汽车前轴精密成形模CAD/CAM2

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三、前轴精密成形辊锻及精密模锻三维CAD/CAM  
     由于采用二维CAD软件(例如AutoCAD或者InterCAD)设计时，其设计精度低，不能满足精密成形辊锻和精密模锻的设计要求，而且无法实现模具的CAD/CAM一体化，因而采用UG软件进行参数化三维实体造型，利用UG软件的二次开发接口，开发出适用于长轴类锻件的CAD系统，并应用UG软件的CAM模块生成数控加工代码，并且根据用户机床的代码格式要求自定义后置处理程序(.mdfa)，通过Internet网络进行代码传输，然后进行轨迹仿真，确认无误后通过企业局域网Intranet控制机床完成数控加工。整个过程方便、可靠、高效。 
     1、零件和锻件设计  
    根据零件的几何尺寸、材料和工艺条件等信息，生成零件的三维实体，由于采用了参数化设计的方法，可以通过修改零件尺寸方便地变更零件设计，并可以根据需要输出其二维工程图。锻件设计主要包括设计冷锻件图和热锻件图，主要工作是补充机加工余量、添加圆角和拔模斜度、考虑热膨胀系数等，参数化设计使冷热锻件图的生成非常方便、快速。  
     2、工艺设计  
     首先从头至尾扫描锻件，得到一系列横截面面积，保存到1个文本文档里，由此可得到锻件体积、最大长度和重量，然后根据截面面积数据绘制计算毛坯截面图和计算毛坯直径图。考虑到用户的使用要求，例如数据查询、截面图的简化、动态缩放截面图和直径图等，采用VC++进行UG软件的二次开发，模块既可以独立执行也可以从主控界面直接调用，方便用户使用，最后是确定辊锻制坯时需要的次数以及每一次需要的延伸系数。  
     3、锻模设计  
     包括精密成形辊锻和精密模锻模具型腔、模具结构的自动设计，可以方便地修改锻模尺寸，得到新的模具实体，可以输出模具的二维工程图。 
     4、刀具轨迹生成  
     由于锻模的模具材料为热作模具钢，其硬度较高，加工困难，且工件长度尺寸大而宽度尺寸较小，尤其是型腔底部很窄，根据零件特点及加工经验确定加工工艺。  
     （1）粗加工，由于型腔底部有深而窄的槽，因而无法选用大直径铣刀进行粗加工，否则会导致余量不均匀而给后续加工带来更大的麻烦(如断刀等)，因而选用刀具为12mm的平底合金刀，加工余量（stock）为0.5mm，采用UG软件的cavity milling加工方法，走刀轨迹为环切，采用变深度切削，0～-20mm每层下刀量为2mm，-20～-60mm每层下刀量为1mm(因为切削条件愈来愈差)。由于采用了预钻孔下刀的方法，从而有效地避免了“扎刀”对刀具的损坏，因此切削过程平稳、高效。
     （2）半精加工，由于型腔形状复杂而且空间曲面较多，因而用平底刀粗加工后各处余量差别很大，此时如果直接精加工可能会断刀而且加工质量会很差。因此采用12mm硬质合金球头刀进行半精加工，加工余量为0.3mm，采用UG软件的fixed contour加工方法，走刀轨迹Zig-Zag双向平行轨迹，用加工区的最大轮廓作为加工边界，半精加工完成后，获得了较为均匀的余量分布，为精加工打下了良好基础。  
     （3）精加工，因为工件的最小圆角半径为5mm，因而选用10mm硬质合金球头刀进行精加工，加工余量为0.02mm，采用UG软件的fixed contour加工方法，走刀轨迹Zig-Zag双向平行轨迹，设定毛刺高度为0.01mm，由软件决定行距，注意使用零件轮廓包容以避免伤及其他非加工表面。图7为在UG软件中生成的精锻下模精加工刀具轨迹。  
     （4）输出刀位文件(.cls)，根据用户机床所规定的数控代码格式自定义后置处理程序，经后置处理后通过网络进行传输，代码格式完全符合用户要求，不必进行编辑和修改即可进行数控加工。  
     5、刀具轨迹仿真  
     为了能对所生成的刀具轨迹有感性的认识和评估，开发了刀具轨迹仿真软件，其特点为不依赖于任何CAD/CAM系统，直接对数控代码进行仿真，通过仿真程序，可使工程技术人员和操作工人对进刀点、走刀方式等有直观的认识，从而有效地避免可能出现的加工问题。  
     四、结束语  
     采用汽车前轴精密成形辊锻和精密模锻复合工艺，产品质量好，设备投资少，建设周期短，材料利用率高，能耗低，生产效率高，更适合多品种大批量生产。开发的前轴精密成形辊锻及精密模锻工艺与模具CAD系统，能实现前轴锻件生产所需全部锻模的自动化设计，能提高设计速度6～８倍，加速了新产品的开发。采用高档的CAD/CAM软件作为技术平台，不但极大地提高了设计及制造效率，而且提高了模具的加工精度，从而保证了产品的质量，提高了产品和企业的市场竞争力，取得了较高的经济效益和社会效益。