（例如FANUC6-12.pui、TNC355.pui等），利用UG提供的后處理工具MDFG生成特定機床的MDFA文件。（這里需要指出的是這些NC加工代碼具體操作者可以根據自己的加工習慣進行參數修改，但前提是要保證加工的安全性）

4 結束語

本文介紹了UG/CAM數控編程的基本思路和過程，通過對圖1下模鑲塊（凸模）數控程序的編程過程解剖分析比較，總結出：對于不同鑲塊（或同一鑲塊的不同區域）采用不同加工方式可以達到即提高加工效率、又優化加工質量的目的，在此希望能夠與國內汽車模具加工同行進行經驗交流，從而達到共同提高。

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