淺談汽車覆蓋件模具自動化加工關鍵技術

摘 要：在國外先進汽車覆蓋件模具企業模具自動化加工技術已經被廣泛采用，大力推廣模具的自動化加工技術對國內汽模企業的發展有著重要的意義。文章介紹了汽車覆蓋件模具自動化加工技術對設計的要求、消失型泡沫制造要求、鑄件三維檢測、加工編程等要求。

關鍵詞：覆蓋件模具；自動化加工；三維檢測；加工編程

引言

中國汽車產業的高速發展帶動了汽車覆蓋件模具業的高速發展。目前，國內主要模具企業在硬件上與國際水平差距正在快速縮小，甚至有一批企業已經達到世界先進水平，技術明顯進步。但是我們清楚的看到，有的模具企業花巨資從國外引進先進設備后，因制造技術未跟上，還是采用原來的加工方法，遲遲用不起來發揮不了應有的作用，只能在接單的時候充充當門面。特別是在模具自動加工方面，國外先進模具企業已經實現了模具自動化加工，我國大部分模具企業還停留在每臺機床必須有人值守的加工方式。本文從模具設計、消失型泡沫制造、鑄件檢測、NC編程以及虛擬加工等方面介紹模具自動化加工的關鍵過程。

1 3D設計

汽車覆蓋件模具3D設計是模具自動化加工的基礎。在2010年以前我國大多數模具企業在模具設計方面都是采取AUTOCAD+UG（CATIA）的模式，在結構設計方面采用AUTOCAD，在模面設計上采用UG、CATIA等3D設計軟件。這種特有的模具設計方式不僅不容易檢查干涉，而且在后續泡沫型制作過程中，鑄件廠只能根據2D圖紙用手工粘接泡沫型。一般情況下，鑄件廠家都會盡量多留點余量，保證后續能加工出產品。這樣既浪費材料，也增加了模具企業的成本，還導致加工環節出現余量不均而造成撞機等設備事故。

近年來，隨著主機廠對模具的要求越來越高和模具企業之間的競爭越來越激烈，模具企業大量引進了如：UG、CATIA等大型三維設計軟件和UG、POWERMILL、TEBIS等高端CAM軟件。三維設計的推廣將設計完成的模具直觀的表述出來，所有數據都可以從數模上直接測量，有效的解決2D設計的不足，為模具自動化加工奠定了基礎。

2 消失型泡沫型的制造

鑄件是汽車覆蓋件模具的基礎，高品質的鑄件不僅要求材料性能達到高水平，還要求鑄件余量均勻、幾何尺寸與數模一致。2D設計時期，消失型泡沫型依靠手工制作。我們都知道，泡沫型和最后的鑄件間存在縮水比例問題，2D圖上的尺寸需要換算才能用于制造泡沫型，由于覆蓋件模具結構復雜，尺寸繁多，多數情況下只依靠老師傅的經驗計算，由計算錯誤而造成模具幾何尺寸超差的情況也是時有發生。隨著3D設計的普及，泡沫型的數控加工已經大量采用，泡沫型制作一般需要如下步驟：

（1）在模型3D設計時將需要加工的位置進行顏色標示處理，以便在后續泡沫模型加工過程中增加余量；（圖2）

（2）對3D設計的數模按照鑄造縮水比例進行縮放，得到用于泡沫型加工的新數模。

（3）整理模型，對設計人員用顏色標示的鑄件上需加工的部位貼量，以保證鑄造出的鑄件有加工量，并且對局部需要工藝處理的部分進行模型修正。

（4）分析模型并合理分層，將數模分層以便于加工。

（5）泡沫型編程加工。

（6）粘接并貼字。

（7）檢測、修正。（檢測方法與下述鑄件的檢測相同）

3 鑄件毛坯檢測

CAM人員和工藝人員編制數控加工程序時完全依據沖壓工藝設計部門提供的CAD數據，完全是理論數據，但操作者調用程序直接加工的對象是鑄件。我們都知道，鑄件和數模不可能完全一致，在理想的狀態下，鑄件與實體之間的差別是：在非加工面上鑄件比數模大或小2～5mm，在加工面上鑄件比數模大10～15mm，但在現實狀態下，因受到鑄造前和鑄造時很多因素的影響，鑄件與數模間的差別極不穩定，有時會差很多，比如鑄造前工藝的更改，就會導致實型型面的更改，凹模和凸模加工量都會變大，并且不均勻。如果鑄件回廠后，加工前不進行檢測直接投入數控加工輕者打爛刀具，重者發生機床事故，給企業帶來不可估量的損失。就是不發生上述問題，那么也會降低加工效率，并且對機床的損傷也很大。再有就是傳統的編程方式，為了保證加工安全必然會讓空刀多，走刀速度慢。現在模具加工基本不用球刀進行粗加工，而是采用牛鼻刀進行層切，要想實現層切加工必須對毛坯進行掃描，才能保證安全性和盡量減少空走刀。

國際上擁有3D掃描技術的公司很多，如ATOS、海克斯康、敏捷汽車模具三維光學快速檢測等。主要檢測方式有照相檢測和白光掃描兩種方法。

下面介紹TRITOP照相檢測系統的基本操作過程：

（1）根據被測物體情況，對相機進行參數設。

（2）相機掃描。

a.貼點。就是在需要測量的物體上貼上參考點（非編碼點）用于被測物體標定，在其周圍必須放置起輔助作用的編碼點。編碼點的設置對檢測結果的準確性至關重要。b.標尺的擺放。標尺是測量的基礎，通過對標尺的校對可以獲得準確的測量尺寸，標尺擺放可以不管被測物體的大小，標尺的擺放沒有具體要求，模型上或者模型周邊都是可以的，主要是方便后面照片的拍攝。

（3）拍攝照片。由于采用拍照的方式進行數據采集，故對拍照有基本要求，即在照片拍攝過程中，每一個檢測點應該在多個不同的角度進行拍攝，同時，每張照片至少要包含前面照片中的5個點以上，這樣才能保證我們每張照片是有效的，能被軟件識別。在正面和側面交界處應該相對多貼點，保證連接點不會斷開，同時拍照時從不同角度多拍攝幾張照片。

（4）掃描照片導入軟件進行對比。將準備好的模型IGES文件導入到TRITOP軟件中，確定模型的基準與建立的坐標系重合，然后對數模與毛坯面上的非編碼點進行比對，通過公差帶不同的顏色可以大概判斷出非編碼點的差值范圍，然后根據實際需要精確檢測需要的點，如圖6所示。

4 CAM編程事項

要實現自動化加工，我們必須做好如下事項：

（1）將上述毛坯測量數據與數模進行比較，并用作加工毛坯。

a.首先通過照相掃描設備采集點云數據，同時一定要把點云的坐標系和編程坐標系設置在同一位置，以便數模對齊；b.把采集到的點云進行處理，并生成曲面，保存成IGES格式，發送給編程人員，用于毛坯比較，和初加工程序編制，以及加工碰撞檢查。

（2）建立企業的刀具數據庫和加工規范。汽車覆蓋件產品結構復雜，不同產品的模具對加工要求不同，為了提高加工效率和質量，我們應該盡量選用短刀加工產品，以獲得高質量的模具表面，建立企業級的刀具庫數據是編制高質量NC數據的基礎。

（3）建立機床模型，用于虛擬加工，檢查干涉。要實現自動加工，我們就必須在車間加工前就避免機床與工件干涉。現在，幾乎所有的NC編程軟件都自帶仿真加工功能，通過簡單設置我們可以直觀的檢查機床是否會與工件發生干涉。

5 結束語

隨著我國汽車行業的高速發展，模具行業也步入了高速發展期，汽車覆蓋件模具自動化加工技術是模具業發展的必經之路，我們應該緊抓行業發展的機遇，不斷探索，提高我國模具制造業的技術水平。

參考文獻

[1]方良，方芳.汽車模具企業設備現狀及未來發展趨勢研究[J].模具制造，2012.

[2]ATOS流動式光學掃描儀使用說明書[Z].