基于UG的模具自由曲面數控加工工藝規劃研究

秦紅星，齊鐵力

(唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

基于UG的模具自由曲面數控加工工藝規劃研究

秦紅星，齊鐵力

(唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

對模具自由曲面數控加工工藝的規劃方法進行研究，建立了適于模具自由曲面數控加工的工藝規劃。針對某模具的自由曲面，根據工藝規劃得到的自由曲面加工工藝參數，在UG NX 8.0中設定各項參數，生成刀具加工路徑，進行仿真加工，獲得其數控加工代碼。實例加工證明，該規劃方法使模具加工工藝信息得到了最大程度地有效利用，降低了模具設計的工作量，提高了生產效率，降低了設計成本。

模具；自由曲面；數控加工工藝；UG

0 引言

隨著科技的進步，具有自由曲面特征的產品大量出現，小到各種塑料包裝，大到汽車、飛機，這些產品的外觀都免不了采用曲面造型[1]，這對具有自由曲面零件的模具生產提出了更高的要求。低成本、高效率、高精度成為模具自由曲面加工制造的研究焦點[2-5]。數控加工工藝是自由曲面模具加工過程中的關鍵因素，因此根據產品的設計任務、設計要求、機床參數、刀具選擇等多項信息，確定合理高效的數控加工工藝參數，對模具的生產制造十分必要[6]。本文應用UG NX 8.0三維軟件，針對某模具自由曲面，研究其數控加工工藝參數和規劃方法，生成高效的加工刀具路徑，并進行仿真加工和實際驗證。

1 自由曲面加工工藝

模具自由曲面的數控加工工藝規劃與常規機械加工有所不同，具有一定的特殊性和復雜性。模具自由曲面的數控加工成本偏高，而且周期較長，所以應采用先進的工藝規劃方法和生產管理手段[7]。

1.1 工藝規劃方法

模具實際生產中，根據對自由曲面的描述、加工要求等相關信息，利用刀具選型和切削加工經驗，能夠得到合理的自由曲面數控加工工藝規劃方案。

根據不同的生產任務，采取不同的工藝規劃方法。目前，常用的方法主要有實例匹配法、工藝模板法和知識推理法等[8]。

加工模具自由曲面時，首先運用實例匹配選取合理的加工工藝方案。如果實例匹配度較好，則直接采用工藝知識庫中的實例進行規劃；如果匹配度不是很高，則采用工藝模板法進行規劃；如果實例匹配度較低，則采用知識推理規劃方法選取加工工藝參數，做出實用且合理的切削參數[9]，并且將新的加工方案錄入工藝知識庫備用。如圖1所示。

圖1 工藝規劃流程

1.2 工藝知識庫

工藝參數是在加工工藝規劃時產生和使用的數據，利用Access數據庫進行存儲，構成工藝知識庫。進行工藝規劃時，不僅可以利用工藝知識庫存儲的數據，而且還可以把新生成的工藝參數錄入到工藝知識庫數據庫中。工藝知識庫對模具自由曲面的加工起到了很好的指示作用，避免因重復規劃加工工藝而造成時間浪費，有助于提高生產效率[10]。

2 仿真加工

以某模具自由曲面的一部分為例，依據加工工藝規劃方法，得出該曲面的粗加工基本參數，并在UG NX 8.0中對加工工藝和粗加工程序進行仿真。

2.1 模型裝載

將掃描處理后的模具自由曲面導入UG NX 8.0軟件中，然后點選“開始”菜單，在下拉列表中啟動“加工”模塊，并在“加工環境”對話框中選擇“MILL_CONTOUR”加工模式，進入UG加工界面。如圖2所示。

圖2 模具自由曲面模型

2.2 坐標系的定義

在UG工具欄點選“創建幾何體”圖標，使用“MCS”子類型，并在對話框中設置，“指定MCS”設置為“X軸、Y軸、原點”，安全距離設置為10。如圖3所示。

圖3 MCS設置

2.3 幾何體的定義

定義好坐標系后，點選“創建幾何體”圖標，選擇“WORKPIECE”子類型，在“工件”對話框中分別指定自由曲面的部件和毛坯。如圖4所示。

圖4 工件定義

2.4 加工方法的設置

在工具欄中點選“創建方法”圖標，彈出“創建方法”的對話框，此時選擇“MILL_ROUGH”方式，在“銑削方法”對話框中設置粗加工參數分別為：部件余量1.00 mm，內公差0.03 mm，外公差0.12 mm，切削方法HSM ROUGH MILLING，切削進給率1 800 mm/min。如圖5所示。

圖5 銑削方法設定

2.5 刀具創建

在工具欄中單擊“創建刀具”圖標，刀具名稱設定為D20R4，并設置銑刀相應參數。如圖6所示。

圖6 刀具參數設置

2.6 型腔銑及參數設置

打開“創建工序”，并在其中設置“型腔銑”子類型，并確定程序、刀具、幾何體、方法等項。如圖7所示。

圖7 創建工序

在“型腔銑”刀軌設置其加工方法為“MILL_ROUGH”，切削模式為“跟隨部件”，步距選擇“刀具平直百分比”70%，每刀公共深度設置為2 mm。在“進給率和速度”對話框中設置表面速度為100 mm/s，每齒進給量0.45 mm/r，主軸轉速2 000 r/mm，切削進給量1 800 mm/min。如圖8所示。

圖8 切削用量設置

2.7 刀具路徑生成及仿真

以上所有設置操作完成之后，就可以生成刀具路徑。如圖9所示。

圖9 刀具路徑生成

刀路確認后開始進行仿真加工，此時可以檢查刀具路徑是否正確，是否存在過切或碰撞現象。如果發現過切或碰撞，應立即修改刀具路徑參數，以避免在實際加工過程中發生事故。仿真加工過程如圖10所示。

圖10 仿真加工過程

2.8 后處理及車間文檔的創建

刀具路徑生成后，將以上刀具路徑按數控加工機床加工的順序進行排列，然后對其進行后處理，產生NC程序文件。如圖11所示。

圖11 NC程序文件

2.9 工藝文件的創建

將以上完成的加工工藝數據，其中包含程序名、日期、工件名稱、工件材料、切削參數、刀具參數、加工方式、余量、機床類型等，添加到工藝知識庫中，這些工藝文件可以為以后新零件產品工藝的編制提供有效參考。

3 實例應用

將該工藝規劃技術應用在某汽車大型覆蓋件模具型面的加工上，對其進行了實踐驗證。

依該工藝設定的模具型面加工策略，設置工藝參數，進行切削加工。具體參數設置如表1所示。

表1 加工工藝參數和加工策略表

模具毛坯選用1 000 mm×800 mm×200 mm鑄件?；诩庸び嗔枯^大的原因，選取球頭銑刀先對型面進行試加工。采用交叉等高方式進行粗加工，余量1.0 mm，再對未加工到的部位粗清角。依次完成型面的半精加工、半精清角加工、精加工、精清角加工等步驟，最后生成完整的刀路軌跡和加工程序。在CINCINNATI VMC-1000加工中心上完成了該覆蓋件模具型面的實際加工。如圖12所示。

圖12 模具曲面加工效果圖

加工結果表明，應用該加工工藝規劃可以快速、合理、規范地設置模具型面的工藝參數和工藝流程，不僅保證了型面加工的質量，而且使工藝規劃和數控編程的時間縮減大約20%，大大提高了模具制造效率。

4 結語

通過研究模具自由曲面數控加工工藝的規劃，可以快速準確地確定加工工藝參數，大大降低工藝設計中的人為錯誤和紕漏，有效縮短模具制造的周期。UG NX 8.0三維軟件的運用，使得數控加工程序的獲取更加方便。通過軟件仿真能夠及時檢查加工過程中是否存在干涉或者過切現象，能夠有效地保護機床和刀具，為加工出高品質模具提供有力保障。

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[10] Sun Hongyi. Current and future patems advanced maufacturing technologies[J].Technovation，2002，20(11)：631-641.

(責任編校：白麗娟)

On Design of UG-based NC Machining Process of Mold Free-form Surface

QIN Hong-xing， QI Tie-li

(Department of Mechanical Engineering， Tangshan College， Tangshan 063000， China)

The authors of this paper， based on their research into the design methods of mold free-form surface NC machining process，have designed a process suitable for mold free-form surface NC machining. According to the machining process parameters of the free-form surface of the mold used in this experiment， the parameters in UG NX 8.0 are set， the tool machining path is generated and the machining process is simulated. The results shows that this design method makes the maximum use of the mold processing information， reduces the workload of mold design， improves the production efficiency and reduces the design costs.

mold；free-form surface； NC machining process； UG

TH164

A

1672-349X(2015)03-0045-04

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.03.016