HXN3機車軸箱體鑄造工藝及模具CAD／CAM技術的應用

張可剛

（中國北車集團 大連機車車輛有限公司，遼寧大連116021）

HXN3機車軸箱體是HXN3機車走行部分的關鍵件之一，由于其獨特的設計結構，采用傳統的二維工程圖進行鑄造工藝設計和鑄造模具的設計與制造比較困難。考慮到該產品已進行了三維實體設計，具有鑄造工藝及模具三維實體設計制造的基礎，為此，嘗試采用UG軟件CAD／CAM技術，對HXN3機車軸箱體鑄造工藝及模具進行三維實體設計和數控加工自動編程，并通過開發UG軟件后處理功能，應用引進的5軸數控加工機床，采用數控加工技術完成HXN3機車軸箱體鑄造模具加工制造。

1 HXN3機車軸箱體三維鑄造工藝設計

HXN3機車軸箱體（見圖1）在設計結構上，由于沒有明顯的分型面，采用常規二維圖工藝設計難度較大。為此，根據軸箱體三維實體模型嘗試采用三維鑄造工藝設計。三維鑄造工藝設計是在三維實體設計模型的基礎上完成澆口、冒口、砂芯、分型面等工藝設計工作，該設計方法具有圖形直觀、便于工藝分析等特點，有利于鑄造工藝的模擬分析和模具設計與數控加工。該工藝設計應用了UG軟件CAD技術，對HXN3機車軸箱體澆口、冒口及砂芯進行了三維工藝設計。圖2為澆口、冒口三維工藝設計圖，圖3為分型面及砂芯三維工藝設計圖。具體設計方案如下。

圖1 軸箱體三維設計模型圖

圖2 澆口、冒口三維工藝設計圖

圖3 砂芯三維工藝設計圖

1.1 澆注系統設計

根據軸箱體結構特點，設置二道內澆口，并將內澆口開在軸瓦加工面上，并考慮到內澆口又是鑄件補縮通道，因此，內澆口尺寸適當放大，其截面尺寸為：50mm×90mm。為了保證鑄件補縮效果，直澆口采用φ160 mm×250mm保溫冒口套，直澆口總高度設計為294 mm。

1.2 冒口設計

HXN3機車軸箱體全部采用保溫冒口，在內澆口處放置φ160mm×250mm保溫冒口套1個，在另一側放置了1個φ90mm×120mm的保溫冒口，加強鑄件補縮。

1.3 分型面及砂芯設計

HXN3機車軸箱體分上、下型，分型面通過軸箱體彈簧座圓孔中心上下分型。共有4種砂芯（2＃砂芯為2塊），其中1＃砂芯根據HXN3機車軸箱體結構特點，芯頭采用了曲面設計結構。

2 HXN3機車軸箱體模具設計及制造

2.1 HXN3機車軸箱體模具設計

在三維鑄造工藝設計基礎上，對HXN3機車軸箱體模具進行了三維設計，圖4為設計的軸箱體上、下模具三維實體圖。

圖4 上、下模具三維實體圖

2.2 HXN3機車軸箱體模具數控加工編程及制造

CAM技術是在CAD技術基礎上，在計算機上輸入加工工藝參數和選擇優化加工工藝，并應用模擬仿真系統進行加工過程的模擬，形成刀具位置源文件。最后利用后處理軟件對其刀具位置源文件進行后置處理，形成數控機床可識別的NC代碼文件，實現計算機數控編程。

計算機數控編程擺脫了傳統手工編程效率低，程序易出錯，尤其對復雜曲面手工方法無法實現編程等弊端，極大地提高了加工工藝水平和產品質量。通過對UG軟件CAM系統的開發應用，成功的制造出高質量的HXN3機車軸箱體模具。

2.2.1 HXN3機車軸箱體數控加工編程

采用UG軟件CAM技術對HXN3機車軸箱體上、下型模具及芯盒進行了數控加工編程，其主要步驟有：

（1）打開文件，取出模具工件和毛坯（Workpiece）組裝圖，將坐標系（WCS）移至機床加工坐標原點（Z軸朝上）。

（2）進入加工模塊，根據加工工件創建刀具庫。

（3）創建加工坐標系（MCS），然后對工件和毛坯進行指定。

（4）創建加工操作方法，進入加工設置界面，選擇加工類型（輪廓銑、平面銑等）。

（5）進入加工設置界面，進行部件及加工參數（刀具、切削模式、步距、加工余量、主軸轉速、走刀速度、進退刀方式等）的選擇確定。

（6）生成刀具位置源文件。

（7）模擬仿真加工刀軌。

按上述步驟完成的HXN3機車軸箱體上、下型模具加工模擬仿真結果見圖5。

圖5 上、下模具加工模擬仿真

2.2.2 后置處理文件的開發

由于采用UG CAM進行自動數控編程，生成的刀具位置源文件，其數控機床的特定數控系統并不能自動識別，因此，需要把UG CAM生成的刀具位置源文件轉換為特定數控系統能夠識別的數控NC程序，該轉換過程稱之為后置處理。由于不同的數控機床有著不同的數控系統，需要采用不同的后置處理文件對刀具位置源文件進行處理。因此，針對我公司引進的5軸數控鑄造模具加工中心數控系統，采用UG／PostBuilder進行了UG后置處理文件的開發。

UG／PostBuilder是一個圖形化界面編輯工具，可靈活定義NC程序輸出的格式和順序，以及程序頭尾、操作頭尾、換刀等。UG／PostBuilder后處理開發流程見圖6。

2.2.3 后置處理

應用開發的后置處理文件，對生成的HXN3機車軸箱體模具數控加工刀具位置源文件進行后置處理，圖7為HXN3機車軸箱體下型模具粗加工后置處理形成NC文件的圖形界面。

圖6 UG／PostBuilder后處理開發流程圖

圖7 后置處理圖形界面

2.2.4 HXN3機車軸箱體模具加工

通過UG CAM進行自動數控編程形成的NC程序文件，并應用我公司引進的5軸數控鑄造模具加工中心對HXN3機車軸箱體模具進行了數控加工。成功的加工出HXN3機車軸箱體上、下模及芯盒，極大地提高了模具尺寸精度和制作效率，確保HXN3機車軸箱體試制一次成功。在此基礎上制作了HXN3機車軸箱體金屬模具，圖8為HXN3機車軸箱體上、下型金屬模具圖。

圖8 上、下型金屬模具圖

3 結論

（1）采用UG軟件CAD／CAM技術成功的實現了HXN3機車軸箱體三維鑄造工藝和模具設計，并通過對UG數控編程和后置處理的開發，完成了HXN3機車軸箱體的模具數控加工編程和制造。

（2）HXN3機車軸箱體模具的數控加工，解決了傳統手工制作模具，制作工期長、精度低的問題。同時，為公司鑄造模具制作提供了先進的技術手段。

（3）HXN3機車軸箱體的試制和生產應用證明，該技術完全可滿足HXN3機車軸箱體尺寸精度要求，同時，縮短了試制周期，為HXN3機車軸箱體國產化提供了有力保證。

［1］沈春根，江 洪，朱長順，等.UG NX 4.0CAM 實例解析［M］.北京：機械工業出版社，2007.