引言 ：

　　模具工業(yè)是汽車工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)， 在汽車車身設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)的要求，車身外覆蓋件的幾何形狀日趨復(fù)雜，汽車車身就是由這些輪廓尺寸較大且具有復(fù)雜空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成，因此對(duì)覆蓋件尺寸精度和表面質(zhì)量有較高要求，這就對(duì)覆蓋件模具的加工質(zhì)量提出了更高的要求;此外， 新車型更新?lián)Q代的速度不斷加快， 覆蓋件模具的制造周期越來(lái)越短 。如何在合同期內(nèi)保質(zhì)保量完成覆蓋件模具的制造成為各模具廠家急待解決的問(wèn)題。

　　PowerMill 是英國(guó) DELCAM 公司開(kāi)發(fā)的一款獨(dú)立的 3D 加工軟件，廣泛的應(yīng)用在中國(guó)覆蓋件模具的制造企業(yè)，如一汽模具制造有限公司、東風(fēng)汽車制造有限公司、天津汽車模具制造有限公司等都是它的用戶。 PowerMILL 可由輸入的模型快速產(chǎn)生無(wú)過(guò)切的刀具路徑，提供了從粗加工到精加工的全部選項(xiàng)，加工策略非常豐富，而且專業(yè)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、刀軌計(jì)算速度快，對(duì)生成的加工軌跡可以進(jìn)行仿真校驗(yàn)，以確保生成的數(shù)控加工程序準(zhǔn)確無(wú)誤，特別適合模具加工。哈飛汽車模具中心自 2001 年引進(jìn)了 PowerMill 軟件后，一直把該軟件作為模具數(shù)控加工的唯一編程軟件，先后完成了哈飛松花江系列如中意、民意、賽馬、路寶、賽豹等車型的內(nèi)、外覆蓋件及底盤件近千套模具的數(shù)控加工， 也為河北興林、重慶力帆、吉林輕汽等企業(yè)完成了幾個(gè)車型外板、內(nèi)板件部分模具的數(shù)控加工。對(duì)比之前公司使用的 CAD/CAM 軟件， 編程效率和加工質(zhì)量大大提高，極大增強(qiáng)了企業(yè)在國(guó)內(nèi)模具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。下面結(jié)合即將上市的 HF10 車型尾門外板的 凹模模具，筆者介紹一下 PowerMill 軟件在汽車覆蓋件模具數(shù)控加工中關(guān)于工藝規(guī)劃和編程策略上 的一些經(jīng)驗(yàn)和方法。

　　1 汽車覆蓋件模具的特點(diǎn)

　　汽車覆蓋件模具與一般的零件模具相比，具有體積大、工作型面復(fù)雜、自由曲面多、加工精度要求高、制造周期長(zhǎng)、模具制造成本高等 特點(diǎn) ， 因此有計(jì)劃的對(duì)汽車覆蓋件模具加工進(jìn)行工藝規(guī)劃就顯得十分重要。

　　2 汽車覆蓋件模具數(shù)控加工的工藝規(guī)劃

　　以 HF10 尾門外板 凹 模數(shù)控加工為例， 模具材料是 鉬釩鑄鐵，數(shù)控加工范圍是 1580 × 1460 × 280mm ，

　　其工藝規(guī)劃是：

　　( 1 )依據(jù) HF10 尾門外板 產(chǎn)品數(shù)模(如 圖 1 )用 CATIA 軟件建立汽車 尾門外板凹模所需的加工模型(如 圖 2 ) 。

　　( 2 ) 確定加工坐標(biāo)系。汽車覆蓋件產(chǎn)品的建模采用車身坐標(biāo)系， 覆蓋件模具建模采用模具坐標(biāo)系，數(shù)控加工編程時(shí)也采用模具坐標(biāo)系，這樣有利于模具加工時(shí)的定位和找正。

　　( 3 )數(shù)控加工工序設(shè)置。加工工序一般可分為：局部粗加工→預(yù)清角→粗加工→粗清角→半精加工→小刀粗清角→精加工→精清角工序。

　　( 4 ) 刀具的選擇。數(shù)控加工刀具選擇的總原則是適用、安全、經(jīng)濟(jì)。

　　( 5 ) 加工程序參數(shù)設(shè)置。包括行距、公差、加工余量、進(jìn)退刀位置及方式等。

　　( 6 )生成刀具加工軌跡，進(jìn)行刀具路徑檢驗(yàn)。

　　( 7 )對(duì)生成的加工軌跡進(jìn)行后置處理，產(chǎn)生 NC 程序。

　　3 數(shù)控編程中加工策略的選擇及加工參數(shù)的設(shè)置

　　( 1 )局部粗加工。 由于毛坯的加工余量較大且分布很不均勻，直接大范圍的使用一種加工策略來(lái)進(jìn)行全部粗加工，會(huì)造成刀具的不穩(wěn)定切削，加速刀具磨損，對(duì)刀具使用壽命和模具加工質(zhì)量不利，所以在真正粗加工前要進(jìn)行 局部粗加工，局部粗加工主要針對(duì)模具的陡峭部位或模具局部鑲鍛件的部位， 加工策略一般采用采用輪廓區(qū)域清除、等高加工方式或三維偏置方式，推薦使用同正式粗加工直徑相同的刀具。

　　本加工實(shí)例局部粗加工使用 ? 50R25 的球頭刀，公差為 0.1 mm 。 加工策略采用以凸模外形線為參考線使用三維偏置方式，余量為 1.5 mm ，行距 為 5 mm 。如圖 3 ：

　　圖 3 局部粗加工刀路

　　( 2 )預(yù)清角。主要針對(duì)模具的內(nèi)圓角即凹 R 部位，清除這些部位的多余廢料，有利于粗加工順利進(jìn)行，加工策略一般為筆式清角，推薦使用同正式粗加工直徑相同的刀具。

　　本例中預(yù)清角采用筆式清角策略，余量為 1.2 mm ，切削方向采用順銑，分界角 45 °，如圖 4 ：

　　圖 4 預(yù)清角加工刀路

　　( 3 )粗加工。其目的在于從毛坯上盡可能高效、大面積地去除大部分的余量，粗加工時(shí)切削效率是主要考慮因素。加工策略推薦使用最佳等高、三維偏置或平行加工方式。

　　本例中粗加工采用 三維偏置加工方式 ， 余量為 1.0 mm ，行距 為 5 mm ，切削方向選任意，如圖 5 ：

　　圖 5 粗加工刀路

　　( 4 )粗清角主要針對(duì)粗加工后仍未加工到位的凹 R 部位，加工策略常用自動(dòng)清角方式，

　　根據(jù)本加工實(shí)例特點(diǎn)，粗清角使用自動(dòng)清角策略，刀具為 ? 30R15 ，公差 0.05 mm ，余量 0.5 mm ，切削方向選任意。

　　( 5 )半精加工。半精加工是介于粗加工和精加工之間的一個(gè)過(guò)渡工序，其目的是繼續(xù)去除粗加工后留在模具表面的加工余量，使精加工余量更小且比較均勻，便于精加工時(shí)采用較小的切削量、較高的切削速度。加工策略可選用最佳等高、三維偏置或平行加工方式，

　　本例中半精加工使用平行加工策略，刀具為 ? 30R15 ，公差 0.05 mm ，余量 0.2 mm ，行距 2.5 mm ，切削角度為 45 °。

　　( 6 )小刀粗清角是指在精加工前用比精加工所用刀具直徑小的刀具對(duì)粗清角、半精加工后仍未加工到位的所有的凹 R 部位再次清角，盡可能減少精加工時(shí)凹 R 部位加工余量。 如圖 6 所示：

　　圖 6 小刀粗清角刀路

　　本例中小刀粗清角使用自動(dòng)清角策略，刀具為 ? 20R10 ，公差 0.03 mm ，余量 0.1 mm ，切削方向選任意。

　　( 7 )精加工。 精加工是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最終形狀最關(guān)鍵的一步，模具的表面質(zhì)量和尺寸精度都是由該工序保證的。 由于拋光余量極少，因此在精加工后的表面應(yīng)基本沒(méi)有明顯刀痕，且尺寸基本到位。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，加工時(shí)應(yīng)采用較小的切削量、較高的切削速度。

　　本例中精加工使用平行加工策略，刀具為 ? 30R15 ，公差 0.02 mm ，余量 0mm ，行距 0.5 mm 。

　　編制程序應(yīng)注意：

　　1 )、密化走刀軌跡，例如本例中 刀具直徑為 ? 30 ， 行距設(shè)為 0.5 mm ，目的就是在保證效率的前提下， 密化走刀軌跡，提高 模具表面質(zhì)量;

　　2 )、行切端點(diǎn)處不允許直線過(guò)渡以避免刀具加工方向的突然改變。一般采用水平圓弧過(guò)渡的方法，如果行切間距太小，應(yīng)采用垂直圓弧的過(guò)渡方法，如圖 7 所示：

　　圖 7 精加工時(shí)圓弧式切入切出

　　( 8 ) 精清角。精加工后在模具凹 R 處可能還會(huì)有較小的加工余量，這些殘留余量如果沒(méi)有銑削掉，將來(lái)對(duì)沖壓件的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響，因此對(duì)這些局部位置還要進(jìn)行清角加工。通常精清角加工要分幾次來(lái)完成，每次所使用的刀具依次按照從大到小順序選擇。精清角的 加工策略一般采用自動(dòng)清角 或多筆清角中單筆清角。

　　本實(shí)例精清角加工過(guò)程如下：

　　第 1 次精清角加 工，選用 ? 16R8 球頭刀使用多筆清角中單筆清角策略，公差 0.02 mm ，余量 0.1 mm ，切削方向選順銑;

　　第 2 次精清角加 工，選用 ? 12R6 球頭刀使用自動(dòng)清角策略，公差 0.02 mm ，余量 0 mm ，分界角 60 °，殘留高度 0.015 mm ，參考刀具 ? 20R10 ，重疊 6 mm ;

　　第 3 次精清角加 工，選用 ? 10R5 球頭刀使用多筆清角中單筆清角策略，公差 0.02 mm ，余量 0 mm ，切削方向選順銑;

　　第 4 次精清角加 工，選用 ? 8R4 球頭刀使用自動(dòng)清角策略，公差 0.02 mm ，余量 0 mm ，分界角 60 °，殘留高度 0.015 mm ，參考刀具 ? 12R6 ，重疊 1 mm ;

　　其中 ? 12R6 、 ? 8R4 球頭刀在加工立邊接近垂直處凹 R 時(shí)，所需刀具要比較長(zhǎng)，但若所有刀路都用長(zhǎng)刀加工，加工效率低，質(zhì)量也不穩(wěn)定，這時(shí)我們就要分別考慮，能用短刀的區(qū)域盡量用短刀，局部用長(zhǎng)刀。 如圖 8 綠色刀路用短刀，灰色刀路用長(zhǎng)刀 。

　　圖 8 精清角長(zhǎng)、短刀刀路

　　4 刀具路徑檢驗(yàn)

　　PowerMill 具有可視化的加工仿真模擬功能， 可直觀查看產(chǎn)生的刀具路徑在實(shí)際情況下如何進(jìn)行加工，檢查過(guò)切、碰撞和加工質(zhì)量等切削情況， 仿真時(shí) 系統(tǒng)將以中等速度動(dòng)態(tài)模擬完整的加工切削過(guò)程，便于編程人員 檢查加工過(guò)程的合理性與正確性 。

　　5 生成加工程序

　　產(chǎn)生完畢一系列刀具路徑后 ，經(jīng)過(guò)模擬仿真和檢查確定無(wú)誤之后， 需要將這些刀具路徑按其在 NC 機(jī)床中的加工順序排列，然后 通過(guò) PowerMill 提供的后處理 模塊 經(jīng)自動(dòng)處理后即可產(chǎn)生機(jī)床代碼文件 . TAP 。 NC 程序程序生成過(guò)程如圖 9 ：

　　圖 9 數(shù)控程序的生成

　　6 總結(jié)

　　對(duì)汽車覆蓋零件模具的數(shù)控加工而言， Powermill 提供了豐富的加工功能，計(jì)算速度快，完全仿過(guò)切，后編輯功能特別強(qiáng)大， 是一款非常適合覆蓋件模具制造的 CAM 軟件 。通過(guò)對(duì) HF10 尾門外板凹模數(shù)控編程的應(yīng)用實(shí)踐，歸納出使用 Powermill 加工汽車覆蓋零件模具的一般工序和常用的編程策略，該方法均已通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，切實(shí)可行，在汽車覆蓋零件模具的數(shù)控加工領(lǐng)域有一定的實(shí)際意義。