哪裡交汽車覆蓋件模具編程

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C. powermill 汽車模具編程怎麼樣

PowerMILL在汽車模具層切加工中的應用

張林浩
東風模具沖壓技術有限公司模具分公司（湖北武漢430056）
摘自 - 《模具製造3月刊》

【摘要】基於公司的生產實際，結合CAM軟體在我公司應用的特點，論述了PowerMILL軟體在編程加工方面的優勢，並將其成功地應用到汽車模具的層切加工中。同時，通過藉助 PowerMILL進行數控編程，引進了高效的可轉位刀具。提高了大型數控銑床加工效率，縮短模具生產周期，降低製造成本。
關鍵詞：PowerMILL；汽車模具；層切加工；可轉位刀具

1 引言

我公司是以生產汽車覆蓋件模具為主的模具公司，隨著公司的市場開拓，乘用車外覆蓋件模具已成 為我公司生產重點。通過與國外先進的外覆蓋件模具生產廠家對比發現，我們在主體作業效率和模具的 製造成本方面還有一定差距。因此，這兩方面是我們今後努力的方向。

模具製造成本的大致組成為：切削加工65%、模 具材料20%、熱處理5%和裝配調整10%[1]。由此可知切削加工占成本的絕大多數，這部分加工效率的提高，不僅使總體成本下降，還可以縮短交貨期，快速回收資金。

層切加工（即等高加工）是眾多CAM軟體普遍採用的一種粗加工方式，對於汽車模具而言，由於其有 自由曲面形狀，採用層切法可以保持恆定的切削載荷，避免載荷突變損壞刀具[2]。基於此，我公司適時引進高速加工的理念，針對生產實際中機床的現狀而制訂一種高效率粗加工策略。其主要方法是通過採用小切深、高進給、低轉速（3,000轉/min以下）在輕型數控機床上達到高速切削的效果。

通過應用層切加工可以使切削效率提高、切削力降低。同時大部分的切削熱被鐵屑帶走，減少了工件 的熱變形、提高刀具的耐用度、機床振動小，工作平穩，有利於使工件獲得高的加工精度。

2 CAM軟體在我公司模具層切加工的特點

2.1 UG層切的特點

一直以來，我公司一直將UG軟體作為主流的編 程軟體。隨著在生產實際中的廣泛應用，發現UG在 粗加工層切加工中存在安全問題，嚴重影響了實物質量，制約著模具的生產製造周期。

隨著汽車業的發展，對汽車外形的要求越來越高， 這樣就使得產品數模數據量增加。模具加工數據的容 量也相應地增加，致使加工數據越來越大。例如在 Z499項目中，僅門外板的修邊模數據就達到670M。大 的數據量增加UG計算時間，同時也增加了程序的不穩 定性，在用UG進行層切程序的編制時，刀具路經會產 生陡然下降，造成刀具瞬間吃刀量增大，會產生刀具的損壞，嚴重地會對機床產生影響。基於以上，考慮到直徑63mm層切刀與直徑30mm球刀的構造上的特點， 編程員的臨時對策是在UG中的層切程序採用30mm 球刀層切，以此來增加程序的安全性。

但是即便是30mm球刀層切，風險雖然降低，但仍然存在。問題一旦發生，不僅損壞昂貴的球刀刀 片，同時也造成上千元的刀桿報廢。

2.2 PowerMILL編程的特點

作為編程人員，刀具路徑安全無碰撞是我們追求 的首要目標。經過多方的考察對比，決定選用 PowerMILL作為我公司型面粗加工的主要軟體。 Delcam的PowerMILL系統是一款獨立的CAM軟 件，其顯著的特點是具有完善的碰撞和過切檢查功能。應用PowerMILL編程，能夠全程自動防過切，編程 員可非常方便地為刀具加上刀柄、刀桿，並迅速、自動 地進行刀柄、刀桿干涉檢查，提示最小安全刀桿長度， 保證加工安全性[3]。螺旋式刀具路徑的應用可以最大 限度的減少刀具的空程移動，從而減少加工時間。

PowerMILL高速加工具有其獨有的加工策略，運用於常規的加工中也能夠最大限度地優化刀具軌跡、 提高加工效率，體現出極大的效益。刀路的圓弧連接 切入切出方式，賽車道、擺線、螺旋等高加工，能光順 刀具軌跡、減少拐點，使切削過程中進給速度更加均 勻、刀具負荷更加恆定，提高切削效率同時降低刀具 磨損。

下面就PowerMLL中"最小刀長技術"和"刀具路 徑的光順處理技術"做詳細論述。

（1）最小刀長技術的應用。

"最小刀長技術"應用的前提是必須建立刀具庫， PowerMILL有非常友好的用戶界面，通過將刀具、刀柄 等的夾持等參數輸入，可以在程序計算過程中就可進 行對應刀具長度的檢測，使編程員在考慮刀具長度時 更趨合理。

刀具長度是加工中非常關鍵的參數，如果在編程 階段不考慮刀長，在加工深腔陡壁的時候，操作者會 因為沒有刀長的參考指示，而會盲目的選擇刀具。這 種情況下，如果操作者選擇的刀具過長，就會影響加 工效率，反之，就會發生刀套與工件碰撞的惡劣事 件。因此，最小刀長的選取至關重要。通過在 PowerMILL程序的碰撞檢查功能，會提示編程員所需 要的最小刀長，如圖1所示，這樣編程員將這一信息通 過數控程序單傳遞給操作者，從而使操作者選擇加工 刀具參數的時候有據可依，加工更合理。

（2）刀具路徑的光順處理。

賽車道加工方式是PowerMILL在數控化編程中又一顯著的功能。由於可使刀具路徑實現圓弧化連 接——在進退刀時採用圓弧切入切出，在刀具路徑中 使用圓角光順處理。這樣就使得刀具受力均勻過度避免像直線進退刀那樣，切削力突然增大，影響刀具和機床的使用壽命。同時，平滑的刀具路徑增加了機床運動的平衡性。避免了由於刀具的突然換向，對工件和機床帶來的沖擊。為機床創造了良好的切削條件，使工件的加工質量提供了保證。

圖1 經過PowerMILL碰撞檢查過的信息提示

我公司在2011年7月份加工的Z860項目中的一 套模具是由日產方面完成的數控程序編程，通過現場 觀摩加工實況，並調取其刀具路徑查看，不難發現其顯著特點就是在粗加工程序中採用圓弧進退刀的方式，如圖2所示。圖3為PowerMILL中編制的圓弧過渡的刀具路徑。

圖2 日產編制的粗加工程序刀具軌跡

圖3 PowerMILL中圓弧過渡的刀具路徑

圓弧進退刀的刀具路徑在模具型面加工中，即鋼 模加工中尤為重要。由於編程策略的不同，在型面加 工中，通常會因為加工區域的特點而採用不同的走刀方式。這就是通常所說的"分區"。此時，不同區域的刀具路徑的搭接顯得尤為重要。如果不加處理，只是機械的讓兩個相鄰區域刀具路徑重疊，在生產現場會 由於刀具直接在工件表面下刀加工，而產生駐刀痕， 影響模具表面的加工質量，增加鉗工修整的工作量。

這一點在外板件模具的型面加工中是盡量避免出現的，因為會影響製件的表面質量。為此，在UG中通過 做工藝補充面，即通常所說的"接刀"，人為將兩個加 工區域件做出相切的圓弧片體，這樣就會使得編程員 的工作量大大增加，如果要是編制側圍或者是門外板等模具，會嚴重影響編程作業效率，更有甚者，工藝補 充面的製作會用去一天的時間。

PowerMILL具有在刀具路徑中實現圓弧連接的功 能，僅僅通過設置連接功能的參數，無需做工藝補充 面即可便可得到"接刀"的效果。使編程員從繁重的 工藝補充面的製作中解脫出來，使編程效率提升，同 時也改善了加工質量。圖4為PowerMILL中圓弧切入 切出的刀具路徑（該加工刀路是在我公司H79項目令 號為D11-RCMN-010左右豎板的修邊翻邊模中編程 實現的）。圖5為生產現場應用PowerMILL進行層切 加工。

圖4 圓弧切入切出局部刀具路徑

圖5 生產現場應用PowerMILL進行層切加工

2.3 UG與PowerMILL在層切加工效率的對比

在相同的加工參數設定下，UG的編程策略同樣 存在加工效率的問題。以下為我公司D09-JMC-033/ 037右側圍外板後部加工時間對比。圖6為UG加工刀具路徑，圖7為PowerMILL加工路徑。

圖6 UG加工刀具路徑

圖7 PowerMILL加工路徑

高質量的刀具路徑應避免空進給軌跡的產生，盡量減少抬刀、進退刀的次數[4]。由於基於PowerMILL 的安全無過切技術，所以編程人員可以放心地應用 "短連接"功能，減少抬刀和空行程，刀具路徑圓弧平 滑連接，延長刀具的使用壽命，同時提高加工質量。
圖8為相同加工參數設置下加工時間對比。

3 應用直徑63mm可轉位層切刀加工的必要性

乘用車外覆蓋件外形平坦。相應地其凸模的外 形具有起伏小，型面平坦，圓角大的特點，非常適合用 大直徑的層切刀具加工。對於門外板、頂蓋類的模具 凹模也同樣適用於大直徑的層切刀具加工。通過應 用大直徑可轉位刀具可以顯著地提高工作效率。降 低製造成本。

3.1 可轉位刀具的優越性

可轉位刀具是一種將硬質合金或其他超硬材料 壓製成形的刀片機械夾固在刀桿或刀體上，等其一面 刀刃用鈍後可通過刀片轉位重新獲得新刀刃的刀具。 應用可轉位刀具，可以有以下優勢[5]：

（1）減少換刀時間，刀片用鈍或損壞後僅需轉換 一下刃口或更換一個刀片，即可投入生產，而不是像 整體式刀具那樣需要操作者更換新刀具並重新對刀。這樣就減少生產輔助時間，提高生產效率。

（2）降低了對刀具庫存的要求，減少刀具數量。
由於刀片是標准件，可以分類放入盒中便於管理。

（3）可轉位刀具由於刀片並不是焊接在刀體上， 這樣就避免了焊接應力對刀片的影響，使得刀片保持 了原有的切削性能，刀具幾何參數一致，斷屑穩定。 可以有條件地提高切削速度和增大走刀量，以提高生 產效率。

另外，相對於整體合金刀具而言，其刀具成本上 也具有一定的優勢。

3.2 可轉位刀具在我公司應用對比

汽車外覆蓋件模具拉延模的凸模，通常沿周為 陡峭側壁我公司現有的30mm球刀刀長有限，層切加工完後，需要用50mm平底刀做輪廓加工，增加了 換刀輔助時間。

63mm層切刀刀桿長度150~300mm，足以滿足我公司現生產凸模的層切，並且可以同時把輪廓的層切粗加工完成，減少通常輪廓粗加工刀具的損耗，整個粗加工過程不換刀，減少輔助時間，提高工作效 率。表1為兩者示意圖對比。

不同的刀片形狀有不同的刀尖強度，一般刀尖 角越大，刀尖強度越大，反之亦然。圓刀片（R 型）刀 尖角最大，在機床剛性、功率允許的條件下，大餘量、 粗加工應選用刀尖角較大的刀片。層切刀片採用最 佳圓弧形刀尖角，主切削刃短、切削力小，主軸轉速 要求低，加工效率高。因此可適用我公司的多數機床使用。

例如：我公司的加工流程開粗加工一般在濟南二 機機床上加工，由於該機床最高轉速可達到6,000轉/ min，30mm球刀和63mm層切刀的兩種開粗程序均 可在其加工。在N800 項目拉伸模的層切應用中， 30mm球刀層切程序在FP4000設備上切削速度慢， 聲音大，並且有顫振現象。經程序在PowerMILL中更改為用63mm層切刀進行層切加工後，走刀順暢，平 緩，切削均勻，且沒有雜訊。

4 經濟效益分析

綜上所述，以往由於UG 安全問題考慮，採用30mm球刀層切，引入PowerMILL軟體後，可放心的應用63mm可轉位層切刀，提高生產效率，使製造成本大大降低。

我公司層切加工用刀具的具體參數如表2所示。

以09-JMC-024_028凸模數控加工工時為例：

僅凸模可節省刀具成本：27.1 小時/8 小時×251 元-8小時/16小時×130元=785.26元。

節約數控工時費用：（37.1-18）小時×200元/小時 =3,820元。由此，此套模具可節約加工成本：785.26+ 3820=4605.26元。

目前，PowerMILL在我公司已經用於拉伸模具型 面的層切粗加工編程。按照我公司的模具年生產當 量，如果在全工序型面粗加工中推廣應用，其經濟效益可想而知。

5 結束語

大直徑可轉位層切刀具在模具型面粗加工中具有顯著的優勢。在降低製造成本的同時，提高了生產 效率。通過應用PowerMILL編制的數控程序，其在模 具製造中的作用會得到更有效的發揮。

自引入PowerMILL軟體進行層切加工以來，先後在我公司Z812，北汽福田PU201,江鈴N800 車身， D310雙排，東風日產P32L，日產D118項目，東風本田 2EE項目，神龍T88等項目的模具數控編程中應用，取 得非常好的經濟效果。在縮短模具生產周期的同時 也降低了模具的製造成本。現在，隨著PowerMILL在 我公司模具加工中越來越廣泛地應用，其為公司創造 的效益將會越來越顯著。

參考文獻

[1] 章宗城. 提高模具加工精度和效率[J]. 現代製造，2010， （46）:42~43.
[2] 王衛兵. 高速加工數控編程技術[M]. 北京：機械工業出版 社，2008.
[3] 翟萬略. 全程無過切的智能高速CAM軟體-談高速加工軟 件PowerMILL[J]. 製造技術與機床，2004（, 2）
[4] 朱克憶. PowerMILL多軸數控加工編程實用教程[M]. 北 京：機械工業出版社，2010.
[5] 王惠忠. 推廣可轉位刀具促進企業技術進步[J]. 齊廠科技， 1992（. 2）

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