摘要 ： 分析了汽車覆蓋件模具的特點(diǎn)，以哈飛松花江 HF10 車尾門外板模具制造為例，介紹了應(yīng)用 Powermill 軟件對(duì)汽車覆蓋件模具數(shù)控加工工藝的規(guī)劃，并說明了數(shù)控編程中加工策略的選擇及 參數(shù)的設(shè)置。

　　Programes of NC machining technologies For machining cover of Automobile mouldsbased on Powermill

　　(Harbin University of Science and Technology, 52 Xuefu Road, Harbin 150080, CHN

　　Hafei Automobile mould Co.Ltd ,51 Baoguo Road, Harbin 150060, CHN)

　　關(guān)鍵詞： Powermill 汽車覆蓋件 模具 數(shù)控加工 加工策略 參數(shù)設(shè)置

　　Abstract : Based on the analysis of the technologies for NC machining of Cover of Automobile moulds and their characteristics, The commonly used NC machining technologies with Powermill are introduced. Through atual application tail-door outer panel mould of HF10,the proposed machining tactics in different working procedure are presented and the setting of key machinigng parameters are introduced.

　　Keywords : Powermill ; Cover of Automobile moulds; CNC machining ; machining tactic; parameters setting

　　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題。

　　PowerMill 是英國(guó) DELCAM 公司開發(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)生無過切的刀具路徑，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)處不允許直線過渡以避免刀具加工方向的突然改變。一般采用水平圓弧過渡的方法，如果行切間距太小，應(yīng)采用垂直圓弧的過渡方法，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有銑削掉，將來對(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程，便于編程人員 檢查加工過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)過模擬仿真和檢查確定無誤之后， 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 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。