| cyqdesign | 2006-05-20 16:01 |
MasterCAM的彩顯模具數(shù)控加工應(yīng)用研究一、引言 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)行業(yè)，模具工業(yè)的發(fā)展水平標志著一個國家的工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力。模具行業(yè)涉及了汽車工業(yè)、航空航天、軍工企業(yè)、家電工業(yè)、包裝工業(yè)和日用五金等幾乎全部的工業(yè)門類。在過去的20年中，我國模具工業(yè)得到了長足的進步，模具CAD/CAM技術(shù)的成功應(yīng)用為我國的模具工業(yè)的發(fā)展起到了重要的推動作用。現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標準化程度、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進的設(shè)計與制造技術(shù)和專用的機床設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)管理等。其中CAD/CAM技術(shù)在模具生產(chǎn)中的應(yīng)用，無疑占有很重要的地位。它被認為是現(xiàn)代模具技術(shù)的核心和重要的發(fā)展方向。為了提高模具企業(yè)的設(shè)計水平和加工能力，中國模具協(xié)會向全國模具行業(yè)推薦適合于模具企業(yè)使用的CAD/CAM系統(tǒng)。模具設(shè)計和加工使用的CAD/CAM系統(tǒng)，不要求系統(tǒng)十分龐大，但對某些方面要求較高，如曲面造型、三軸數(shù)控加工等。 CAD/CAM系統(tǒng)的計算機硬件包括各種類型的計算機、存儲設(shè)備和輸入輸出設(shè)備。CAD/CAM系統(tǒng)的軟件是根據(jù)系統(tǒng)硬件設(shè)備的配置，為適合某一個或多個設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域，所能完成某些特定功能的一組計算機應(yīng)用程序�，F(xiàn)今CAD/CAM系統(tǒng)軟件有Auto CAD、MasterCAM、3Dmax和Pro/ENGINEER等。CAM技術(shù)發(fā)展至今，無論在軟硬件平臺、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特點等方面都發(fā)生了翻天覆地地變化。CAM的軟件平臺是Windows NT或Windows 2000，硬件平臺是高檔PC或NT工作站系列。隨著高檔NC控制系統(tǒng)的PC化、網(wǎng)絡(luò)化及CAM的專業(yè)化與智能化的發(fā)展，編程也可能會有較大的發(fā)展。它們擯棄了多層菜單式的界面形式，取而代之的是Windows界面，操作簡便，并附有項目管理和工藝管理樹結(jié)構(gòu)。新一代CAM系統(tǒng)是基于知識的智能化的CAM系統(tǒng)，它面向?qū)ο蠛凸に囂卣�，能夠獨立運行，使相關(guān)性編程成為可能，并提供更方便的工藝管理手段。 二、CAD/CAM在彩顯屏底模具制造中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的模具設(shè)計和制造方法主要有以下幾個方面的不足：(1)一次性設(shè)計合理性差；(2)設(shè)計、制造的串行工作模式周期長，效率低，不適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的形勢；(3)過度依賴設(shè)計制造人員的經(jīng)驗積累。 隨著CAD/CAM系統(tǒng)功能的日趨成熟，CAD/CAM系統(tǒng)在各方面都得到廣泛應(yīng)用，尤其在模具行業(yè)中的應(yīng)用大大簡化了工藝設(shè)計過程，提高了模具的制造精度�，F(xiàn)代模具制造工藝(見圖1)彌補了上述不足，增加了CAE(Computer Aided Engineering)和CAT(Computer Aided Testing)兩項功能。通過CAE，進行有限元分析。而CAT工序主要是利用三坐標測量儀，對已加工完模具的三維工作面最后檢驗是否合格，同時檢測的數(shù)據(jù)可以反饋給CAD工序，作為模具三維工作面的造型改進的參考。  三、工藝流程分析 彩顯玻殼模具是生產(chǎn)高質(zhì)量彩色顯示器玻殼的關(guān)鍵部分。由于彩色顯示器玻殼特殊的服役條件，對模具材料、內(nèi)在質(zhì)量和尺寸精度等都提出了嚴格的要求，制造難度很大。日本、美國和德等國家為此進行了20多年的開發(fā)研究，其各大彩色顯象管玻殼生產(chǎn)公司都擁有各自彩色顯示器玻殼模具生產(chǎn)專有技術(shù)和固定的模具生產(chǎn)基地。 彩顯玻殼模具的使用性能要求其材料應(yīng)具有較高的熱疲勞性能、較好的蠕變性能和良好的綜合機械性能，即不僅要保證模具在使用過程中塑性變形小，而且要有利于機械加工和修復(fù)。對于其物理性能則要求具有穩(wěn)定一致的熱膨脹系數(shù)、導熱率和比熱等參數(shù)。另外，玻殼壓機以及配用的整套模具是高精度運轉(zhuǎn)配合的機器，各部分之間的配合精度極高，加上玻殼尺寸一致性要求，從而提出了對模具尺寸精度的高要求。要求屏底模有較高的蠕變極限、良好的熱疲勞性能，并能耐氧化、耐高溫。 玻殼屏底模的加工工序一般分為為粗加工、一次加工和二次加工。根據(jù)彩顯屏底模的形狀及加工特性，二次加工的曲面精度要求很高，其定位基準均為底座下平面，為了減少裝夾次數(shù)，縮短工時，二次加工需要全部在數(shù)控銑床或數(shù)控加工中心上進行。 為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能，在確定加工方案時應(yīng)考慮數(shù)控機床使用的合理性和經(jīng)濟性，一個零件往往可能有多種加工方案。例如，某些二維輪廓的側(cè)面可能是高度不太大的斜面，可利用三坐標聯(lián)動數(shù)控銑床經(jīng)過循環(huán)走刀銑出該輪廓，如圖2所示，但是，這種方案耗費工時太長，且表面質(zhì)量不高。應(yīng)采用成型刀進行成型銑削，如圖3所示。本設(shè)計中的15°斜面的銑削采用成型刀銑削，效果良好。   圖2 周向循環(huán)銑削 圖3 成型銑削 在數(shù)控加工中，為了盡量減少輔助工時，要特別注意使用夾具來保證迅速完成加工零件的定位和夾緊過程。在加工中要盡量減少工件裝夾次數(shù)，在一次裝夾中，應(yīng)盡可能多地完成各個工序工步，為此，定位時要考慮便于各個表面都被加工的定位方式。以底座下平面為定位基準，可以方便地完成其他各個曲面的加工。 四、三維曲面和實體造型 MasterCAM軟件的造型功能，使用戶在制作三維模型時，充分體會到它的魅力。對目前常見的數(shù)控機床，MasterCAM幾乎都有后置處理程序，因此這些機床都可以使用此軟件來編程。MasterCAM由Designs(造型)、Mill(銑削加工)、Lather(車削加工)和 Wire(數(shù)控加工模擬)4個模塊組成。而Design(造型)模塊是基礎(chǔ)，它也包含在Mill(銑削加工)模塊中。 空間球面是主要的設(shè)計和加工面。下面介紹繪制三維圖過程。 設(shè)置構(gòu)圖深度為0，即Z：0.0000，構(gòu)圖面Cplane：T(俯視圖)，視角Gview：T(俯視圖)，單擊Create—Rectangle—One point(繪圖—矩形—矩形基準點)，設(shè)置矩形的寬度和高度，基準點為原點，矩形即可繪制出來。單擊適度化按鈕，可將視圖調(diào)整到最佳狀態(tài)。  圖4 1/8曲面構(gòu)成  圖5 1/4昆氏曲面 曲面有許多種，按其形成方式分為三類：幾何圖形曲面、自由形式曲面和編輯過的曲面，在生成曲面的過程中，要靈活運用動態(tài)旋轉(zhuǎn)、放大和適度化等操作。對于球面，選用生成昆氏曲面的方法，注意應(yīng)首先將1和2間的圓弧分成兩段，在圖4中對1/8曲面進行操作，也可完成另外1/8曲面的操作，生成如圖5所示的1/4昆氏曲面。其余曲面，選用掃描曲面的生成。全部掃描完之后如圖7所示，封底操作同上用掃描曲面，最后將其鏡像拷貝生成實體如圖8所示的整個零件完整實體。   圖6 面的生成 圖7 1/4曲面的構(gòu)成  圖8 實體構(gòu)成 五、曲面加工仿真模擬 產(chǎn)品的設(shè)計制造一般分為CAD、CAM及后處理(POST)等3個步驟。CAD的功能是生成機械加工中工件的幾何模型。CAM的功能是生成一種通用的刀具位置(刀具路徑)數(shù)據(jù)文件(NCI文件)，該文件包含有加工中進刀量、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻控制等指令。后處理則是使用CNC控制器相應(yīng)的后處理器將NCI文件解譯成用戶CNC控制器可以解讀的NC碼。有了CAD模型后，就可利用CAM系統(tǒng)提供的多種形式的刀具軌跡生成功能進行數(shù)控編程。刀具路徑模擬是生成NC文件的必要前提，即數(shù)控工藝的創(chuàng)成為NC加工程序的生成準備了必要的工藝信息。 下面以屏底模具的曲面部分的加工為例，介紹刀具軌跡的生成。在MasterCAM中，不同的加工模組用不同的參數(shù)來定義其生成的刀具路徑。這里采用的是三維銑床加工系統(tǒng)的挖槽加工。設(shè)定毛坯參數(shù)（進行工作設(shè)定）， 生成挖槽式刀具路徑，選擇所需加工的曲面，選擇挖槽銑削刀并設(shè)定刀具參數(shù)如圖9和圖10所示。  圖9 刀具參數(shù)設(shè)定一  圖10 刀具參數(shù)設(shè)定二 在設(shè)置挖槽粗加工參數(shù)時涉及到走刀路線選擇問題。如圖11所示的3種凹槽加工的走刀路線中，圖11b的走刀路線與球面輪廓最為接近，所以選圖11b的路線。  圖11 三種走刀路線 系統(tǒng)會自動計算曲面，進行刀具路徑的生成。生成的刀具路徑如圖12所示。  圖12 刀具路徑生成 刀具路徑生成后，可進行實體模擬，如圖13所示。  圖13 實體仿真模擬 六、CNC文件的生成 刀具路徑生成后經(jīng)后置處理，就可以生成NC文件，即自動生成數(shù)控加工程序，這些程序可應(yīng)用于加工中心進行零件實體加工。本例中生成的曲面粗加工CNC程序較長，此處省略。 七、結(jié)束語 CAM技術(shù)的迅猛發(fā)展，軟硬件水平的進一步完善，為模具工業(yè)提供了強有力的技術(shù)支持，為企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、制造和生產(chǎn)水平的發(fā)展帶來了質(zhì)的飛躍，已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)信息化、集成化和網(wǎng)絡(luò)化的必然選擇。MasterCAM具備CAD/CAM功能，兼容性很好，能與幾乎所有的數(shù)控機床配合使用。它具有很強的三維立體造型功能和加工功能，并可進行刀具路徑仿真模擬，可以自動生成用于多種數(shù)控機床的NC代碼，高效地進行零件加工。我們所生成的CNC程序經(jīng)生產(chǎn)使用，完全滿足了彩顯模具的數(shù)控加工要求。 |
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