遥控器后盖模具的三维设计与加工

2013-06-01易重喜陈柳侃

机电工程技术 2013年4期

李硕，易重喜，陈柳侃

（1.华中科技大学武昌分校机电与自动化学院，湖北武汉 430064）；2.东风汽车有限公司东风商用车公司，湖北武汉 430056）

0 绪论

目前，CAD/CAM技术的发展非常迅速，特别是一些三维设计软件如Pro/E、UG、MasterCAM等都具备了从设计到加工模拟的一系列功能，这使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，设计、工艺规划及编程的整个过程可以全部在计算机上完成。本文所研究的主要内容是CAD/CAM技术在模具造型及加工上的应用以及具体在数控铣床上的实际操作与加工。用UG 软件的CAD 模块对遥控器后盖塑件的三维模型进行结构分析，用UG 的CAM 模块编写模具的型芯和型腔的数控加工程序，在计算机上进行模拟加工仿真，修改调整后，再把NC代码输入到加工中心以工程塑料为原料加工出型芯和型腔的实物。

1 遥控器后盖的三维模型

遥控器后盖的效果图如图1 所示，它的造型特点主要是结构复杂，不仅有小孔、小凹槽、小圆台和加强筋，还有流线曲面的设计。遥控器塑料外壳后盖由内外两个轮廓构成：外轮廓表面由光滑的曲面和平面组成，还有用于通风的小孔和小槽，非常精致、小巧，而且手感很好，侧面有两个阶梯面，可用于遥控器前后盖配合定位，并且需要打入自攻螺丝来固定前后盖。内轮廓也由曲面和平面构成，只是多了用于定位和固定的自攻螺丝孔，中间的四个自攻螺丝孔是用于固定芯片的，前后和周围的自攻螺丝孔是用于前后盖固定的。

图1 遥控器后盖三维模型

2 遥控器后盖的型腔和型芯的数控加工

2.1 型腔加工

通过对遥控器后盖的结构特点分析，利用UG 软件的“注塑模具设计”模块设计出其型腔和型芯的结构[1-2]。遥控器后盖塑料模具结构比较复杂，带复杂的曲面。分析型腔的三维模型，可以看到型腔里面有一些带曲面的小凸台加工还是有点难度的，还有两个点浇口不适合用数控加工，需要用电火花加工，具体结构如图2 所示。

表1 型腔加工工艺方案表

2.1.1 型腔加工工艺分析

模具型腔的材料为预硬型塑料模具钢3Cr2Mo（P20）。其切削加工性能及抛光性能均优于45钢，在相同的抛光条件下，表面粗糙度值比45钢低1～3 级。毛坯为130 mm×280 mm×52 mm，六面平整。

加工原点设置在毛坯上表面的正中间，如下所示：

X轴：毛坯模型的中心；

Y轴：毛坯模型的中心；

Z轴：毛坯模型的上表面。

确定哪些地方需要电极加工，然后拆电极。型腔中的6 个带曲面的小凸台需要几次粗加工。精加工用的刀具较小，所以主轴转速比较大，该模具放在高速机上加工比较适合。

2.1.2 型腔加工方案

加工程序是用UG 软件编写的，在进行了刀具、进给速度等参数设置后，完成型腔加工工艺方案表，如表1所示。

2.2 型芯加工

遥控器后盖塑料模具结构比较复杂，带复杂的曲面。分析型芯的三维模型，可以看到型芯上有一些很窄的小凹槽，即塑件的加强筋，加工还是有一定的难度，具体结构如图3所示。

图2 型腔结构

图3 型芯结构

2.2.1 型芯加工工艺分析

模具型芯的材料也为预硬型塑料模具钢3Cr2Mo（P20）。其切削加工性能及抛光性能均优于45钢，在相同的抛光条件下，表面粗糙度值比45 钢低1～3 级。毛坯为130 mm×280 mm×52 mm，六面平整。

加工原点设置在毛坯上表面的正中间，同型腔的设置。

2.2.2 型芯加工方案

用同样的操作步骤得到型芯加工工艺方案表，如表2所示。

表2 型芯加工工艺方案表

3 型腔和型芯的仿真和实物加工

3.1 模拟加工

UG 软件的CAM 模块提供了加工环境设置，包括CAM 会话设置和CAM 设置两个部分，分别可以设置加工的模板（如型腔铣加工设置等）和加工方法（如平面铣加工等），设置完成后，单击初始化，就完成了加工环境的定制。UG软件不仅能够模拟产片的整个加工过程，给出加工的刀具轨迹，还能够输出NC代码以供实际加工。如图4和图5分别为型腔和型芯在UG软件进行仿真加工后的效果图[3-4]。

图4 型腔的仿真效果

图5 型芯的仿真效果

3.2 实物加工

图6 加工出的型腔实物

UG 软件虽然能够直接输出NC 代码到数控机床，但在程序运行的时候往往会出现这样那样的问题，特别是有很多小曲面的零件。因此，各个参数要在UG软件中反复的进行修改，再进行后处理生成NC 代码，生成的NC 代码有时候还要修改，再通过电脑传到加工中心中，最后用工程塑料代替钢把型芯和型腔加工出来[5]。

实际加工中，考虑到加工效率的问题和机床的运作成本，在用ϕ 6 的球刀精加工时，本来设置的球刀残余高度为0.01 mm，后来把残余高度改成了0.1 mm，因此，加工出的实物表面不够光滑。加工出的型腔实物如图6 所示，型芯的实物如图7所示。

4 结论

本文实例是一个典型的CAD/CAM技术的应用和体现，利用UG软件强大的三维建模和数控加工功能，在软件中进行了加工工艺参数设置和后处理，并完成模拟加工生成NC代码。这种设计方法结合了先进的计算机辅助设计与制造的理念，充分体现了产品设计和制造的一体化概念，并且验证了CAD/CAM软件进行设计和加工的可行性和精确度。