計算機輔助工藝設計在模具數控加工中的應用

何晶

遼寧機電職業技術學院 遼寧丹東 118009

計算機輔助工藝設計在模具數控加工中的應用

何晶

遼寧機電職業技術學院 遼寧丹東 118009

隨著信息技術的發展，以計算機為載體的相關技術在工業生產、設計中得到廣泛應用，而且這些技術的應用不僅提高了加工效率，還有效地提高了工業產品的質量。通過對計算機輔助工藝設計的介紹，分析計算機輔助工藝設計在模具數控加工中的具體應用。

計算機輔助工業設計；模具；數控加工

1 計算機輔助工藝設計

計算機輔助設計，也被稱為CAPP，它是computer aided process planning的縮寫，它的作用主要是通過使用計算機來完成工藝零件的加工工藝過程的制定，并將毛坯加工成零件圖紙上所要求的零件。計算機輔助設計可以在進行零件加工工藝時通過向計算機輸入所需要加工零件的各種信息，如零件的形狀、尺寸大小以及零件材料、數量等，計算機按照所輸入的資料自動生成零件的生產工藝路線和供需等過程。

2 計算機輔助工業設計在模具數控加工中的應用

2.1 計算機輔助工業設計應用于模具粗加工工藝中的參數選擇

例如，在機車覆蓋件的加工中，由于機車中覆蓋件的空間結構極其復雜，不利于人員掌握覆蓋件的結構規律，進而增加了模具工藝參數的計算。所以，在選擇模具的加工方案時，首先要做的是將加工資源和模具參數等相關參數輸入計算機主導的數控機床控制平臺，創建出零件加工的資源和工藝數據庫，獲得零件自身的所有信息，如尺寸大小、數量以及參數等；然后進行零件加工的控制編碼和數控程序單的編制。這些控制編碼都是由文字、數字以及符號按照固定的規范和編碼格式所編織而成的，由數控機床控制平臺發出相應的零件加工動作指令。以下是通過對機車覆蓋件的模具粗加工工藝的實例分析，具體介紹模具計算機輔助設計/計算機輔助制造/分布式數控（CAD/CAM/DNC）的一體化過程。

1）通過使用激光測量出模具的相關數據并掃描出它的造型，把獲取的模具模型的表面特征用坐標的方式通過計算機傳遞到數控系統中，進行模型圖像處理，控制系統再通過對編碼的運算向各工序傳遞指令，在數控系統的調動下驅動機器運轉，完成加工工序。

2）在數控系統運行的過程中，要綜合性地考慮零件的半徑，以及不同類型加工中的刀具之間的關系。首先，根據零件的模型，計算出零件的相關參數。如最小和平均曲率半徑，如果這兩項的數值相差較小，則可以選擇相同的刀具來完成零件精加工；如果兩項數值相差大，就采用不同類型的刀具完成精加工。其次，在進行零件的半精加工或者粗加工時，最重要的是在加工方案確定后選擇合適的加工刀具以及工步數等。當凹邊界的夾角處于0°和180°之間時，粗加工刀具的選擇要以最大直徑值為標準。當凸邊界的夾角不小于180°時，可以選擇任意直徑的刀具或者以加工的實際情況為標準進行選擇。

2.2 計算機輔助工藝設計在模具粗加工走刀方式選擇中的應用

1）粗銳刀位軌跡的生成。首先是將模具模型進行分層，也就是降維處理，從原有的三維模型得到一個二維的模型輪廓，進而得出2D的軌跡。在這一過程中，要對生成的輪廓進行處理，獲取相交面的交線，這條交線可以使用參數曲線近似表示。然后以上一步結果為標準，生成2D刀位。同時，粗銳刀位軌跡的生成主要包括兩種軌跡的生成方法。1）螺旋線刀位軌跡生成。螺旋線刀位軌跡的生成主要有兩種方法，即偏置法和區域分治算法。其中，偏置法指的是直接對輪廓進行偏置以取得刀位的軌跡，但是這種方法不適用于復雜的輪廓，因此在實際應用中也很少；而另一種方法則是利用輪廓的角劃分區域，使得每個區域都能夠從屬于邊界線，然后再劃分刀位軌跡，這是一種常用的算法。2）平行線刀位軌跡的生成。使用這種方法最重要的是要先確定參考線，并以參考線為基準劃分區域，進而獲得刀位軌跡，主要有單、雙向兩種軌跡生成方法。

2）走刀方式與軌跡長度之間的關系分析。在一個特定的區域中，即使零件加工的相關參數相同，如果選擇的刀具和刀位軌跡生成方式不同，所形成的刀位軌跡也會有所差異，所以，怎樣選擇一個合適的走刀方式，對零件的加工工藝具有非常重要的作用。

2.3 計算機輔助工藝設計應用于模具精加工的參數選擇

一般來說，模具加工的對象都不是成品，所以，加工工藝的選擇對成品的質量具有重要影響。而且在進行曲面加工時，判斷的精準性和干預也是一個影響因素。因此，在進行零件的精加工時，要切實考慮加工的效率因素。

2.4 計算機輔助工藝設計應用于模具精加工走刀方式的選擇

在零件的精加工中，刀位軌跡的生成是以參數空間的軌跡生成方法為基礎的，它按照參數曲面參數來計算刀位軌跡，進而獲取與目標曲面相應的刀位。這種方法由于它的簡便成為使用較為廣泛的方法之一。而且這種方法所獲得的軌跡與投影的方向相關聯。如果要求很高的離散度，那么所獲取的軌跡精度與模型就更為相似，反之亦相反。同時，不同的走刀方式會引起銑削狀態的不同，進而對零件加工的質量產生影響。因此，為了保證銑削狀態的良好性，要合理選擇走刀方式。

3 計算機輔助工藝設計在模具數控加工工藝中的技術實施

計算機輔助工藝設計的應用理論是通過使用以文字、數字和符號組成的代碼將與零件相關的信息傳遞到計算機中，進而形成專業的零件信息數據庫。同時，將工藝人員的思想、實踐經驗以計算機可識別的方式輸入到控制系統中，形成工藝控制庫，對零件進行邏輯分析和參數計算，并生成相應的文件。在這一過程中，計算機輔助工藝設計發揮著極其重要的作用。

隨著信息技術的發展，以及計算機輔助設計、制造、工藝設計等技術的發展，在模具數控加工工藝中使用計算機輔助工藝設計，會大大減少加工時間，提高加工效率，進而提高數控加工的信息傳遞和處理能力。

首先，計算機輔助工藝設計為模具數控加工提供了一個信息分析、處理的工作平臺。零件相關的數據庫所包含的所有零件加工工序的數據和工藝知識，都是為數控加工的邏輯推理和計算奠定基礎。因為數控系統可以確定零件加工所需的各種資源。也就是說，它是模具數控加工中最為重要的一個環節，直接影響著產品的質量。

其次，在模具的數控加工中，工藝是聯系產品和加工的重要紐帶，而傳統的加工工藝并不適用于現代模具加工的要求。模具數控加工工藝主要由兩部分組成，即方案設計和工序設計。而且，在這兩部分中，方案設計是以對模具的結構分析為基礎的，只有在確定結構之后才能夠進行方案設計和工序設計，然后再按照設計結構對模具進行加工。

最后，在模具數控加工過程中，結構分析是數控加工的依據，同時也是實施計算機輔助工藝設計的組成內容，因為數控加工工藝的完成都是按照模具結構分析所得的信息為依據的。在模具的數控加工中使用計算機輔助工藝設計，不僅可以提高整體的零件制造水平，還可以較大程度地提高產品質量，所以，加工工藝也是產品質量的一個保證。此外，計算機輔助工藝設計還可以提高工藝的科學化、精準化和規范化。隨著計算機技術的發展，計算機相關工藝技術已經在企業生產中被廣泛應用，計算機輔助制造、工藝設計等技術在工業中的改革作用已經被充分體現出來。

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1671-489X(2012)18-0125-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.18.125

作者：何晶，碩士，副教授，研究方向為機械設計與制造、模具設計與制造、汽車使用與維修。