胡濱鎧，林明山

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程系，福建 漳州 363000）

0 引言

隨著模具行業(yè)的快速發(fā)展以及市場(chǎng)競爭的激烈，人們逐漸認(rèn)識(shí)到模具在制造業(yè)的重要地位，它已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要指標(biāo)，而且客戶對(duì)模具的要求也越來越高［1-2］，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法早已無法跟上市場(chǎng)的需求，例如手表零部件對(duì)模具除了有高精度的幾何要求外，其形位精度要求也較高，但是目前鐘表產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)與制造手段還比較落后，大部分企業(yè)完全采用二維繪圖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或混合應(yīng)用3D/CAD 和2D/CAD 系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，不能滿足市場(chǎng)需要［3］。隨著智能化程度的不斷提高，模具設(shè)計(jì)與制造及塑件的CAD/CAM軟件廣泛應(yīng)用，CimatronE 是具有代表性的CAD/CAM 軟件之一，本文以表帶扣件設(shè)計(jì)與制造為例，介紹手表帶扣件的快速分模與制造的整個(gè)過程。

1 手表帶扣件的分模

手表扣件屬于手表零部件中較復(fù)雜的零件之一，其顯著的特點(diǎn)是外形復(fù)雜、倒角多變、尺寸小，導(dǎo)致加工困難，產(chǎn)品模型如圖1 所示。

圖1 模型

1.1 加載零件

打開CimatronE10 軟件，點(diǎn)擊分模設(shè)置向?qū)D標(biāo)，彈出“分模設(shè)計(jì)向?qū)А?。在“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝袑?dǎo)入主零件“表帶扣件.elt”手表扣件，工作文件名稱自動(dòng)創(chuàng)建為“表帶扣件-work”，勾選“創(chuàng)建文件夾”，系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)入文件夾名稱“表帶扣件-work-Parting”，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)勾選“應(yīng)用收縮率至工作零件”，通常ABS 材料的收縮率是3‰～8‰，因此這里設(shè)定其“收縮率”為“1.005”［4］。

1.2 布局零件及快速斷開模型

該零部件通過補(bǔ)直線和最大輪廓線斷開等簡單的修補(bǔ)后，可開始快速斷開，該塑件整體尺寸不大，為提高生產(chǎn)效率，采用一出二環(huán)形布局，通過旋轉(zhuǎn)復(fù)制后，結(jié)果如圖2所示。選擇"分模設(shè)計(jì)向?qū)?中的分模分析，選擇“虛擬分析”及“兩個(gè)方向”。完成后滑動(dòng)滾條即可快速分模，手工選擇未分配的面到所屬的面上。分模后結(jié)果如圖3 所示。

圖2 一出二布局

圖3 分模結(jié)果

1.3 分型線和分型面的創(chuàng)建

選擇“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝械摹胺中途€”，選擇“預(yù)覽分型線”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別內(nèi)、外分型線，以紅色顯示的為內(nèi)分型線，以藍(lán)色顯示的則為外分型線。該分型線有一定的參考價(jià)值，若合理的話，可直接采用，否則可另外創(chuàng)建。選擇“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝械摹胺中途€”，選擇“內(nèi)分型線”，接受系統(tǒng)的公差。創(chuàng)建內(nèi)分型面，選擇“分型面”工具，選擇“內(nèi)分型面”，接受系統(tǒng)默認(rèn)的最大間隙值。

由于預(yù)覽分型線所創(chuàng)建的外分型線無法做出外分型面，因此外分型線需另行創(chuàng)建，選擇“組合曲線”，創(chuàng)建外分型線，結(jié)果如圖4 所示。創(chuàng)建外分型面，選擇“分型面”工具，選擇“外分型面”，選擇剛創(chuàng)建的組合曲線，設(shè)置寬帶為“35”。經(jīng)修剪曲面后，最終分模結(jié)果如圖5 所示。

圖4 外分型線

圖5 分模結(jié)果

圖6 草圖

1.4 新毛坯的創(chuàng)建

選擇“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝械摹肮ぞ摺?，選擇“新毛坯”，以分型面為基準(zhǔn)面，創(chuàng)建200×90的一個(gè)草圖，如圖6 所示。拉伸實(shí)體，雙向拉伸，增量均為25。

選擇“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝械摹拜敵瞿＞呓M件”，會(huì)出現(xiàn)兩次提示是否繼續(xù)下一步，均選“是”，得到兩個(gè)零件名稱分別為“表帶扣件a-Work-Split-01”和“表帶扣件a-Work-Split-02”。

2 創(chuàng)建型腔和型芯零件

打開名稱為“表帶扣件a-Work-Split-01”的零件，選擇“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝械摹凹せ罟ぞ摺?，選擇“縫合分型面”，默認(rèn)系統(tǒng)選擇的縫合公差。選擇“分模設(shè)計(jì)向?qū)А敝械摹凹せ罟ぞ摺保x擇“切除”，選擇拉伸的實(shí)體，確認(rèn)后，再選擇切除工具“分型面”，至此完成型腔的創(chuàng)建。用創(chuàng)建型腔的方法同樣創(chuàng)建型芯，最終結(jié)果如圖7 和圖8 所示。

圖7 型腔

圖8 型芯

3 NC 編程

3.1 加工工藝分析

CimatronE 是集成CAD 與CAM 一體化，中間傳遞環(huán)節(jié)幾乎無誤差，直接打開圖7 零件，選擇主菜單“文件”→“輸出”→“至加工”，即可進(jìn)入加工環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)無紙化加工［5］。下面以型腔為例，詳述該加工過程。

在編寫NC 程序之前，首先做好工藝規(guī)劃。分析手表扣件的外型可知，其加工工藝大致為“粗加工→精加工→角落精銑”，具體如表1 所示。

表1 加工工藝

3.2 加工程序編制

3.2.1 粗加工程序的編制

1）選擇加工方式。主選擇“體積銑”，子選擇“環(huán)繞粗銑”，如圖9 所示。

2）設(shè)置安全平面及坐標(biāo)系，如圖10 所示。

3）設(shè)置進(jìn)刀點(diǎn)和與退刀點(diǎn)，如圖11 所示。

4）設(shè)置輪廓，如圖12 所示。

5）設(shè)置公差余量，如圖13 所示。

6）設(shè)置刀路軌跡參數(shù)，如圖14 所示。

7）設(shè)置機(jī)床參數(shù)，如圖15 所示。

8）選擇加工位置，點(diǎn)擊“零件曲面”，選擇所有曲面，如圖16 所示。

圖9 加工方式

圖10 安全平面及坐標(biāo)系

圖11 進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)

圖12 輪廓設(shè)置

圖13 公差余量設(shè)置

圖14 刀路軌跡參數(shù)設(shè)置

圖15 機(jī)床參數(shù)設(shè)置

圖16 加工位置的選擇

圖17 計(jì)算結(jié)果

9）保存和計(jì)算刀路，結(jié)果如圖17 所示。

3.2.2 精加工程序的編制

1）在程序管理器工具欄中，主選擇“曲面銑削”，子選擇“根據(jù)角度精銑”，如圖18 所示，其他設(shè)置安全平面及坐標(biāo)系，沿用粗加工設(shè)置不需要改變。

2）設(shè)置進(jìn)刀退刀點(diǎn)，如圖19 所示。

3）設(shè)置加工余量，如圖20 所示。

圖18 加工方式

圖19 進(jìn)刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)

圖20 公差余量設(shè)置

4）設(shè)置刀路軌跡參數(shù)，如圖21 所示。

5）設(shè)置機(jī)床參數(shù)，如圖22 所示。

6）選擇加工位置，在“零件”中，點(diǎn)擊“邊界”選擇要加工的區(qū)域，如圖中藍(lán)色區(qū)域；點(diǎn)擊“零件曲面”選擇要加工的區(qū)域，點(diǎn)擊“檢查曲面”選擇在加工中刀具不能加工的區(qū)域，結(jié)果如圖23 所示。

圖21 刀路軌跡參數(shù)

圖22 機(jī)床參數(shù)設(shè)置

圖23 加工位置的選擇

圖24 計(jì)算結(jié)果

7）保存和計(jì)算，如圖24 所示。

3.2.3 角落精銑程序的編制

圖25 刀路參數(shù)

圖26 刀路參數(shù)（續(xù)）

最后對(duì)根部作清根處理。主選擇選局部精細(xì)加工，子選擇選清根銑。選擇所有面作為零件曲面。刀具選擇B2 的球刀，刀路參數(shù)可參考圖25 和圖26 設(shè)置，機(jī)床參數(shù)如圖27，計(jì)算程序得到刀路如圖28 所示。

圖27 機(jī)床參數(shù)

圖28 計(jì)算結(jié)果

3.3 仿真加工

根據(jù)以上工藝內(nèi)容進(jìn)行程序編寫，設(shè)定完成后，選擇“加工向?qū)А敝械臋C(jī)床仿真，將所有程序加載到仿真環(huán)境，結(jié)果如圖29 所示。最終進(jìn)行模擬仿真結(jié)果如圖30 所示。

圖29 加載仿真程序

圖30 型腔仿真結(jié)果

4 結(jié)語

1）通過CimatronE 可實(shí)現(xiàn)模具從建模到最終加工一體化設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)無紙化設(shè)計(jì)，大大減少了中間傳遞和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)所帶來的誤差，可使模具精度大大提高。

2）通過該軟件進(jìn)行自動(dòng)編程，既可減少大量的人力，也可大大減少物力，從而大大降低設(shè)計(jì)與制造成本。

3）通過CimatronE 既能夠較好地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，也能夠較好地進(jìn)行CAD/CAM 軟件教學(xué)。

4）本文所介紹的手表扣件模具的設(shè)計(jì)與制造，可為同類注塑模具設(shè)計(jì)與制造提供一種較為實(shí)用的方法，也可為其他類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造提供參考。

［1］鄭涌.模具行業(yè)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)［J］.科技信息，2007（4）：64-65.

［2］李海萍.模具數(shù)控加工技術(shù)的研究與發(fā)展［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008，46（6）：210-212.

［3］林明山，數(shù)字化的手表模具設(shè)計(jì)與NC 編程［J］.漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（1）：53-56.

［4］林明山.基于Cimatron E 的桶蓋模具設(shè)計(jì)［J］.模具制造，2009（4）：12.

［5］王健，李子艷，徐國勝.Cimatron E 軟件在鼠標(biāo)殼注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.天津工程師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（1）：43.