基于UG_CAM模塊非標零件的模具設計與數控加工?

張立昌 楊 根

1 引言

該非標零件主要使用于船舶設備上，設備運行時該零件受力較大，長期處在交變載荷工況下，工作時間較長磨損嚴重，極易發生疲勞破壞、斷裂，其性能的好壞直接影響船舶設備的正常運行。因此該部件的制造、加工及其重要，采用傳統機械加工方式加工該零件一方面設計、制造成本高，另一方面零件加工過程存在內應力，直接影響零件受力狀態。本文考慮該部件的使用場合、結構形式以及材料性能，采用無余量精密鍛造工藝進行加工［1～2］，提出基于NX UG10.0軟件進行模具設計以及編制數控加工程序，并使用現有設備，加工出滿足企業要求的模具，降低模具成本，提高模具的使用壽命，保證產品的質量及生產效率［3～5］。

2 零件工藝設計

根據該部件的工作條件及強度要求，分析其結構特點以及生產量的需求，精密鍛造具有加工精度高、鍛件力學性能高、生產效率高等特點。本文選擇采用高壓精密鍛造的工藝處理方式設計部件的模具［6～7］，如圖1所示為使用 NX UG10.0 繪制的零件圖，該部件為連接傳動部件，材料選用1Cr17Ni，組織要求均勻、致密，外觀光潔、無縮孔、氣孔。根據零件的結構特點，確定鍛件的分型面，如圖2所示。

圖1 零件圖

圖2 產品模型及分型面

3 模具結構設計

根據企業壓機的噸位，結合產品特性以及提高生產效率，本模具采用一模兩腔結構形式［8］，如圖3所示為零件的凸模，凸模是模具的核心部分，且形狀復雜，加工制造要求高，其精度直接影響鍛件的精度，圖4為凸模的三維造型。圖5為零件的凹模，圖6為凹模的三維造型，凸模與凹模材料均為Cr12V。

圖3 零件的凸模

圖4 凸模三維造型

圖5 零件的凹模

圖6 凹模三維造型

4 模具加工工藝

根據企業的生產條件，通過分析模具的結構特點，確定產品的毛坯以及加工設備，如表1所示為該模具加工的工藝路線方案［9～10］。

5 自動編程及刀路軌跡設計

根據表1模具的加工工藝方案，利用UG軟件的CAM模塊創建加工工序，創建加工坐標系MCS→指定部件和毛坯以及切削區域→創建刀具→制定工藝方案，創建加工工序，生成的加工刀路→生成刀路運動軌跡，進行動態模擬仿真，如圖7所示為凸凹模型腔粗加工刀路［11］。刀路軌跡只是刀位源文件，還不是直接用于數控機床加工的數控程序，需要調用專用后處理器如圖8所示，對刀路軌跡文件進行后置處理，自動轉換為符合設備加工要求的編程代碼如圖9所示。利用現有銑床、磨床、加工中心等設備對毛坯、型腔以及各處加工處理，加工出符合圖紙要求的模具，最后經熱處理提高模具強度［12］。經檢測及生產實踐證明，該模具的制造精度、物理性能等滿足要求，可在船舶運行時正常工作。

表1 模具加工工藝方案

圖7 模具凸凹模粗加工刀路

圖8 凸模型腔粗加工后處理

圖9 凸模型腔粗加工程序代碼

6 結語

本文結合產品的尺寸、形狀、成形工藝等特點及實際使用環境，利用NX UG10.0軟件對該零件進行了模具設計及CAM編程加工工藝路線，該套模具采用的一模兩腔的結構經前期的設計、加工、調試后，現已經成功投入使用，生產率提高85%以上，具備了加工精度高、力學性能好等優點。