汽车覆盖件模具数控加工中刀轨规划优化设计

汽车覆盖件模具数控加工中刀轨规划优化设计

田宇

保定市精工汽车模具技术有限公司 河北省保定市 071000

[摘要】系统研究模具实施数控加工的关键技术一刀具轨迹优化，介绍数控加工中刀轨规划原则，提出刀轴控制方式及加工模式，建立模具数控加工刀轨规划系统．

[关键词]汽车覆盖件数控加工刀轨规划

　汽车覆盖件是汽车车身的重要组成部分，是汽车的主要结构部件，而汽车覆盖件冲压模具又是整个汽车覆盖件装置中比较重要的组成部分，所以随着汽车行业的发展和原材料价格的上涨，汽车加工制造企业更多的将重点放在成本的降低和汽车质量的提高上，这就要求相关人员不断创新优化汽车覆盖件的冲压模具结构，以此来达到提高汽车研发效率的目的。

1数控加工技术在汽车覆盖件模具制造中的应用

制造汽车覆盖件模具的传统方法是：第一步制造主样板、主模型和工艺模型，第二步利用工艺模型为靠模，在仿形机床卜加工模具表面，第三步由钳工装配、调试成合格模具。这样的方法不仅流程时间长、形状精度低，而且对模具制造工人技术要求特别高．效率低而成本高。而与传统模具加工方法相比，数控加工技术有如下几个优点：

1.1自动化程度高，劳动强度低。除了开始阶段要进行手工装夹模具毛坯和输入程序之外，其余的加工过程全部由数控机床自动完成。这样不仅提高了模具生产的自动化程度，还简化了工人的操作．使劳动强度大大降低。

1.2模具柔性好．适应性强。数控设备能加工普通机电设备无法加工的复杂曲线、曲面，特别是对于表面形状复杂的汽车覆盖件模具。当改变加工模具时，除了要解决模具毛坯的装夹方式和更换刀具以外，数控设备只需要更换模具的加工程序，不需要作其他任何复杂的调整，且可采用成组技术的成套夹具。

1.3模具加工精度高，无人为误差。数控加工设备的精度一般在0．005～0.01mm之间．且不受零件复杂程度的影响．定位精度非常高。在批量生产中．使用相同的硬件环境和同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同．且数控设备的大部分操作都是由机器自动进行加工完成的，可以消除人为的误差．保证模具的加工精度和质量稳定。

1.4生产效率高。在数控设备上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。加上其他辅助操作的自动化，使辅助时间大为缩短，无需工序的检验与测量，所以数控设备比普通的机电设备生产率高出3～4倍，甚至更高。

2刀具运动轨迹规则原则

2.1刀具运动轨迹是指加工过程中刀具相对工件运动的轨迹。在确定刀具运动轨迹时应遵循以下两个原则：

2.1.1对点位进行加工的数控机床，要考虑尽可能缩短刀具行程．以减少空程时间。

2.1.2在车削与铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出。由于刀具径向切入后转向轮廓加工时需要改变运动方向，导致切削力大小和方向的突变以及在工件表面有停留时间，工艺系统的弹性变形在工件表面将产生刀痕，甚至会因切削力的聚变产生的冲击而损坏刀具。所以应尽量避免径向切入和切出．

2.2合理的刀具运动轨迹应满足以下几点要求：

2.2.1刀具运动轨迹准确无误．无过切、扎刀等加工质量问题。

2.2.2刀具运动轨迹分布均匀、整齐，便于钳工修整。

2.2.3在刀具运动轨迹中，应绝对避免主轴碰撞工件而损坏机床。

2.2.4在数控加工中，应使刀具受力均匀，避免不必要的冲击力作用，损坏刀具。

2.2.5刀具运动轨迹总长应尽可能地短．以缩短切削加工时间，提高生产效率。

3刀轴控制方式及加工模式

3.1刀轴控制方式。刀轴控制方式是影响多轴加工效果的一个重要因素，其确定原则是获得高的切削效率，同时考虑加工中可能存在的刀具干涉现象。本系统提供以下几种控制方式：

3.1.1刀轴垂直于加工平面(Noml方式)。该方式一般用于无干涉情况下的端铣刀凸曲面加工情况，以刀具平面来对行间残余高度作最大抑制，减少走刀次数和获得高的生产效率。

3.1.2刀轴平行于表面(P”a11e1或Ruling方式)。主要应用于五坐标加工的场合，在可展直纹面情况下使用圆柱或圆锥形刀具侧铣可以一刀成型，且表面质量好．

3.1.3刀轴相对于表面(Relative方式)。该控制方式由刀轴矢量在局部坐标系中的前导角和偏角来定义的。前导角为刀轴与垂直于进给方向的平面所成的角度，可对端铣加工凹面时防止干涉；偏角是刀轴沿走刀方向的倾斜角，定义为刀轴与曲面法矢的夹角，不属某个截面。

3.2加工模式。不同的曲面形状应采取相不同的加工模式。

3.2.1cc路径平面行切加工。即走刀过程中．刀具接触点(cc点)限制在一个行切平面内，适合于复杂型腔或组合曲面的行切加工。行切平面的方位可任意指定．一般均为垂直于xoy坐标平面：当垂直于z坐标轴时即为等高线加工。

3.2.2cL路径平面行切加工。走刀过程中，刀位点(cL点)限制在一个行切平面内，适合于复杂型腔或组合曲面的行切加工。此时．刀具轨迹为平面型，且当行切平面平行于坐标平面时，可在两轴联动机床上进行三维曲面加工。

3.2.3投影线cc路径加工。走刀过程中，刀具接触点(cc点)在投影线沿坐标轴扫描形成的直纹面与曲面的交线上运动用于无边界约束曲面区域的行切加工以及曲面上曲线沟槽的加工。

3.2.4投影线cl路径加工。走刀过程中，刀位点(cl点)限制在投影线沿坐标轴扫描形成的直纹面内，用于存在边界约束下曲面区域行切加工。

3.2.5曲面交线加工．走刀过程中，刀具始终保持与零件的导动面相切．

4刀轨规划系统的建立

刀轨规划系统按功能模块设计为用户界面、总控模块、工艺参数选择、刀轨生成、刀轨编辑、干涉检验与处理、刀位数据输出等七大模块。各模功能为：

4.1用户界面是系统和用户交互的窗口，具有菜单选择、命令查询、咨询解释、图形显示、结果输出等功能。

4.2总控模块用来协调组织系统内各模块、控制整个系统运行。

4.3工艺参数选择模块用来获取与刀轨有关的加工工艺参数，如刀具类型、走刀间距、切削容差等。

4.4刀轨生成模块根据加工面的形状特征、加工要求选择走刀模式以及生成刀具运动轨迹。该模块主要解决生成无干涉单张曲面的刀轨轨迹。

4.5刀轨编辑模块对刀具轨迹进行编辑处理，例如对组合曲面的刀具轨迹进行修剪、清根等操作。

4.6干涉检验与处理模块对经过编辑后的刀位数据进行干涉检查。照干涉的处理方法处理干涉点，得到无干涉的刀位数据文件。

4.7刀位数据输出模块将系统产生的刀轨数据文件以用户所需的形式(如图形、代码等)输出到计算机屏幕或加工设备上．

5结束语 　　总而言之，我国的汽车加工制造业随着科技的发展和市场需求的增大在快速进步，这对汽车覆盖件冲压模具的设计制造技术都有了更高的要求，使得结构优化更为迫切，在原材料价格上涨的背景下，为了降低模具成本、提高模具质量，各个企业应根据冲压模具的设计和制造特点，不断对其进行研究优化，以推动汽车加工制造业的发展。

参考文献

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