PowerMILL在汽车覆盖件模具数控加工中的应用

  PowerMILL在汽车覆盖件模具数控加工中的应用  Summary：在汽车覆盖件模具生产中，成形工艺是一个非常关键的环节。本文主要阐述了以PowerMILL为核心的汽车覆盖件模具的数控编程过程，并着重论述了其加工思想和优化刀具轨迹的经验与方法。最后，以汽车后裙内板拉深凹模为实例，介绍了PowerMILL在汽车外罩模具数控加工中的应用。Keys：PowerMIL；覆盖件模具；数控编程汽车覆盖件模具是一种大型汽车覆盖件，它具有工作型面复杂、自由曲面多、加工精度高、成本高等特点。近年来，由于汽车模型的更新率不断提高，模具的制造周期也在不断的缩短。已经成为当今模具企业面临的一个重要课题。以某汽车后裙内板覆盖件模具为实例，介绍了运用PowerMILL软件进行汽车外罩模具设计的具体步骤与方法。一、PowerMILL软件的开发与实现PowerMILL是英国德尔康公司开发的一款高质量的3D加工软件，该软件拥有多种加工策略、高效的防冲断、防过切等功能，以及以工艺知识为基础的模版库，满足了高质量、安全、高效生产的需要。在PowerMILL平台上进行汽车外罩模具的数控编程，其工作流程如下。（一）模型的输入和在PowerMILL中使用的数字模型通常是从UG，CATIA等软件中得到的。在程序编制之前，将覆盖件模具的数模输入到PowerMILL中，之后利用计算等方法，得到凹面半径等数据。以便进行工艺设计。（二）加工座标的确定覆盖件模型的建立主要以车身座标系为基础，而覆盖件的模具设计则是以模架为基础。为了方便在模具制造过程中进行定位和校正，采用PowerMILL程序的加工坐标系统可以直接选择模具座标系。（三）建造基础设施坯料是形成刀痕的重要依据。汽车覆盖件的毛坯尺寸分布不均匀，如陡峭面、局部镶块、刀具磨损严重等，其切削陡度较大，若在较大的区域进行大面积的粗加工，会影响切削稳定性。因而在程序编制之前，必须先确定一个能反映实际陡度信息的坯料。（四）制作工具根据“刀具”按键，按照加工程序生成完整的刀具信息，包括刀具和夹具，为下一步编程和刀道安全检查作好准备。选用数据加工刀具时，应遵循适用、安全、经济的原则。（五）选择工艺、设定工艺、生成刀具轨迹PowerMILL拥有大量的加工战略，其中包括20个精加工战略，还有各种刀法的联系。根据加工对象选择合适的加工策略，根据加工和加工精度设定公差、行距等参数，并用计算机进行编程。（六）刀路的检验及后处理为了保证加工的安全性，采用PowerMILL“检查”功能，检查刀路是否存在碰撞等问题，并利用“仿真”的功能，检查刀路模拟的合理性。完成刀道的安全检验后，再进行后处理，产生NC程序。二、汽车覆盖件模具3D型面数控加工工艺思路与刀轨优化（一）工艺思路采用PowerMILL软件对汽车覆盖件的三维型面进行了三维成型，其工艺思想如下：型面开大粗清机角——弧形面的半精铣——小刀的粗削角——轮廓的精加工——精加工的角度。粗磨角主要用于清理经磨削后仍然不能完成的凹、圆的部分，建议使用型面半精铣同样的工具，并采取“笔形清角”工艺。小刀粗切削角又称为精铣前清角，是指在型面半精铣完成后，将所有还没有完成的凹、圆的地方，都用比表面精铣更小的球形刀具进行清角，尽量减小在精铣过程中的凹角位置的切削陡度。与粗清角相同，粗清角也使用“钢笔清角机”。成形精铣工艺是确保模具的外观品质和尺寸精度的重要工艺，其工艺方法与半精加工工艺基本一致，但其参数如行距、公差等参数要小于半精铣。精铣角是指在型面精铣后，模型表面的小半径凹形部分仍然有剩余，需要不断地清理，否则会对冲压零件的质量造成不良影响。一般采用“刷角法”或“多点清角法”。（二）刀轨优化覆盖件的模具型面具有复杂的空间结构和形状。为了保证模具的成型质量和生产效率，需要采用各种方法进行优化。在使用PowerMILL程序时，一般按照下列原理对刀具轨迹进行优化。图1凸模图2参考线引导的三维偏置精加工刀轨1.浅滩区和陡峭区的分离处理原理：根据可切削性能，一般将覆盖件的模具型面划分为浅滩区与陡峭区。图1中所示的冲头，以30°的拔模角度为边界，A是浅滩，B是陡峭区。在对该凸形模型进行半精、精洗的过程中，并对A区域进行“并行精整”的加工。陡坡部分的处理方法是“等高精整”。2.将“接刀痕”放置在圆角上的原理：在两个邻近的切割区交界处，由于刀具的磨损和其它原因，会出现“接刀痕”。程序经常在型面的圆角上设定这个“接刀痕”。这种方法的优点在于：如果在凸圆角上放置“接刀痕”（见图1中C)，可以用后期的钳工打磨来消除。如果“接刀痕”位于凹形的拐角处（区域D)，则应尽可能地把它放在圆角的中部，这样可以在接下来的清角过程中消除这个刀痕。3.分切长度和长度刀具的原理：所谓“短刀切割”就是把同一工序在高落差大的陡坡上，利用软件把相同的工序分成两个部分，一部分用伸出式夹紧，对短的刀片进行加工，使其具有更高的速度和更快的速度；另一段用较长的同径工具进行切削，这时两个工序间的交迭部分确保了刀轨的连贯性。使用长短刀具进行切割的优势是：既解决了用长刀直接对陡度区域进行切割的问题，又可以有效地防止“弹刀”造成的长刀切割。4.刀具轨光顺原理：刀轨光顺程度对型面的加工质量有很大的影响。因此，所生成的刀轨应尽量沿着型面曲线的方向移动，尽量避免频繁地抬高刀具，从而降低被加工表面的刀痕。当采用PowerMILL的“3D偏移精整”策略加工模型时，利用边界变换基准线的作用，建立光顺参考线，并加上“螺旋”，这样就可以得到一条稳定、平滑的刀道，这时，刀具上的进刀力已经消失，曲线上的切割痕也被消除了。在“切割和连接”选项中，切入切出应尽可能地以弧形或倾斜的形式进行，切入切出的连接应尽可能地集中在曲面的外侧，这样，加工表面上就不会有细小的锯齿（参见图3）。图3切入切出为圆弧连接时的刀轨图4后裙内板覆盖件拉延凹模（三）汽车后裙内板覆盖件模具的数控编程实例图4是一种型号汽车后裙内板的压延模具，现在只针对三维型面的加工，介绍了在PowerMILL平台上，怎样产生一个合理的切割线。调入数模，模具采用钼铬铸铁作为坯料，3D型面作为成型参考。利用PowerMILL“模型分析”和“测量器”两种方法，得出了模具型面最小圆弧半径为3毫米，最大弧度为106.24毫米。针对模具型面的特征，在模具型面的半精铣和精铣中，1区域的精铣工艺采取了“3D偏心精加工”的精铣工艺，而2号区域则采取“平行精整”的方法，以90度的切削角度进行切削。第3个区域的策略是“等高精整”。本模具的数控加工工艺图见图1，而图5，6，7主要是切削区的刀具轨迹。通过实体模拟处理，此模具型面的效果图见图8。表1后裙内板拉延模凹模型面数控加工工序表序号程序名称加工内容加工方法刀具加工余量（mm）公差（mm）下切步距（mm）行距（mm）切削参数S值（r/min）F值（r/min）01CX-1-BФ63R8型面开粗模型区城清除BФ63R810.11.5459002000%02CX-2-BФ40R5型面二粗模型区城清除Ф40R510.11716001800%03QJ-1QФ25R12.5粗清角笔式清角Ф25R12.50.30.1//18001800%04BJX-QФ2R12.5型面半精洗三维偏置精加工平行精加工等高精加工2R12.50.20.03/平2陡2.535002000%05QJ-2QФ2R10小刀清角笔式清角Ф2R100.10.02//25002000%06JXQ-Ф25R12.5型面精洗三维偏置精加工平行精加工等高精加工Ф25R12.500.005/0.63500200007QJ-3QФ16R8精清角笔式清角Ф16R800.005//30003500%08QJ-4-QФ12R6精清角多笔清角Ф12R600.005/0.132002000%09QJ-5-QФ6R3精清角多笔清角Ф6R300.005/0.140001800%图5第1切削区域刀轨图6第2切削区域刀轨图7第3切削区域刀轨图8后裙内板覆盖件拉延凹模仿真加工效果图结语：经后裙内板模具的开发，验证了利用PowerMILL实现模具的CNC编程，实现了模具质量、安全和高效。为进一步提高工作效率，实现模块化的编程，国内部分技术人员利用VB语言对PowerMILL进行二次开发，构建出符合自身特点的加工模板库、刀具库、机床库等，通过修改模板、设置边界等相关信息，从而实现刀轨的自动生成。这样可以实现对模具编程的化，使加工更加安全可靠。Reference：[1]陈华.PowerMILL在汽车覆盖件模具数控加工中的应用[J].柳州职业技术学院学报，2015(5)：7-11.[2]张国华.汽车覆盖件模具数控加工中多曲面连接加工技术初探[J].科学与信息化，2018(8)：58-59.[3]王旺锋.数控加工自动化技术在汽车覆盖件模具中的应用[J].湖北农机化，2020(18)：68-69. -全文完-