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UG模块列表
时间:2005-8-24 10:09:31
国际模具网
为提高汽车覆盖件模具数控加工精度，通过数控加工误差产生原理分析，在数控编程上采用补偿技术，以及加工边界与刀具等工艺参数的最佳组合，刀轨走向的优化等提高加工精度的方法，提高了汽车覆盖件模具加工精度。
一、引言
车身内外覆盖件及加强板、连接板等金属冲压件是汽车的一个重要部件，其制造质量不仅对汽车的装配有直接的影响，而且对汽车的外观以及乘客的安全都有至关重要的影响。现代汽车的造型既要符合空气动力学特性的同时又要满足审美观的变化，这就要求汽车车身造型技术的不断更新。这样就造成汽车车身模具日趋复杂。从某种意义上讲，汽车模具的制造质量和周期将制约汽车的制造质量、周期及其改型换代，甚至会影响汽车在市场上的竞争力。随着汽车工业的发展，对汽车模具的制造精度和生产速度要求越来越高，因此提高模具加工精度受到广泛关注。
本文对汽车覆盖件模具及其数控加工误差进行理论分析，同时分析了走刀方向等因素对加工误差的影响，通过数控加工编程对数控加工误差进行补偿，以及通过优化走刀方向和边界等精加工策略，以实现提高数控加工精度，减少钳工抛光时间的目的。
二、问题的提出
汽车覆盖件模具的设计制造周期主要取决模具的研制时间，发达国家如日本、美国及德国的模具加工中，数控加工及抛光所需的时间占整个模具研制时间的65%。可以看出，缩短模具的研制时间主要取决于数控加工时间和抛光时间的缩短。通常在汽车覆盖件模具凹凸模合模后，其凹凸模型面的法向距离理论上应为拉延时的板料厚度，由于加工过程中的误差，通常达不到理论值，确切地说达到板料厚度的95%时既为合格，超过此范围的部分由钳工修配及抛光来去除。因此钳工修配及抛光时间取决于数控加工的质量。为缩短模具研制时间，降低成本，必须降低数控加工及抛光时间。因此如何通过控制数控加工精度以降低抛光时间，是企业所面临的实际问题。
三、 产生数控加工误差原因分析
1. 加工误差的定义
凸凹模在合模示意图刀具因受切削力产生的误差示意图
加工完的模具凸凹模在合模后的法向间隙理论上应该等于加工板料厚度w，而实际上不可能100%地符合。通常达到95%即为合格，既相对误差为5%，低于该值就必须通过钳工修磨加以修正。达不到该值的部位在进行补偿前一般比料厚单面小0.15-0.2mm。
2.产生误差的因素分析
（1）工艺系统让刀
由于工艺系统存在一定的刚度，在铣削力的作用下，刀具在实际切削过程中存在着让刀现象，最后将导致实际型面与理论型面的偏差。让刀量的大小取决于工艺系统的刚度和被加工材料等因素。通常覆盖件模具为铸件，除粗加工之外，加工余量相对较稳定，这样可方便通过实验实测精加工时的刀具让刀量△1。具体做法是实测精加工的铣削力，应用测力仪，测定在既定的铣削深度和进给速度下的动态铣削力。在静态下以已测的铣削力为载荷，测定刀具的让刀量△1。
（2）刀具磨损
刀具磨损误差△2及其磨损状态下加工使切削力骤增，加剧了系统的让刀变形，通过实验得到刀具磨损误差△2 与时间的关系，为补偿提供了依据。
刀具磨损曲线
（3）刀轴方向与切削表面的法向夹角对精度的影响△3
由于汽车覆盖件形状的复杂性，刀具在实际切削过程中刀轴方向与切削表面的法向夹角在随时变化，暂且设该角度为?，当刀轴方向与切削表面的法向夹角为0时，切削点切削速度理论上为零，致使刀具与被加工表面之间产生挤压，刀具不易切入被加工表面，刀具有不良的加工状态，加工质量差。若刀轴方向与切削表面的法向夹角为90度时，fy达到最大值，也就是说刀具挠曲变形量将达到最大值，从而导致让刀量达到最大值，很显然这两种极限状态对加工精度都不利，只有当二者的相对位置处于某种状态时才既保证了fy比较小又保证了切削点落在切削性能良好的部位，加工精度则显著提高。经计算可知此时????度， 但是由于垂直刀具轴向的刀具刚度较小，铣削力沿着与刀轴垂直方向的分力Fy将使刀具产生挠曲变形，fy=fn*cos???其受力，由材料力学容易得到刀杆的挠曲变形量。为切削深度，为切削载荷，u为挠曲变形量，x、y、z为坐标系统，O为刀具夹持点。挠曲变形为：
刀轴方向与切削表面的法向夹角对精度的影响 刀杆挠曲变形
u(z)=
式中L为刀杆长度，为L-。其对刀具轴向的影响△3通过计算为：
△3=
（4）刀具选择
在进行汽车覆盖件模具型面数控加工时，主要选用球头镶片刀，这种刀具刚度差，镶片刀具的可转位刀片存在一定的安装误差，且刀片在加工过程中在铣削力的作用下会产生松动，当刀具主轴成倾斜加工时，刀具系统刚度显著下降，会加剧“让刀”现象的产生。镶片刀具的安装精度为：
二片镶片刀：±0.1----±0.2；
一片镶片刀：±0.03；
整体刀具：±0.01----±0.02。可见刀具本身对加工精度的影响十分显著。
（5) 其它因素
加工精度的影响因素很多，如机床精度，模具材质等等，在这里不再赘述。
4．提高加工精度的数控编程实现方法
（1）CAM系统
使用美国UGS公司的UGⅡ（Unigraphics）中的CAM模块进行编制程序数控。
（2）UGⅡ的CAM模块固定轴加工编程流程
应用UGⅡ的CAM中的数控加工模块对汽车覆盖件模具进行数控加工编程时，其流程如图6所示。
（3）补偿的实现
按着常规的编程方法，上下模的间隙就定义为一个料厚，而现在定义余量时是根据被加工部件的形状复杂程度和实际的反馈值把将要发生的让刀量补偿进去，这样就能把让刀量抵消，从而达到使上下模合模后的精度要求。总补偿量为：
△=△1+△2+△3 (3)
如补偿时没有定义粗加工余量stock=t, 则补偿时stock=t+△1+△2+△3
（4）通过加工边界与刀具等工艺参数的最佳组合提高加工精度
不同的刀具其耐用度是不同的，通过实测各种类型刀具的磨损曲线，实际加工确定各个刀具的磨损量，以确定在模具表面质量允许的条件下，该刀具最大的切削距离。从而确定加工程序的大小，也就是加工边界的大小。这样就能得到刀具与边界的最佳组合。
（5）刀轨走向的优化
从误差产生机理可知不同的刀轴加工效果截然不同，同理，不同的走刀方向也会导
国际模具网
为提高汽车覆盖件模具数控加工精度，通过数控加工误差产生原理分析，在数控编程上采用补偿技术，以及加工边界与刀具等工艺参数的最佳组合，刀轨走向的优化等提高加工精度的方法，提高了汽车覆盖件模具加工精度。
一、引言
车身内外覆盖件及加强板、连接板等金属冲压件是汽车的一个重要部件，其制造质量不仅对汽车的装配有直接的影响，而且对汽车的外观以及乘客的安全都有至关重要的影响。现代汽车的造型既要符合空气动力学特性的同时又要满足审美观的变化，这就要求汽车车身造型技术的不断更新。这样就造成汽车车身模具日趋复杂。从某种意义上讲，汽车模具的制造质量和周期将制约汽车的制造质量、周期及其改型换代，甚至会影响汽车在市场上的竞争力。随着汽车工业的发展，对汽车模具的制造精度和生产速度要求越来越高，因此提高模具加工精度受到广泛关注。
本文对汽车覆盖件模具及其数控加工误差进行理论分析，同时分析了走刀方向等因素对加工误差的影响，通过数控加工编程对数控加工误差进行补偿，以及通过优化走刀方向和边界等精加工策略，以实现提高数控加工精度，减少钳工抛光时间的目的。
二、问题的提出
汽车覆盖件模具的设计制造周期主要取决模具的研制时间，发达国家如日本、美国及德国的模具加工中，数控加工及抛光所需的时间占整个模具研制时间的65%。可以看出，缩短模具的研制时间主要取决于数控加工时间和抛光时间的缩短。通常在汽车覆盖件模具凹凸模合模后，其凹凸模型面的法向距离理论上应为拉延时的板料厚度，由于加工过程中的误差，通常达不到理论值，确切地说达到板料厚度的95%时既为合格，超过此范围的部分由钳工修配及抛光来去除。因此钳工修配及抛光时间取决于数控加工的质量。为缩短模具研制时间，降低成本，必须降低数控加工及抛光时间。因此如何通过控制数控加工精度以降低抛光时间，是企业所面临的实际问题。
三、 产生数控加工误差原因分析
1. 加工误差的定义
凸凹模在合模示意图刀具因受切削力产生的误差示意图
加工完的模具凸凹模在合模后的法向间隙理论上应该等于加工板料厚度w，而实际上不可能100%地符合。通常达到95%即为合格，既相对误差为5%，低于该值就必须通过钳工修磨加以修正。达不到该值的部位在进行补偿前一般比料厚单面小0.15-0.2mm。
2.产生误差的因素分析
（1）工艺系统让刀
由于工艺系统存在一定的刚度，在铣削力的作用下，刀具在实际切削过程中存在着让刀现象，最后将导致实际型面与理论型面的偏差。让刀量的大小取决于工艺系统的刚度和被加工材料等因素。通常覆盖件模具为铸件，除粗加工之外，加工余量相对较稳定，这样可方便通过实验实测精加工时的刀具让刀量△1。具体做法是实测精加工的铣削力，应用测力仪，测定在既定的铣削深度和进给速度下的动态铣削力。在静态下以已测的铣削力为载荷，测定刀具的让刀量△1。
（2）刀具磨损
刀具磨损误差△2及其磨损状态下加工使切削力骤增，加剧了系统的让刀变形，通过实验得到刀具磨损误差△2 与时间的关系，为补偿提供了依据。
刀具磨损曲线
（3）刀轴方向与切削表面的法向夹角对精度的影响△3
由于汽车覆盖件形状的复杂性，刀具在实际切削过程中刀轴方向与切削表面的法向夹角在随时变化，暂且设该角度为?，当刀轴方向与切削表面的法向夹角为0时，切削点切削速度理论上为零，致使刀具与被加工表面之间产生挤压，刀具不易切入被加工表面，刀具有不良的加工状态，加工质量差。若刀轴方向与切削表面的法向夹角为90度时，fy达到最大值，也就是说刀具挠曲变形量将达到最大值，从而导致让刀量达到最大值，很显然这两种极限状态对加工精度都不利，只有当二者的相对位置处于某种状态时才既保证了fy比较小又保证了切削点落在切削性能良好的部位，加工精度则显著提高。经计算可知此时????度， 但是由于垂直刀具轴向的刀具刚度较小，铣削力沿着与刀轴垂直方向的分力Fy将使刀具产生挠曲变形，fy=fn*cos???其受力，由材料力学容易得到刀杆的挠曲变形量。为切削深度，为切削载荷，u为挠曲变形量，x、y、z为坐标系统，O为刀具夹持点。挠曲变形为：
刀轴方向与切削表面的法向夹角对精度的影响 刀杆挠曲变形
u(z)=
式中L为刀杆长度，为L-。其对刀具轴向的影响△3通过计算为：
△3=
（4）刀具选择
在进行汽车覆盖件模具型面数控加工时，主要选用球头镶片刀，这种刀具刚度差，镶片刀具的可转位刀片存在一定的安装误差，且刀片在加工过程中在铣削力的作用下会产生松动，当刀具主轴成倾斜加工时，刀具系统刚度显著下降，会加剧“让刀”现象的产生。镶片刀具的安装精度为：
二片镶片刀：±0.1----±0.2；
一片镶片刀：±0.03；
整体刀具：±0.01----±0.02。可见刀具本身对加工精度的影响十分显著。
（5) 其它因素
加工精度的影响因素很多，如机床精度，模具材质等等，在这里不再赘述。
4．提高加工精度的数控编程实现方法
（1）CAM系统
使用美国UGS公司的UGⅡ（Unigraphics）中的CAM模块进行编制程序数控。
（2）UGⅡ的CAM模块固定轴加工编程流程
应用UGⅡ的CAM中的数控加工模块对汽车覆盖件模具进行数控加工编程时，其流程如图6所示。
（3）补偿的实现
按着常规的编程方法，上下模的间隙就定义为一个料厚，而现在定义余量时是根据被加工部件的形状复杂程度和实际的反馈值把将要发生的让刀量补偿进去，这样就能把让刀量抵消，从而达到使上下模合模后的精度要求。总补偿量为：
△=△1+△2+△3 (3)
如补偿时没有定义粗加工余量stock=t, 则补偿时stock=t+△1+△2+△3
（4）通过加工边界与刀具等工艺参数的最佳组合提高加工精度
不同的刀具其耐用度是不同的，通过实测各种类型刀具的磨损曲线，实际加工确定各个刀具的磨损量，以确定在模具表面质量允许的条件下，该刀具最大的切削距离。从而确定加工程序的大小，也就是加工边界的大小。这样就能得到刀具与边界的最佳组合。
（5）刀轨走向的优化
从误差产生机理可知不同的刀轴加工效果截然不同，同理，不同的走刀方向也会导
国际模具网
