張曉光

（遼寧工業(yè)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(xiàn)車門鎖緊的鎖緊機構(gòu)的零部件。其工作原理是當車門關(guān)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(xiàn)汽車車門的鎖緊。汽車車門鎖緊機構(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，所以如果對它進行合理的設(shè)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(gòu)中的主要受力原件，因此在設(shè)計時需要考慮它的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計、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(shè)計，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軟件進行模具的設(shè)計及制造，在汽車零部件設(shè)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(shù)控加工仿真功能。

通過實際測量各種車門鎖扣的真實數(shù)據(jù)來對車門鎖扣進行模具設(shè)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(shù)討論和改進。通過模具的制作來實現(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，利用三維造型軟件對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用PRO/E軟件進行模具設(shè)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(shù)控銑削刀具路徑的設(shè)計，生成NC程序，最后在數(shù)控仿真系統(tǒng)中進行仿真驗證。

2 車門鎖扣模具設(shè)計

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)計首先對零件進行結(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(shè)置。還要對模具的技術(shù)要求進行合理的安排，尺寸要測量準確[2]。

2.2 實體模型創(chuàng)建

汽車車門鎖實體零件進行結(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，但是整個零件都是對稱的。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(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

1）模具機構(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(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個體積塊。

4）模具分解：利用軟件生成開模的操作過程：鑄?！斎朊Q，隱蔽相關(guān)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(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)過處理和計算后，發(fā)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(shù)。

數(shù)控加工仿真利用計算機來模擬實際的加工過程，是驗證數(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(huán)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(jié)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(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

對于任何一個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軟件進行軌跡驗證，通過觀察代碼合適，這樣導出的數(shù)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(shù)控代碼進行分析和改正，代碼修改結(jié)果如圖8所示。

3.4 斯沃仿真過程

數(shù)控加工代碼導入到斯沃仿真軟件中，首先要對工件的毛坯進行設(shè)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(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構(gòu)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(shè)計、模具設(shè)計、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實現(xiàn)零件造型，模具分型面的設(shè)計、確定型腔和型芯和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計等。利用Mastercam軟件能夠快速準確生成數(shù)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(shè)計的準確性，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]. 計算機輔助設(shè)計與制造, 1997, (5): 44-46.

[2] 金捷. 電話機外殼模具設(shè)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(shè)計中的應(yīng)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(shù)控編程軟件的后處理技術(shù)[J]. 遼寧師專學報,2010,(3): 88.