基于UG 6.0的水壺蓋塑料模具數控加工研究

錢愛萍

(浙江汽車職業技術學院，浙江 臨海 317000)

基于UG 6.0的水壺蓋塑料模具數控加工研究

錢愛萍

(浙江汽車職業技術學院，浙江 臨海 317000)

摘要：以UG 6.0軟件作為輔助設計工具，介紹了水壺蓋塑料模具的數控加工過程。分析了實際生產中的水壺蓋模具模板材料，利用UG三維設計軟件，對水壺蓋模具零件進行了建模，建立了三維產品圖及裝配圖，分析了模具零件的結構及工藝特點，進行了數控加工工藝分析，采用合理的加工工藝方案，完成了數控加工工序規程設計，并編制了數控加工工序卡，對數控刀具選用和刀具走刀路線做了分析說明，最后通過自動編程輸出了加工程序。

關鍵詞：UG；水壺蓋模具零件；加工工藝；數控編程

UG是當今高度集成的CAD/CAM/CAE一體化軟件，UG系統提供了一個基于過程的產品設計環境，使產品開發從設計到加工真正實現了數據的無縫集成，從而優化了企業的產品設計與制造[1]。數控技術是一種采用計算機對機械加工過程中各種控制信息進行數字化運算、處理，并通過驅動單元對機械執行構件進行自動化控制的技術。數控技術是與機床控制密切結合而發展起來的，這種技術用計算機按事先存儲的控制程序來執行對設備的控制功能[2]。本文以某公司生產的塑料水壺蓋為例，應用UG 6.0軟件對該零件進行建模、造型，最后通過后置處理輸出零件的加工程序加工出合格產品。

1水壺蓋模具模板材料和產品圖

1.1選擇毛坯

毛坯種類的選擇取決于零件的實際作用、材料、形狀、生產性質以及在生產中獲得的可能性。毛坯的制造方法主要有如下幾種：型材、鍛造、鑄造、焊接和其他毛坯。根據零件的材料，可選用型材或鍛件，但從經濟方面考慮，如用型材中的棒料，加工余量太大，這樣不僅浪費材料，而且增加了機床、刀具及能源等的消耗，而鍛件具有較高的抗拉、抗彎和抗扭強度及沖擊韌度，常用于大載荷或沖擊載荷下的工作零件。該產品選擇鍛件中的模鍛，需要加工的模板毛坯尺寸及材料見表1。

表1　需要加工的模板毛坯尺寸及材料

1.2基于UG軟件建立三維產品圖及裝配圖

基于UG軟件建立的三維產品圖及裝配圖如圖1所示。

圖1　三維產品圖及裝配圖

2模具零件結構與工藝分析

2.1零件加工工藝設計

零件在加工之前首先要安排準備工序,選擇定位基準面，還要考慮零件在一次裝夾后能在幾個方面對多個表面進行切削加工。本文中模具可以把模板的側面作為基準面[3]。

零件在一次裝夾后，對每個加工工步均應考慮由粗漸精的原則，先進行粗加工，去除毛胚上的大部分余量，然后安排一些熱量小、加工要求不高的表面，使零件在精加工之前有充分的時間冷卻，最后再進行精加工。

2.2模具的數控加工工藝分析

水壺蓋模具主要由6個部件組成，包括上復板、型腔、型芯、推料板、型芯固定板和下復板。下述對每個部件進行分析：1)上復板，主要加工4個拉桿孔、4個螺釘孔、定位圈圓臺階、中間的1個通孔以及側面的2個水路(1個進水孔和1個出水孔)；2)型腔，主要加工4個導柱孔、4個螺釘孔、4個拉桿孔、1個水槽和里面的10個冷卻水孔、進料口孔，以及主要的產品型腔面；3)型芯，主要加工產品型芯面、下面的水路以及與推料板和型芯固定板的配合面；4)推料板，主要加工4個拉桿孔、導柱孔以及中間與型腔和型芯的配合面；5)型芯固定板，主要加工4個拉桿孔、導柱孔、4個螺釘孔以及需要固定的型芯面；6)下復板，主要加工4個拉桿孔、4個螺釘孔以及側面的2個水路(1個進水孔和1個出水孔)。

2.3模板加工工藝安排

對于水壺蓋模具的加工工序安排，本文主要對水壺蓋模具型腔進行分析。

在銑床上安裝好型腔模板(模板尺寸為230 mm×230 mm×65 mm)，由于產品型腔面加工的面積較多，所以先加工有水槽的一面。具體的加工過程如下：1)水槽，水槽的寬度和深度都是10 mm，其精度和表面粗糙度要求不高，公差范圍為-0.1～0.1 mm，先用8R0的銑刀進行粗加工，再進行精加工；2)密封槽，該模具表面有2個密封槽，寬度為3.5 mm，深度為2.5 mm，其作用主要是安放密封圈，公差范圍為-0.05～0.05 mm，先用2R0的銑刀進行粗加工，再進行精加工；3)進料口孔，進料口孔最大直徑為26.46 mm，最小直徑為6 mm，其精度和表面粗糙度要求不高，公差范圍為-0.05～0.05 mm。先用23R0的銑刀進行粗加工，再用8R0的銑刀進行精加工，如有加工不到的地方需要進行精雕處理；4)導柱孔，導柱孔最大直徑為29 mm，最小直徑為24 mm，其精度和表面粗糙度要求高，公差范圍為0～0.05 mm，先用直徑20 mm的鉆頭進行鉆孔，再用24 mm的鏜刀對最小直徑孔進行鏜孔，最后用29 mm的鏜刀對最大直徑孔進行鏜孔；5)螺釘孔，螺釘孔直徑為10.5 mm，深度為26 mm，其表面粗糙度要求不高，公差范圍為-0.05～0.05 mm，可以直接用直徑10 mm鉆頭進行鉆孔，再用直徑10.5 mm的鏜刀進行鏜孔；6)拉桿孔，拉桿孔最大直徑為23.5 mm，最小直徑為16 mm，總高度為54.5 mm，其精度和表面粗糙度要求不高，公差范圍為-0.05～0.05 mm，可以先用直徑18 mm的鉆頭對最大直徑面進行鉆孔，再用直徑23.5 mm的鏜刀進行鏜孔，直徑16 mm的拉桿孔所在的面可以留到加工反面時再加工。

完成上述加工后，把模板反過來裝夾加工圓臺和型腔面，圓臺下面的面加工精度和表面粗糙度要求不高，其余的面要求很高，公差范圍為-0.02～0.025 mm，加工步驟如下：1)用50R6的銑刀進行粗加工；2)用25R5的銑刀對沒有加工到位的地方進行再加工；3)用52R6的銑刀進行精銑；4)用25R0.8的銑刀對沒有加工到位的地方進行清角；5)用直徑12 mm的鉆頭對直徑16 mm拉桿孔進行鉆孔，再用直徑16 mm的鏜刀進行鏜孔；6)用6R0的銑刀對刀銑不到的地方進行再加工；7)對產品型腔面上的加強筋加工不到的地方進行精雕。

2.4熱處理

熱處理的目的是提高材料的力學性能，消除殘余應力和改善金屬的加工性能，熱處理主要分預備熱處理、最終熱處理和內應力處理等。本文中模具零件材料為45鋼，在加工過程中，預備熱處理是用來消除零件的內應力，應在毛坯鍛造之后進行，最終熱處理應在半精銑之后精銑之前進行，本模具需要調質熱處理。

3數控加工工序規程及工序卡

編制機械加工工藝卡片是用來指導工人加工的，一般簡易的工藝卡片中需編制簡易的工藝流程、工序名稱和工裝等。固定產品的工藝卡片比較復雜，每一工步都需要編制卡片，卡片中包含本工序的加工刀具、測量量具、設備和定位等[4]。下述對水壺蓋模具型腔板進行介紹，其數控加工工序卡片見表2。

表2　數控加工工序卡片

4采用自動編程完成零件的加工

數控機床加工零件的過程完全自動地進行，加工過程中人工不能干預。因此，首先應將加工零件的全部信息，包括加工工藝過程、刀具運動軌跡及方向燈按加工順序用數控代碼正確地編制出數控程序。自動編程是用計算機把輸入的零件圖樣信息改寫成數控機床能執行的數控加工程序，即數控編程的大部分工作由計算機來實現[5-6]。

本文中的零件形狀復雜，尺寸不易計算，因此采用自動編程，下述編程是在專業編程軟件Cimitra上執行的。模具型腔的正反面圖如圖2所示，銑削密封槽刀路圖如圖3所示。

圖2　模具型腔的正反面圖

圖3　銑削密封槽刀路圖

由于程序太多，只對模具型腔的密封槽大背吃刀量銑削程序進行后處理，該程序用的刀具是2R0立銑刀。銑密封槽加工程序如下：

%

O0100

G90 G80 G00 G17 G40 M23

G43 H02 Z50. S1000 M03

G00 X-54.63 Y17.512 Z50. M09

X-55.988 Y17.943

Z1.

G01 Z-2. F105

X-54.63 Y17.512 F350

X-54.251 Y18.706

…

X-49.717 Y28.656 X12.736 Y-55.939

X11.975 Y-56.117

X11.542 Y-56.205

X9.552 Y-56.575

X9.154 Y-56.643

X8.756 Y-56.698

X7.562 Y-56.874

X6.766 Y-56.973

X6.368 Y-57.027

X5.174 Y-57.138

X4.776 Y-57.168 X29.836 Y50.756 I-42.98 J40.229

X-56.052 Y17.991 I-29.832 J-50.751

G01 X-54.694 Y17.555

G00 Z50.

M30

%

5結語

通過對水壺蓋模具數控銑削加工工藝及編程進行研究，應用CAD、UG和Cimitra軟件對零件進行了造型，分析了加工軌跡，編制了后處理及加工程序，獲得了數控加工方法。

參考文獻

[1] 王尚林. UG NX 6.0三維建模實例教程[M]. 北京:中國電力出版社，2010.

[2] 趙長明.數控加工工藝及設備[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3] 劉宏軍.模具數控加工技術[M]. 大連：大連理工大學出版社，2010.

[4] 韓鴻鸞，榮維芝. 數控機床加工程序的編制[M]. 北京：機械工業出版社，2005.

[5] 劉向陽，占向輝，張恩光，等.UG NX 4.0中文版CAD詳解教程[M]. 北京：清華大學出版社，2007.

[6] 熊熙. 數控加工與計算機輔助制造及實訓指導[M]. 北京：中國人民大學出版社， 2000.

責任編輯鄭練

Research on NC Machining of Kettle Cap Plastic Mould based on UG 6.0

QIAN Aiping

(Zhejiang Automotive Vocational and Technical College, Linhai 317000, China)

Abstract:Mainly introduced the NC machining processing of kettle cap plastic mould by using UG 6.0 software as auxiliary design tool. Analyzed the shuttering of the kettle cap plastic mould in practical manufacturing, used UG 3D software to build models of parts and built 3D product and assembly drawings. The paper also analyzed the structure and technologic features of the parts and the NC processing technology, adopts reasonable machining processing plan, completed the design of processing steps and worked out operation sheet. Finally, analyzed the NC tools and paths and outputted the processing program through automatic programming.

Key words:UG, kettle cap mould parts, processing technology, NC programming

收稿日期：2014-06-25

作者簡介：錢愛萍(1976-)，女，講師，工程師，主要從事數控加工技術等方面的研究。

中圖分類號：TG 164

文獻標志碼：A