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我单位在小车模具的生产中使用智能加工技术，解决了加工难点问题，保证了加工精度，为模具智能化加工的一次探索与应用。 智能加工方式为CAD-CAMCNC，即使用计算机绘制图样三维模型、对模型进行分析检查确定最佳工艺流程、选择刀具确定加工参数并生成数控程序、对工件进行模拟加工，最终实际加工完成产品。智能加工CAD阶段绘制的三维模型显示更加直观，方便同客户沟通，能够预先模拟装配情况，容易及时发现设计阶段的问题。CAM阶段可对零件进行模拟加工，对程序的正确性、效率进行测试，防止加工过程中出现伤害事故，造成人员和财产损失。CNC阶段加工者仅将程序导入机床加工即可。如预先通过程序设置好刀具编号和位置，则能大大减少准备时间。 在这里以我单位加工的小车模具为案例进行说明，图1所示为要加工的模具小车。其中，模具分为车架1件、平台2件、车轮4个和连接件2个。车架和平台使用CNC加工完成，零件如图2、图3所示。 图 1 1.平台 2.车轮 3.连接件 4.车架 （1）零件分析：我们应先对需要CNC加工的两个模具进行分析，这两个模具形状相对复杂，加工时需要对其进行多次装夹。 以车架为例，需要定全长、4个底孔面加工、2次轮槽加工以及上表面平行槽加工，4道工序5次装夹。而平台加工需要车轮槽加工、2次侧槽加工和上曲面加工，3道工序4次装夹。各道工序如果采用手工编程的方式加工，不仅要求加工者有较高的编程技术水平，且耗费大量时间。复杂的程序编写还会增大人为失误概率，在完成编程后对程序的修改、优化及查找也相对繁琐。其中，上曲面加工是整个小车加工的最难点，通过以往的加工者手工编程方式已经很难完成加工目标了。 因此，在传统的CNC加工前引入CAD和CAM技术来实现工件的智能化加工，即对图样进行CAD处理，用软件ug生成实体模型，然后运用CAM技术进行工艺路线的规划、刀具选用、参数设置、自动生成程序及对程序进行模拟运行等，完成上述步骤后将程序传输至机床进行CNC加工。采用这种智能加工方式，可使产品从图样设计到加工完成实现数字化、自动化和智能化。 （2）CAD阶段：对给定的工件图样进行CAD处理，对车架和平台建模如图6、图7所示。 图6
图7 在建模过程中应考虑产品的尺寸公差，以方便后续的加工处理。在平台的建模过程中，可通过软件的功能测定出零件的重心位置以符合图样要求。完成模型后要检查尺寸是否与图样标注一致，并且可将两个零件模拟组装，以检查工件能否完成装配和装配后配合面尺寸是否符合要求。CAD模拟结果可检查设计阶段正确与否，更能给人以直观的视觉感受，便于发现和解决问题。CAD图样设计是否正确是非常重要的，一旦图样模型出错，最终的产品一定是不合格的。在以往的加工过程中可能需要试加工多个工件，然后调整尺寸才能加工出满足图样要求的模具。而CAD技术能减少试加工废品的产生，从多个到一个的微调即可完成，尤其是平台零件中对重心位置的测定，更是减少了大量的计算、试验及试加工，降低了加工成本。 （ 3 ） C A M阶段：完成CAD过程后进入CAM阶段，该阶段又分为选择加工位置即工艺路线的确定、刀具的选用、参数的给定、程序的生成和对程序的模拟5个过程。 第一个过程工艺路线的确定，首先考虑定位基准的选择，其次还有各表面加工方法的选择、工序集中与分散的程度、加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。加工工序如表1、表2所示。 需特别说明的是，平台上曲面加工时，选择将2个待加工平台安装在已加工完成的车架上，两个配合件之间的缝隙用垫块填充，达到微量间隙的效果，使平台完全固定于车架上，同时将两个平台加工完成。这样既可以保证平台的各个尺寸，又可以保证装配后平台与车架的装配尺寸，消除了单个加工装夹两次产生的误差，获得了更好的一致性与互换性，同时又可以提高加工效率。加工完成后将垫块移除，也不会对模具产生任何影响。 确定工艺路线后，就要确定各工序的用刀情况了，以车架的轮槽工序和平台的盖体车轮槽加工工序为例进行说明。 车架轮槽工序选用刀具与参数为：φ 16mm铣刀粗加工轮槽（转速6 000r/min，走刀量2 500mm/min，进给量0.5mm/r），φ 10mm铣刀精加工轮槽（转速4 000r/min，走刀量2 000mm/min，进给量0.1mm/r），φ 5mm铣刀加工连接件槽（转速4 500r/min，走刀量2 000mm/min，进给量0.3mm/r），φ 3mm中心钻、φ 8m m的钻头钻φ 8m m孔（转速1 000r/min，走刀量80mm/min）。 平台上曲面加工工序选用φ 16m m铣刀粗加工曲面（转速6 000r/min，走刀量2 500mm/min，进给量0.5mm/r），φ 10mm铣刀精加工曲面（转速4 000r/min，走刀量2 000mm/min，进给量0.1mm/r）。 以上刀具和参数的选择仅作为参考，大家可根据各自对刀具的理解选择使用，对于不同的刀具给出合适的参数，从而提高效率。 完成上述步骤后，使用CAM软件生成计算机程序。 生成程序后要进行模拟试运行，选择使用的机床，将程序导入，然后模拟运行，检验程序正确性，生成的刀具路线是否合理，工件、机床及刀具之间有无相互干涉，当完成模拟后，程序就可以正确使用了。 仅以以上两道工序为例，其他工序与之过程相同，不再做过多介绍。经过以上5个过程，就完成了工件的CAM阶段，将程序使用CF卡或U盘（西门子系统）传输至机床内，在机床操作面板上将程序打开后就可以使用了，至此就进入到了最终的CNC阶段。 （4）CNC阶段：在CNC阶段，将工件放置在工作台上夹紧，选择刀具，建立坐标系，运行程序加工工件。加工完成后可用万能量具检测尺寸，对比同图样尺寸的差距，及时调整程序和刀补，为后续加工做好准备。 （5）车轮和连接件的3D打印： 3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型。由于车轮使用传统方式不能一次加工完成，在车轮和连接件的制作中采用3D打印技术，能够确保车轮一次成形。 打印所需要的步骤为建立3D立体模型、生成STL格式文件、STL文件导入至切片软件、设置打印参数、生成G-code文件、打印。操作界面如图8所示。 通过以上步骤我们打印出了车轮和连接件。3D打印技术已经不断成熟，大型工业级打印机已经可以使用金属打印高精密度的零件。在今后3D打印不断普及的情况下，单件或小批量的模具产品会更多地使用3D打印机加工。 2.结语 通过这次小车模具的加工对智能加工方式进行了一次尝试，图 8也体验到了智能加工方式对模具制造的便利。在今后的发展中智能加工方式将更多的应用于模具领域，提升整体工业制造能力。 金属加工原创，转载请注明 本文作者北方华安工业集团有限公司孟祥志王陆宁王德宽，中车齐齐哈尔车辆有限公司李松王璐，原文刊发于《金属加工》（冷加工）2017年第1、2期第60-63
本文编辑：sophia 投稿邮箱：tougao1950@126.com，稿件或线索一经采用，有奖励！
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发表于 2017-5-7 21:13:19
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