■ 東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 （湖北武漢 430058） 楊 興 陳 龍

主管工程師 楊興

中國汽車行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)于轎車覆蓋件模具的品質(zhì)和周期提出了更高的要求，傳統(tǒng)的模具制造方式周期長、人員技能要求高，已經(jīng)不能滿足市場需求。當(dāng)前模具制造技術(shù)的發(fā)展方向?yàn)椋河?jì)算機(jī)前期技術(shù)應(yīng)用逐步代替現(xiàn)場操作，以高精度加工逐步代替后期手工調(diào)試，模具設(shè)計(jì)、制造高度標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)字化單件生產(chǎn)方式向流水線式生產(chǎn)方式發(fā)展。

通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，完善已經(jīng)建立的模具數(shù)據(jù)庫，在工程設(shè)計(jì)階段導(dǎo)入精細(xì)化模面設(shè)計(jì)流程，針對(duì)大型覆蓋件模具在重載荷下的彎曲變形，使用數(shù)模整體變形造型技術(shù)來進(jìn)行補(bǔ)充，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加工補(bǔ)償，提高補(bǔ)償精度，提高模具生產(chǎn)效率；在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)階段使用參數(shù)化的設(shè)計(jì)模塊，能夠準(zhǔn)確、高效完成。在工藝階段，建立工程設(shè)定數(shù)據(jù)庫，方便固化的工藝進(jìn)行數(shù)字化編制和后期生產(chǎn)載荷的合理分配，能夠優(yōu)化整個(gè)制造流程。在數(shù)控編程階段，完善數(shù)控加工軟件和模板的建立，開發(fā)與模具相關(guān)的工具，加工數(shù)模實(shí)體的特征與制造工藝相結(jié)合，將加工工藝通過特征、顏色的“語言”表述出來。通過對(duì)特征、色標(biāo)管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。數(shù)控加工階段少人、無人化全自動(dòng)加工，完全是技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)的積累結(jié)果，在整個(gè)數(shù)控加工過程中，無操作者進(jìn)行干預(yù)，從而保證高效率加工、高質(zhì)量的產(chǎn)品品質(zhì)。模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造，及企業(yè)信息化管理技術(shù)是國際上公認(rèn)的提高模具行業(yè)整體水平的有效技術(shù)手段，能夠極大地提高模具生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并提升企業(yè)的綜合水平和效益。用信息技術(shù)帶動(dòng)和提升模具工業(yè)的制造技術(shù)水平，是推動(dòng)模具工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。CAD/CAM/CAPP/CAE/PDM/SAP技術(shù)和快速原型制造技術(shù)是模具工業(yè)的應(yīng)用基礎(chǔ)，而設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及過程的管理、工藝和制造信息的管理，以及資源規(guī)劃與生產(chǎn)經(jīng)營的管理，都給模具企業(yè)的信息化建設(shè)提出了更高的要求。

汽車覆蓋件模具的數(shù)字化制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求如下：①信息化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。信息交流控制原則為研發(fā)技術(shù)系統(tǒng)與管理辦公系統(tǒng)邏輯隔離，并消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。②數(shù)據(jù)中心服務(wù)器系統(tǒng)。滿足不間斷24h運(yùn)行，提高虛擬化群集穩(wěn)定性、提升運(yùn)維效率。③專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。圍繞模具設(shè)計(jì)制造，從產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)管理，不斷推進(jìn)、升級(jí)和改造，確保信息化投資效益。

模具生產(chǎn)流程如圖1所示。

1. 設(shè)計(jì)階段數(shù)字化的特點(diǎn)

針對(duì)模具研配、調(diào)試周期普遍較長的情況，設(shè)計(jì)階段針對(duì)傳統(tǒng)等料厚間隙模面加工模面進(jìn)行流程改造，通過改變模面的整體形狀、局部形狀，改變上、下模之間的間隙來達(dá)到縮短研配、調(diào)試周期的目的。充分利用CAE分析結(jié)果以及模具研配、調(diào)試過程中積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于普遍存在的問題，有針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)的模面預(yù)補(bǔ)償模塊的開發(fā)（見圖2）。

（1）精細(xì)化模面設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)。技術(shù)人員崗位職責(zé)規(guī)劃（ TB技術(shù)）如下。①分析：根據(jù)零件沖壓結(jié)果、檢測(cè)數(shù)據(jù)及模具狀態(tài)分析零件不合格的原因。②指示：根據(jù)討論分析結(jié)果，負(fù)責(zé)對(duì)技術(shù)部門和現(xiàn)場操作者進(jìn)行書面整改指示。③記錄：記錄零件品質(zhì)履歷，記錄相關(guān)整改方案的效果。④推進(jìn)：整個(gè)調(diào)試過程品質(zhì)整改推進(jìn)，對(duì)品質(zhì)挽回日程需求提出建議。⑤落實(shí)：所有方案的執(zhí)行情況和結(jié)果落實(shí)。

圖1 模具生產(chǎn)流程

圖2 設(shè)計(jì)階段開發(fā)流程

所有零件和方案電子化存檔到項(xiàng)目專用的數(shù)據(jù)庫，方便今后數(shù)據(jù)的借鑒使用。

精細(xì)化數(shù)字模面如圖3所示。

（2）全參數(shù)化的模具設(shè)計(jì)技術(shù)。將各工序模具設(shè)計(jì)總結(jié)后按特征分類，利用UG自身工具的參數(shù)化，設(shè)計(jì)出帶有各工序特征的模板。通過按特征將產(chǎn)品數(shù)據(jù)簡化，用產(chǎn)品數(shù)據(jù)的特征分別替換模板的特征，即可用于完成不同產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)。主要實(shí)施步驟：設(shè)計(jì)輸入→模板克隆→特征替換→詳細(xì)設(shè)計(jì)。模具三維效果如圖4所示。

圖3 精細(xì)化數(shù)字模面

圖4 模具三維效果圖

2. CAPP智能化工藝技術(shù)

智能化CAPP是以模具工藝數(shù)據(jù)為中心，集工藝設(shè)計(jì)與管理為一體，逐步集成檢索、修訂和創(chuàng)建等多種工藝決策混合技術(shù)及多人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)混合智能和人、技術(shù)與管理的集成。逐步實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與管理的自動(dòng)化、智能化。智能化CAPP優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工藝決策，提高工藝人員的工作效率，并在應(yīng)用中不斷積累經(jīng)驗(yàn)。②幫助具有較少經(jīng)驗(yàn)的工藝人員設(shè)計(jì)出具有專家或準(zhǔn)專家水平的工藝。

目的：提升工藝的指導(dǎo)性，提高NC結(jié)構(gòu)面編程效率，優(yōu)化現(xiàn)場數(shù)控加工管理。

系統(tǒng)包含三個(gè)模塊：工藝CAPP、NC編程工藝信息以及車間DNC看板。

（1）工藝CAPP：主要是是通過對(duì)模具面進(jìn)行屬性賦值（見圖5），然后自動(dòng)生成工藝流程圖，工藝人員進(jìn)行流程圖的校核、確認(rèn)后，將模具工藝發(fā)布，通知到下序NC編程部門。

（2）NC編程工藝信息：NC編程人員接受到模具發(fā)布的消息后，通過UG集成插件查看工藝結(jié)構(gòu)樹，并且接收需要編程的工序；然后通過系統(tǒng)自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)面的NC操作模板，整套模具編程完成后，由編程負(fù)責(zé)人進(jìn)行審核，然后將模具發(fā)布，下發(fā)到車間生產(chǎn)部門。

（3）車間DNC看板：車間人員通過圖號(hào)、令號(hào)和件號(hào)等條件查詢模具，查看模具的相關(guān)信息，包括件號(hào)、零件名、集合工序、子工序、順序號(hào)、工藝作業(yè)內(nèi)容、NC程序單列表、加工類型、余量、偏置、A角、C角、機(jī)械工時(shí)、人工工時(shí)以及實(shí)做工時(shí)。車間人員可以將程序單下載到本地，能夠預(yù)覽程序加工軌跡，查看程序單和零件的加工指示圖；并且讀取機(jī)床加工日志，將已加工完畢的程序信息反饋到系統(tǒng)，已加工完畢的程序單進(jìn)行置灰。

3. 一鍵式結(jié)構(gòu)面數(shù)控加工程序編制技術(shù)

圖5 CAPP智能化二次開發(fā)工藝賦值

加工數(shù)模實(shí)體的特征與制造工藝相結(jié)合，將加工工藝通過特征、顏色的“語言”表述出來。通過對(duì)特征、色標(biāo)管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。一鍵式結(jié)構(gòu)面編程的三要素：①加工特征的建立。②軟件刀具庫的管理，自動(dòng)判斷干涉、碰撞。③基于經(jīng)驗(yàn)的加工參數(shù)優(yōu)化。開發(fā)的步驟：①開展前期能夠識(shí)別特征的智能CAM軟件選型調(diào)研。②實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面軟件刀具庫的建立。③完成軟件加工特征庫的建立。④完成軟件加工參數(shù)經(jīng)驗(yàn)庫的建立，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面一鍵式編程應(yīng)用（見圖6）。

4. 數(shù)控加工自動(dòng)化技術(shù)

實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工自動(dòng)化，必須保證整個(gè)加工過程處于可控狀態(tài)，將原先需要人為識(shí)別和干預(yù)的問題，提前在數(shù)控編程階段解決。試驗(yàn)階段，加工的工序從半精加工開始，重點(diǎn)驗(yàn)證加工精度和程序運(yùn)行的完整性。如果從開粗開始加工，必須使毛坯處于可控的狀態(tài)，通常采用白光掃描毛坯后，數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)編程軟件中作為干涉體，防止編程加工中可能出現(xiàn)的干涉碰撞。

（1）硬件必要條件。數(shù)控機(jī)床：配備刀庫、 ATC功能、自動(dòng)測(cè)刀裝置和負(fù)載保護(hù)功能。刀具庫：配刀方案建立、刀具編碼固化、CAM軟件刀具庫完善。刀具準(zhǔn)備：機(jī)外對(duì)刀儀數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)自動(dòng)傳送、刀具配送制度及機(jī)內(nèi)對(duì)刀檢測(cè)。刀具管理：刀具維護(hù)流程、庫存管理制度及壽命管理設(shè)定。

圖6 一鍵式結(jié)構(gòu)面數(shù)控加工程序編制

（2）軟件條件。安全：合理加工順序、確保載荷均勻、計(jì)算最小刀長、全程刀路過切檢查、機(jī)床仿真庫的建立。第三方仿真碰撞軟件的引入。效率：分層清根、長短刀程序分割、加工數(shù)據(jù)的自動(dòng)上傳、子程序的自動(dòng)調(diào)用、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給的優(yōu)化，刀具壽命的管理。質(zhì)量：加工區(qū)域的合理劃分（重點(diǎn)成型面和非重點(diǎn)面劃分）、加工策略的合理選用以及切削參數(shù)的優(yōu)化。型面接刀造型技術(shù)的使用。

圖7所示為數(shù)控加工翼子板拉延模。

5. 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用

以往覆蓋件模具檢測(cè)主要集中在型面檢測(cè)、檢具檢測(cè)，對(duì)于加工過程控制和結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)受限于檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)方式影響，沒有廣泛應(yīng)用。近幾年隨著檢測(cè)技術(shù)日益完善，數(shù)字化測(cè)量已經(jīng)呈現(xiàn)快速普及的態(tài)勢(shì)。測(cè)量儀器向現(xiàn)場化、數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。

（1）測(cè)量儀器的多元化。測(cè)量現(xiàn)場化、自動(dòng)化和數(shù)字化領(lǐng)域最新技術(shù)的藍(lán)光自動(dòng)化掃描，利用機(jī)器人提升測(cè)量效率的自動(dòng)化拍照式白光測(cè)量系統(tǒng)，拍照式測(cè)量系統(tǒng)與機(jī)器人集成的360°智能在線測(cè)量方案，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)和質(zhì)量控制新技術(shù)是模具檢測(cè)突出的重點(diǎn)。

（2）大尺寸三維精確測(cè)量設(shè)備三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。①便攜式關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)（見圖8a）可解決車間現(xiàn)場法向結(jié)構(gòu)面的三維測(cè)量要求，但測(cè)量精度不能完全滿足模具法向結(jié)構(gòu)尺寸精度要求。②龍門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（見圖8b）可以滿足模具的各項(xiàng)檢測(cè)要求，但龍門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)需要恒溫測(cè)量室，使用龍門三坐標(biāo)成本高、維護(hù)要求嚴(yán)格，經(jīng)濟(jì)性一般。從測(cè)量精度方面考慮，大型模具的檢測(cè)要求只有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)才能滿足。今后測(cè)量方式和測(cè)量精度的提升才能使測(cè)量工作做得更加完善。

6. 結(jié)語

圖7 數(shù)控加工翼子板拉延模

圖8

通過模具制造數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，大幅提高首次試模成功率，提高首次壓件的品質(zhì)，縮短了模具研配、調(diào)試周期，同時(shí)降低了資源稀少的壓機(jī)、數(shù)控機(jī)床的臺(tái)時(shí)，極大地緩解了模具行業(yè)普遍存在的“瓶頸”工序的壓力，為公司帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在：大幅提高了數(shù)控加工效率，縮短數(shù)控加工時(shí)間，降低數(shù)控加工返工返修頻次，減少重復(fù)性、無效性加工；降低了刀具費(fèi)用；大幅縮短了研修、調(diào)試周期，降低了單套模具壓機(jī)占用臺(tái)時(shí)，提高了零件品質(zhì)，減少了后期調(diào)試輪次。

與國際尖端模具企業(yè)相比，國內(nèi)模具制造數(shù)字化技術(shù)的使用內(nèi)容方面已經(jīng)接近國外先進(jìn)技術(shù)，但是由于起步較晚，專業(yè)性較差，在現(xiàn)場調(diào)試數(shù)據(jù)的反饋、搜集、整理并重新融入設(shè)計(jì)再應(yīng)用環(huán)節(jié)尚有一定的差距，各個(gè)模塊數(shù)據(jù)庫的建立還處在比較初級(jí)的階段，相信隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，將逐步縮小與國外領(lǐng)先技術(shù)的差距，高端模具制造能力會(huì)不斷加強(qiáng)。

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