馬松柏

（北京工商大學(xué)，北京 100048）

0 引言

近年來(lái)，CAD/CAM技術(shù)在模具設(shè)計(jì)制造方面得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，借助許多功能強(qiáng)大的通用軟件可獨(dú)立完成模具零件的CAD設(shè)計(jì)與CAM仿真加工，如利用UG/Mold（或ProE/EMX）設(shè)計(jì)模具、UG/CAM（或ProE/NC）進(jìn)行仿真加工及后處理并輔以其他軟件進(jìn)行模具模擬制造。但由于零件形狀的復(fù)雜多變，為滿足設(shè)計(jì)的靈活性與高效性，僅僅依靠一種軟件往往是不夠的，CAD軟件間彼此數(shù)據(jù)交換與共享、并聯(lián)設(shè)計(jì)的重要性逐漸顯現(xiàn)，且多數(shù)仿真軟件生成的刀具軌跡往往不考慮機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)和工件的裝夾方式,其操作過(guò)程也與實(shí)際加工過(guò)程不相一致，不能確保生成的NC代碼程序在數(shù)控加工機(jī)床上能夠安全、正確的執(zhí)行。

為有效解決上述問(wèn)題，提出以薄壁手機(jī)殼注塑模型腔的設(shè)計(jì)與仿真加工、NC代碼程序模擬檢驗(yàn)的過(guò)程為例說(shuō)明CAD數(shù)據(jù)交換與并聯(lián)設(shè)計(jì)及數(shù)控仿真檢驗(yàn)方法，其中CAD模具設(shè)計(jì)采用Autodesk Inventor 2012/Molddesign模塊得到模具產(chǎn)品型腔零件，經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后在UG NX8.0/CAM模塊下進(jìn)行仿真加工，再將后處理得到的NC代碼加工程序在斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件上進(jìn)行實(shí)際加工前的檢驗(yàn)修正，檢驗(yàn)環(huán)境為FANUC 0iM三軸數(shù)控銑床加工中心，其仿真操作面板與機(jī)床實(shí)際操作面板完全吻合，仿真檢驗(yàn)過(guò)程考慮了刀具、工件裝夾方式等因素，仿真操作與實(shí)際機(jī)床操作近乎完全一致，最終的仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性與可行性。

1 模具CAD/CAM并聯(lián)設(shè)計(jì)—仿真加工檢驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

模具CAD/CAM并聯(lián)設(shè)計(jì)—仿真加工檢驗(yàn)方法主要由產(chǎn)品CAD數(shù)字化3D模型建模模塊、產(chǎn)品CAM加工應(yīng)用模塊，及仿真加工檢驗(yàn)?zāi)K三部分組成。圖1為CAD/CAM并聯(lián)設(shè)計(jì)—仿真加工檢驗(yàn)流程圖。

圖1 CAD/CAM并聯(lián)設(shè)計(jì)—仿真加工檢驗(yàn)流程

創(chuàng)建產(chǎn)品的數(shù)字化3D模型可利用常用的CAD軟件來(lái)完成，如Creo(早期版本為Pro/E)、UGNX、Inventor、CATIA、SolidWorks等通用軟件，將創(chuàng)建好的3D數(shù)字化模型通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式保存為IGES、STEP、SAT等中間格式文件，建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)并上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；再將數(shù)據(jù)庫(kù)中的3D數(shù)字化模型文件導(dǎo)入到CAM加工應(yīng)用模塊進(jìn)行仿真加工與后處理，得到零件的NC代碼程序，CAM加工應(yīng)用模塊可以是任何現(xiàn)有通用軟件或二次開(kāi)發(fā)軟件；加工檢驗(yàn)?zāi)K則在與機(jī)床實(shí)際加工高度接近的斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件環(huán)境中完成。各模塊間彼此互聯(lián)，保證設(shè)計(jì)意圖的全面準(zhǔn)確執(zhí)行，便于及時(shí)快速地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，達(dá)到設(shè)計(jì)與加工并行的目的。下面以一薄壁手機(jī)殼注塑模型腔的設(shè)計(jì)與仿真加工說(shuō)明該方法的實(shí)行過(guò)程。

2 基于Inventor/Molddesign的模具型腔3D數(shù)字化模型創(chuàng)建

加工對(duì)象為薄壁手機(jī)殼模具型腔，這里直接利用薄壁手機(jī)殼的三維Inventor模型設(shè)計(jì)模具，Autodesk Inventor 2012軟件的Molddesign模具設(shè)計(jì)功能易于使用，尤其是補(bǔ)面(Patch)和分型面的創(chuàng)建簡(jiǎn)便快速，和其他專(zhuān)業(yè)模具設(shè)計(jì)軟件的基本流程類(lèi)似，導(dǎo)入設(shè)計(jì)零件、選擇材料、創(chuàng)建模具模型、收縮率設(shè)置、創(chuàng)建分型面和體積塊、分型面檢測(cè)、分模、加載模架、創(chuàng)建行位并放置滑塊、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，其中薄壁手機(jī)殼的尺寸為108mm×57mm×15mm，壁厚1mm，創(chuàng)建平面補(bǔ)片后分型面采用拉伸生成分型面的方式創(chuàng)建，分模后得到模具型腔3D模型，簡(jiǎn)化流程如圖2所示。

圖2 模具簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程

3 基于UG NX8.0/CAM的模具型腔仿真加工

創(chuàng)建好的模具型腔的尺寸為150mm×80mm×40mm，最小圓角半徑1mm，將其轉(zhuǎn)換為IGES格式文件并導(dǎo)入到UG/NX8.0裝配環(huán)境，創(chuàng)建與模具型腔相同尺寸的拉伸毛坯幾何體后轉(zhuǎn)入U(xiǎn)G/CAM加工環(huán)境。將機(jī)床坐標(biāo)系MCS設(shè)定為毛坯頂面，分析模具型腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具型腔無(wú)側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，采用三軸數(shù)控銑床加工中心即可加工，選擇合適刀具，制定如圖3所示加工策略，加工方案按照表1加工工藝規(guī)劃表執(zhí)行：粗加工采用型腔銑削跟隨工具的切削方式開(kāi)粗，以頂面為定位基準(zhǔn),加工部位包括上下表面內(nèi)外輪廓、上表面（2層）、下表面（3層）、下表面圓角面，生成如圖4所示粗加工刀具軌跡。精加工采用曲面區(qū)域銑削跟隨周邊的切削方式，銑削范圍為型腔下表面，內(nèi)輪廓表面，生成如圖5所示精加工刀具軌跡。仿真加工完成后處理器選擇“MILL_3_AXIS”，單位選擇“公制/部件”，生成的NC程序代碼文件如圖6所示，將代碼文件轉(zhuǎn)存為斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件可調(diào)用的*.cnc格式文件。

圖3 制定加工策略 圖4 粗加工刀具軌跡

圖5 精加工刀具軌跡 圖6 后處理文件

表1 加工工藝規(guī)劃表

4 基于斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件環(huán)境檢驗(yàn)NC加工程序

圖7為斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件FANUC 0iM三軸數(shù)控銑床加工中心界面，界面左側(cè)為機(jī)床床身，右上為程序操控面板、右下為機(jī)床操控面板。仿真加工檢驗(yàn)NC程序的操作步驟如下：

1）設(shè)置毛坯：長(zhǎng)方體80mm×150mm×40mm，如圖8所示；

2）設(shè)定工件裝夾方式：工藝板(壓板)裝夾，如圖9所示第一行第二項(xiàng)；

3）按表1刀具參數(shù)設(shè)定刀具并載入刀架，如圖10所示；

4）對(duì)刀設(shè)定工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，XY方向采用基準(zhǔn)芯棒（H100mmD20mm）及塞尺（厚1mm），如圖11所示，Z方向采用刀尖試切對(duì)刀，對(duì)刀完成后依次單擊程序操控面板上如下按鈕輸入坐標(biāo)值坐標(biāo)系 測(cè)量（X51、Y86、Z0）；

圖7 斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件界面

圖8 設(shè)置毛坯 圖9 設(shè)定工件裝夾

運(yùn)行經(jīng)檢驗(yàn)修正后的NC代碼程序正確可信，且仿真檢驗(yàn)操作過(guò)程與實(shí)際機(jī)床的操作過(guò)程高度接近，可直接用于實(shí)際加工。

圖10 選擇與裝夾刀具 圖11 對(duì)刀

圖12 粗加工仿真 圖13 精加工仿真

圖14 精加工刀路測(cè)量與G代碼 圖15 模具型腔仿真結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

注塑模設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的CAD/CAE技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用，基于多種軟件聯(lián)合應(yīng)用于模具CAD/CAM仿真加工與檢驗(yàn)的方法指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)是重要的發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用此方法在提高一次試模的成功率的同時(shí)，還可以縮短生產(chǎn)周期，節(jié)省生產(chǎn)成本，該方法具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

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