周紅霞 ZHOU Hong-xia 羅永洪 LUO Yong-hong 陳平 CHEN Ping 羅永華 LUO Yong-hua 王磊明 WANG Lei-ming

摘要：文中通過(guò)對(duì)某一款玩具汽車的方向盤產(chǎn)品運(yùn)用UG軟件中的CAD模塊設(shè)計(jì)構(gòu)建產(chǎn)品數(shù)字模型，利用CAE功能分析其產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性，然后再用注塑模設(shè)計(jì)模塊和CAM模塊完成其模具型腔和型芯分型設(shè)計(jì)和自動(dòng)編程加工制造，全過(guò)程實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化和無(wú)紙化。為了驗(yàn)證其加工程序可靠性和安全性，文中結(jié)合VERICUT虛擬仿真加工技術(shù)，完成對(duì)其NC程序進(jìn)行優(yōu)化、過(guò)切，機(jī)床碰撞、超程等錯(cuò)誤檢查，相比于傳統(tǒng)加工方案，該方案耗時(shí)減少了35%、準(zhǔn)確性提高了12%以上。

Abstract： This article uses the CAD module design in the UG software to construct a product digital model for a toy car steering wheel product， employs the CAE function to analyze the feasibility of its product design， and then applies the injection mold design module and the CAM module to complete the mold cavity and the core parting design and automatic programming processing and manufacturing， the whole process is parametric and paperless. In order to verify the reliability and safety of its processing program， this paper utilizes the VERICUT virtual simulation processing technology to complete its NC program optimization， over-cutting， machine tool collision， overtravel and other error checks. Compared with traditional processing programs， time consuming of this program is reduced by 35% and accuracy is improved by more than 12%.

關(guān)鍵詞：注塑模;UG;數(shù)控機(jī)床;參數(shù)化;仿真加工;無(wú)紙化;vericut;數(shù)控加工自動(dòng)編程

Key words： cloud manufacturing;CNC machine tools;granularity model;PLC;redundant information;automatic control;embedded system;linux

中圖分類號(hào)：U463.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0096-02

0? 引言

模具是當(dāng)今機(jī)械制造行業(yè)生產(chǎn)中使用最為廣泛的工藝裝備，是重要的工業(yè)生產(chǎn)手段及工藝發(fā)展方向。傳統(tǒng)的模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和加工制造工藝存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、加工工藝復(fù)雜、制造加工精度低等系統(tǒng)集成度低的問(wèn)題。為了提高模具的信息化程度在計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及背景下，在模具制造行業(yè)中，尤其是注塑模具中已經(jīng)普遍采用CAD/CAE/CAM 技術(shù)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。這種“無(wú)紙化”設(shè)計(jì)方式既貫徹了整體化、系統(tǒng)化、智能化的設(shè)計(jì)理念。又貫徹了精確性、快速性、有效性的加工規(guī)范，極大提高注塑模的設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品加工質(zhì)量。因此，開展基于方向盤注塑模在UG中的研究具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。

1? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝分析及三維造型設(shè)計(jì)

玩具汽車方向盤的制造材料為ABS樹脂，該材料具有良好的綜合性能，抗沖擊性強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定，導(dǎo)電性良好。塑料ABS無(wú)毒、無(wú)味，外觀呈象牙色半透明，或透明顆粒或粉狀。密度為1.05～1.18g/㎝3，收縮率為0.4～0.9%，彈性模量值為2GPa，泊松比值為0.394，吸濕性<1%，熔融溫度217～237℃，熱分解溫度>250℃。適于制作一般機(jī)械零件，減磨耐磨零件，兒童玩具等。方向盤結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主要由圓盤、三條筋、圓臺(tái)，由于筋是不規(guī)則曲面，造型設(shè)計(jì)較難，需要功能強(qiáng)大的CAD/CAE/CAM軟件才能完成其無(wú)紙化產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，UG NX 軟件是其CAD/CAE/CAM技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，具有強(qiáng)大的三維造型功能、模具設(shè)計(jì)功能、加工編程功能等，強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力可以高效快速把方向盤三維造型設(shè)計(jì)完成，其結(jié)構(gòu)受力情況，并使用CAE功能進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)模擬分析，其受力符合設(shè)計(jì)玩具要求，其設(shè)計(jì)效果如圖1所示。

2? 分模方案的合理設(shè)計(jì)

根據(jù)方向盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇UG注塑模向?qū)K功能，其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須符合數(shù)控加工制造方便高效的原則。一般模具毛坯設(shè)置的是否合理對(duì)模具加工效率有著很大關(guān)系，為了后續(xù)的數(shù)控加工方便快捷，其模具分模方式采用一腔一模。運(yùn)用UG軟件分模功能，分出型腔和型芯模具產(chǎn)品，其效果如圖2、圖3所示。

3? 加工制造與虛擬仿真

模具加工的工作母機(jī)是金屬切削數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床按種類可分為數(shù)控車、數(shù)控銑床、加工中心等，其工作核心是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)中編程代碼是數(shù)控加工編程的關(guān)鍵。因此編寫高效正確的NC代碼對(duì)加工制造非常重要，為確保加工制造中程序的正確與否，可以使用UG CAM編程功能模塊和VERICUT虛擬加工技術(shù)相結(jié)合，其主要過(guò)程如下：

3.1 數(shù)控加工工藝分析與UG編程? 方向盤結(jié)構(gòu)主要由不規(guī)則的曲面組成，人工計(jì)算編寫數(shù)控程序較難，可以使用UG? CAM功能進(jìn)行數(shù)控加工自動(dòng)編程。其編程思路，粗加工采用型腔銑，半精加工采用等高輪廓銑，精加工采用固定軸銑、清根加工等加工方法。具體編程流程先進(jìn)入加工環(huán)境初始化界面，設(shè)置編程原點(diǎn)即工作坐標(biāo)系為毛坯最高表面的中心點(diǎn)處，設(shè)置加工坐標(biāo)系和工作坐標(biāo)系位置重合，設(shè)置加工安全平面，選擇合理的加工刀具、根據(jù)加工產(chǎn)品的加工階段創(chuàng)建不同加工工序，輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，然后生成刀軌路徑，可自動(dòng)生成NC數(shù)控加工程序代碼，最后進(jìn)行實(shí)體加工刀軌驗(yàn)證和過(guò)切檢查，其部分加工階段切削參數(shù)設(shè)置和實(shí)體仿真驗(yàn)證結(jié)果如圖4、圖5所示。

3.2 VERICUE構(gòu)建數(shù)控機(jī)床和導(dǎo)入U(xiǎn)G后處理NC代碼? VERICUT虛擬仿真數(shù)控機(jī)床設(shè)備的特點(diǎn)，可根據(jù)加工機(jī)器及數(shù)控系統(tǒng)搭建相應(yīng)的虛擬數(shù)控設(shè)備，設(shè)置模具毛坯尺寸，設(shè)置數(shù)控加工編程原點(diǎn)，其程序原點(diǎn)對(duì)加工制造至關(guān)重要，如設(shè)置錯(cuò)誤容易造成加工模具零件報(bào)廢及產(chǎn)生重大機(jī)床刀具碰撞事故，損壞數(shù)控機(jī)床設(shè)備，產(chǎn)生不可挽回經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)VERICUT虛擬技術(shù)可預(yù)知NC代碼加工的正確性，其過(guò)程是依次導(dǎo)入相應(yīng)的粗、精加工NC代碼到VERICUT軟件中。NC代碼程序的修改驗(yàn)證工作可在UG軟件中設(shè)置相關(guān)加工參數(shù)進(jìn)行管理和更正。為了提高加工效率，編程人員可以把粗精加工程序代碼按先后順序放到同一個(gè)程序中，然后根據(jù)程序程序中的不同刀具代碼，并在VERICUT中設(shè)置相對(duì)應(yīng)的刀具大小及刀號(hào)，進(jìn)行一次性的仿真所有加工過(guò)程，等確定驗(yàn)證無(wú)誤后，再把NC代碼程序輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工制造。

3.3 VERICUE虛擬仿真與優(yōu)化? 仿真虛擬技術(shù)可對(duì)方向盤模具進(jìn)行全過(guò)程加工仿真，檢查其有無(wú)無(wú)碰撞、過(guò)切現(xiàn)象，并利用其自帶程序優(yōu)化功能，檢查其在圓弧過(guò)渡加工及曲面加工時(shí)自動(dòng)選擇合理的切削用量，從而保證其加工精度和加工效率，減少?gòu)U品率。

4? 無(wú)紙化數(shù)控編程和虛擬仿真加工技術(shù)結(jié)合分析

“無(wú)紙化”設(shè)計(jì)理念是現(xiàn)代機(jī)械加工制造中一種重要的手段，尤其是模具加工制造應(yīng)用較廣泛。使用這種方式進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和數(shù)控編程，可以快速進(jìn)行相關(guān)產(chǎn)品模型以及數(shù)控程序的編寫與修改。為了減少數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中產(chǎn)生碰撞、過(guò)切的現(xiàn)象，提高數(shù)控加工的正確性，結(jié)合使用VERICUT仿真虛擬技術(shù)模擬數(shù)控加工過(guò)程，具有以下優(yōu)勢(shì)。

4.1 安全性高? 一般數(shù)控加工設(shè)備比較貴重，因此產(chǎn)品加工安全對(duì)于數(shù)控設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要。為確保加工安全，在進(jìn)行真實(shí)加工前可使用VERICUT軟件進(jìn)行虛擬仿真數(shù)控加工，通過(guò)仿真后可檢測(cè)加工程序是否正確，為進(jìn)行真實(shí)加工提供安全依據(jù)。

4.2 加工效率高? UG編程加工制造功能模塊內(nèi)容豐富，編程人員在使用UG軟件進(jìn)行加工編程時(shí)刀路選擇方法較多，結(jié)合虛擬仿真技術(shù)程序員可快速選擇最快最好最安全的加工刀路，為真實(shí)加工節(jié)約加工制造時(shí)間及減少刀具磨損，對(duì)于批量生產(chǎn)可產(chǎn)生較高的生產(chǎn)效率。

4.3 程序優(yōu)化功能強(qiáng)? VERICUT具有NC程序優(yōu)化功能，可彌補(bǔ)前期編程人員在使用UG軟件編寫各組NC代碼的不合理性，減少程序過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致加工時(shí)間長(zhǎng)效率低等現(xiàn)象。使用優(yōu)化功能相比傳統(tǒng)的編程加工方式加工方向盤模具可減少加工時(shí)間到達(dá)35%左右，加工正確性也提高了12%以上。

5? 總結(jié)

玩具方向盤注塑模產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用“無(wú)紙化”設(shè)計(jì)方式可以快速完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、注塑模分模設(shè)計(jì)、加工制造等功能模塊設(shè)計(jì)與修改，減少相關(guān)設(shè)計(jì)和編程人員的工作量，提高了設(shè)計(jì)的合理性和正確性，在數(shù)控加工制造過(guò)程中結(jié)合VERICUT仿真虛擬技術(shù)，可以減少加工容易產(chǎn)生的碰撞、過(guò)切等，優(yōu)化加工程序，減少程序量，從而提高加工安全性、正確性、從而獲取良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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