汽车冲压件较多采用专用检测夹具(简称检具) 作为检测手段, 检测要素主要为工件的外形(如轮 廓、曲面形状等) 以及特征部位(如孔、凸缘等) 的位 置精度,用于控制工序间的产品质量。检具检测具 有迅速、准确、直观、方便等优点,尤其适合大批量生 产的要求[1 ] 。 检具体是检具的重要构成部分[2 ] 。检具体上的 工作型面是用于体现被测冲压件的基本型面,反映 被测冲压件的几何外形、轮廓修边、孔位及翻边质 量。为便于加工及修改,同时又减轻检具本身的重 量,通常选择可加工环氧树脂作为检具体的材料,而 检具体的制造一般采用数控加工。 2 检具体模型工艺分析 2. 1 检具体模型 在零件数控编程加工中,零件模型可能不是UG 模型,而是Pro/ E、CATIA、Solidworks 模型等,因此需 要进行模型转换。转换时可将非UG模型先转换为 IGES 或STEP 格式,再导入UG实现数控编程。 一小型汽车冲压件检具体三维模型如图1 所 示。模型尺寸: 宽×深×高= 236mm ×230mm × 224mm。检具体的工作型面主要为曲面特征,有凹 槽(最深处约40mm) ,也有凸台(高约13mm) ,最小凹 圆角半径约8mm ,最大加工深度224mm;检具体1/ 3 高处有U 型空间曲面直角小台阶,检具体底座为直 壁型。 图1 汽车冲压零件检具体模型 2. 2 检具体零件加工工艺 加工毛坯选用接近零件外形的可加工环氧树脂 坯料(检具体数控加工前,已将该坯料四面铣出作为 定位基准) ,用虎钳装夹。加工顺序安排通常按以下 原则进行: (1) 工序集中原则,一次装夹加工完成; (2) 将加工对象分成不同的加工区域,分别采用 不同的加工工艺和加工方式进行加工,以提高加工 效率和加工质量; (3) 有精度要求的表面加工,加工工序应由粗加 工、半精加工到精加工分序逐步进行,加工余量由大 到小。在精加工时将水平面、平缓表面、陡峭表面进 行划分并分别编制加工程序; (4) 应采取先粗后精、先大后小、先整体再局部 最后到细节的方式进行加工顺序的安排; (5) 尽可能采用同一把刀具加工,减少换刀次数。 54 工具技术 根据以上原则,检具体检测冲压件型面部分精 度要求高,安排粗加工—(半) 精加工—精加工;检具 体底座精度要求不高,安排粗、精加工。使用UG加 工编程,一般采用型腔铣进行粗加工,等高轮廓铣进 行半精加工、精加工(对于陡峭表面) ,固定轴区域铣 进行精加工(对于非陡峭表面) ,并采用固定轴清根 加工完成零件的清根。对于需要安排二次粗加工以 去除余量不均的情况,可采用参考刀具、3D IPW(加 工过程中间) 或基于层的IPW。本文所涉及的检具 体零件不需要安排二次粗加工。 3 检具体的数控编程 为了确定刀具轨迹各点的坐标,以及生成安全 的刀轨,编程时首先要设置加工坐标系和安全高 度[3 ] 。加工坐标系的Z 轴非常重要,一般默认为刀 轴矢量方向。采用UG NX 510 定义加工坐标系时, 可同时定义安全平面。安全平面的定义非常重要, 若UGNX 510 开始没有定义安全平面,则无法生成 刀轨。UG加工可以事先定义加工程序组、刀具组、 加工几何体组以及加工方法组,也可以在加工操作 设定时定义[4 ] 。图2 为UG数控加工编程流程图。 图2 UG数控加工编程流程图 检具体数控加工工艺流程为: (1) 检具体型腔铣粗加工 选择型腔铣模板,依次设置零件几何、毛坯几 何、刀具、切削方式、步距、切削参数、非切削运动、进 给和切削速度(也可在加工时由操作人员给出,下 同) ,设置机床控制。 由于粗加工需要铣去大量毛坯余量,为了提高 加工效率,应尽量选用直径较大的立铣刀,因此选择 直径为50mm 的平底高速钢立铣刀。鉴于检具体底 部直壁, 定义两个切削范围: 上部范围切削深度 115mm ,下部范围切削深度215mm; 加工公差为 011mm ,零件底面与侧面余量为112mm。选择主轴 转速为1500rpm ,进给量为1000mm/ min , 跟随周边 方式切削,步进按刀具直径的35 %进刀。粗加工后 检具体如图3 所示。 (2) 检具体下部底座直壁精加工 检具体底座直壁精加工可选用FINISH - WALLS (精铣侧壁) 平面铣子类型。通过边界指定零件几何, 定义底平面。采用直径50mm 的平底立铣刀,加工余 量为0mm,主轴转速2000rpm,进给量1500mm/ min。 图4 为检具体下部底座直壁精加工后模型。 图3 检具体型腔铣粗加工后模型 图4 检具体下部底座直壁精加工后模型 (3) 检具体U 型空间曲面直角小台阶曲线驱动 固定轴加工 检具体U 型空间曲面直角小台阶是检具体的 重要检测特征,加工时构造曲线驱动体,采用固定轴 加工。刀具为直径10mm 的平底立铣刀, 余量为 0mm ,主轴转速3000rpm ,进给量1500mm/ min。图5 为空间曲面直角小台阶加工后模型。 (4) 检具体上部型面等高轮廓铣(半) 精加工 选用等高轮廓铣(或轮廓的型腔铣) ,加工检具 体上部型面时可采用切削层高度来控制加工区域。 刀具选用直径D20mm、R018mm 的带圆角平底立铣 刀,余量为0mm ,主轴转速3000rpm ,进给量1500mm/ min。图6 为检具体上部型面等高轮廓铣(半) 精加 工后模型。对于检具体上部型面的陡峭部分为精加 工,非陡峭部分还有残留,需要进一步加工。 2010 年第44 卷№1 55 图5 U型直角小台阶加工后模型 图6 上部型面( 半) 精加工后模型 (5) 检具体上部非陡峭型面固定轴区域精加工 针对前步加工操作残留的检具体上部型面非陡 峭部分选用固定轴区域铣。限定切削区域,选陡峭 角为65°, 选用直径为10mm 的球头铣刀, 余量为 0mm ,主轴转速4000rpm ,进给量2000mm/ min。图7 为检具体上部非陡峭型面加工后模型。 (6) 最小凹圆角半径约8mm 处曲线驱动固定轴 加工 定义曲线驱动体,采用固定轴加工。采用直径 为10mm 的球头铣刀, 余量为0mm , 主轴转速 4000rpm ,进给量1500mm/ min。图8 为最小凹圆角 半径约8mm 处加工后模型。 图7 上部非陡峭型面精加工后模型 经过仿真加工验证的刀轨,通过UG后处理输 出给数控机床实现检具体的加工。 4 结语 在汽车冲压件检具体几何特征和加工工艺分析 图8 最小凹圆角半径约8mm处加工后模型 的基础上,采用UGNX5. 0 软件对检具体进行数控加 工编程,说明利用先进CAD/ CAM 软件可以方便地 实现复杂型面的数控加工编程,保证零件加工质量, 缩短加工周期;为获得高效的零件加工程序,零件几 何分析、加工工艺分析是基础,加工方式、加工参数 设置、刀具选用等是关键。
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