畢業(yè)論文（設計）：汽車覆蓋件模具的加工

1、畢 業(yè) 論 文論文題目：汽車覆蓋件模具的加工汽車覆蓋件模具的加工摘 要本文綜述了汽車覆蓋件模具的加工工藝過程。介紹了覆蓋件模具的加工特點，以及加工過程中加工工藝的選擇；通過分析一個拉延件模具的加工全過程，加深了對刀具的選擇、以及在加工過程中遇到問題和解決問題的意識。討論了加工過程中加工方法的選擇，通過對上述的總結得到了以下一些經(jīng)驗：1加工方法要選擇合理；2刀具要選擇正確；3加工時一定要采用大刀開粗、小刀清根、大刀光刀、小刀光刀的加工原則；4操作機床過程中不能大意，遇到問題了更不能緊張、急噪，要清醒、冷靜的去對待問題、解決問題。關鍵詞：覆蓋件；模具加工；加工方法；加工工藝；刀具選擇目錄第一章 汽

2、車覆蓋件及其模具的概述汽車覆蓋件的定義和分類1覆蓋件的特點及其模具的加工要求1覆蓋件模具數(shù)控加工特點2第二章 汽車覆蓋件模具的加工工藝第一節(jié) 刀具及加工參數(shù)的選擇原則3第二節(jié) 汽車覆蓋件模具的加工工藝3粗加工 4半精加工和精加工5清根加工5后處理 6對加工程序的驗證 66. 數(shù)控加工NC代碼的生成 6第三章 加工實例第一節(jié) 模具 UGCAD 建模7第二節(jié) 模具數(shù)控加工與編程 91坐標系的確定 92刀具選擇 93粗加工 94做底面加工的基準面 95底面加工 106正面結構面加工107清根加工11第三節(jié) 加工過程中出現(xiàn)的主要問題及解決方法11加工過程中出現(xiàn)的問題 11改善刀具的加工角度的兩種方法

3、11致謝 13參考文獻 14第一章 汽車覆蓋件及其模具的概述一汽車覆蓋件的定義和分類汽車覆蓋件是指構成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動機和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部零件。覆蓋件組裝后構成了車身或駕駛室的全部外部和內(nèi)部形狀，它既是外觀裝飾性的零件，又是封閉薄殼狀的受力零件。覆蓋件的制造是汽車車身制造的關鍵環(huán)節(jié)。按工藝特征分類如下： 1.對稱于一個平面的覆蓋件。諸如發(fā)動機罩、前圍板、后圍板、散熱器罩和水箱罩等。2.不對稱的覆蓋件。如車門的內(nèi)、外板，翼子板，側圍板等。3.可以成雙沖壓的覆蓋件。所謂成雙沖壓既指左右件組成一個便于成型的封閉件。 4.具有凸緣平面的覆蓋件。如車門內(nèi)板，其凸緣面可直接

4、選作壓料面。5.壓彎成型的覆蓋件。 二、覆蓋件的特點及其模具的加工要求和特點(一) 覆蓋件的特點覆蓋件具有材料薄、形狀復雜、結構尺寸大和表面質量要求高等特點。(二) 覆蓋件模具的加工要求材料薄、形狀復雜、結構尺寸大和表面質量要求高特點決定了覆蓋件模具加工的特殊要求。 1.尺寸形狀 覆蓋件的形狀多為空間立體曲面，其形狀很難在零件圖上完整準確地表達出來，因此覆蓋件的尺寸形狀常常借助主模型來描述。2.剛性覆蓋件拉延成型時，由于其塑性變形的不均勻，會使某些部位剛性變差。剛性差的覆蓋件受到振動時會產(chǎn)生噪聲，汽車在高速行駛時就會發(fā)生振動，造成覆蓋件損壞。3.工藝性覆蓋件的結構形狀和尺寸決定該件的工藝性。一

5、個汽車覆蓋件一般需要經(jīng)過拉延、切邊、沖孔、整形翻邊等工序才能完成沖壓成型，其中關鍵工藝是拉延工藝。拉延工序以后的工藝，僅僅是確定工序次數(shù)和安排工序順序的問題。好的工藝性可以減少工序次數(shù)，進行必要的工序合并。前道工序為后續(xù)工序創(chuàng)造必要的條件，后道工序要注意和前道工序銜接好4.表面質量 覆蓋件表面不允許有波紋、皺折、凹痕、擦傷、邊緣拉痕和其他破壞表面美感的缺陷。覆蓋件上的裝飾棱線和筋條要求清晰、平滑、左右對稱和過渡均勻，覆蓋件之間的棱線銜接應吻合流暢，不允許參差不齊。三覆蓋件模具的數(shù)控加工特點一個汽車覆蓋件一般需要經(jīng)過拉延、切邊、沖孔、整形翻邊等工序才能完成沖壓成型，因此覆蓋件模具也大致分為拉延模

6、、切邊沖孔模、整形翻邊模。而每套模具又由不同的部分組成。具體如下：1.拉延模：凸模、凹模、壓邊圈、退料芯等。2.切邊沖孔模：凸模、切邊模、推進器等。3.整形翻邊模：凹模、凸模等。因此，不同類型的模具其加工方式是不同的。同類型的模具也會因為其型面不同而采用不同的加工方式。覆蓋件模具一般采用的加工方式有粗加工、精加工、輪廓加工、以及清根加工等。第二章 汽車覆蓋件模具的加工工藝第一節(jié) 汽車覆蓋件模具加工中的刀具選擇一. 刀具及加工參數(shù)的選擇原則刀具的選擇主要反映在模具的曲面、異形型腔加工方面。(一) 選擇合理的刀具種類：對于一些淬火后產(chǎn)生變形的修邊模刃口，我們采用的方法是淬火前留下0.3mm的余量，

7、淬火后采用大螺旋角六刃的超硬刀具加工，如日立的CEPR6200-TH-20-HHE及SANDVIK的R215.3A-10030-BC22H-1010，切削參數(shù)為：刀具直徑為20mm、轉速為1600rmin、進給速度為600mmmin、加工材料為7CrSi和Crl2MoV等、硬度在HRC55以上，取得了良好的效果。對于那些型面淬火后變形的模具，我們采用帶有立方氮化硼涂層材料CBN的硬質合金刀片來加工，實際加工效果也很理想，其線速度可達500mmin以上。機夾刀的合金刀片要根據(jù)不同的加工材料來選用，錯用將縮短刀片壽命。使用球頭刀精加工時，在能滿足曲面形狀幾何要求的前提下優(yōu)先使用大直徑刀。刀具使用當

8、否直接關系到模具制造的成本、質量及效率。隨著新型刀具的不斷推出以及模具材料的不斷變化，切削參數(shù)也在不斷變化，另外。由于不同機床的結構不同，切削參數(shù)也不同。在汽車覆蓋件模具加工過程中，3+2（五面體）的加工方式是刀具及機床發(fā)揮其功能的極佳方式。天津汽車模具有限公司使用較多的是日本BIG廠家的仿形銑刀，進口刀價格雖高但耐用，綜合性價比高。粗加工多用可轉位硬質合金球頭刀、端銑刀和盤刀，精加工用單片硬質合金球頭刀仿形刀和螺旋角刀，清根用清根刀。(二) 選擇合理的轉速：人們通常更關心數(shù)控機床的轉速，而往往忽略了刀具的額定線速度。實際上，每種刀具都有其適宜的加工范圍，其線速度是一定的。以最常用的硬質合金球

9、頭刀為例，根據(jù)經(jīng)驗總結:直徑為20mm的球頭刀的線速度為200300mmin時，其適宜的機床轉速在50007000rmin之間，而這個線速度已接近該刀具的最高線速度了，因此，刀具的選擇應當在轉速和線速度之間找出最佳值，使刀具壽命和加工效率達到最理想的狀態(tài)。第二節(jié) 汽車覆蓋件模具的加工工藝汽車覆蓋件模具數(shù)控加工一般的粗框架工藝路線是粗加工-清根-半精加工-清根-精加工-清根. 一粗加工 (一) 粗加工的目的，是以較快的速度去除材料余量，使殘留的毛坯接近零件形狀。(二) 粗加工的對象一般有兩種情況：一種是方料毛坯，即從平面開始加工；另一種是鑄鋼件、鋼板焊接件等帶有一定零件形狀的坯料，這是汽車車身模

10、具中使用較多的。(三) 粗加工中需要注意的問題(1) 鑄造、鋼焊毛坯的粗加工，由于不是從平面開始，初始毛坯不易確定，如果簡單地用分層加工的方法會有許多空跑刀，大大降低了效率。這時要仔細分析加工量，可先用投影線在型腔的典型部位分別拉幾刀，測得實際加工量以后再酌情確定加工工藝。UG軟件的粗加工可以對零件的不同范圍分別設置不同的毛坯厚度及參數(shù)，自動計算加工層數(shù)，程序一次完成。 (2) 粗加工中出現(xiàn)的材料過切問題。1.不同的機床控制系統(tǒng)引起的過切問題機床的控制系統(tǒng)與NC程序不統(tǒng)一會引起過切問題。不同的機床控制系統(tǒng)，如日本的FANUC系統(tǒng)和日本的大隈系統(tǒng)，在G00運行時的方式有所不同，編程時應采取不同的

11、解決方案，如圖2-1所示： 圖2-1 FANUC數(shù)控系統(tǒng)在G00指令代碼時的運動路線從圖中可以看出，從A點到B點程序的算法是運行點到點的直線，而機床控制系統(tǒng)走折線，當C點存在零件域時，看程序沒有問題但實際加工卻產(chǎn)生了過切。這種情況CAM軟件自帶的刀軌驗證無法察覺，只有NC程序經(jīng)過仿真驗證軟件的檢查，在模擬加工中正確設置機床參數(shù)才能發(fā)現(xiàn)。解決方法：可適當加大層間抬刀的垂直參數(shù)（G00時避開折線點），例如將層間抬刀至安全平面，缺點是降低了效率。徹底的解決辦法是用Rapid取代G00編程。 2.切削方式引起的過切問題由于普通銑床的絲杠結構精度差，操作時一般多用逆銑方式，而數(shù)控機床的滾珠結構絲杠精度極

12、高，順銑不會崩刀，更不會出現(xiàn)過切，所以CAM軟件里切削方式默認值一般都為順銑。所以粗加工在絕大多數(shù)情況下應選擇順銑的切削方式。數(shù)控程序的原則是盡量保持連續(xù)切削，刀具頻繁出入切削材料容易被損壞，同時增加了機床操作難度。對方料毛坯進行粗加工多采用分層切削的方法，每層環(huán)形走刀或平行走刀，層間螺旋下刀。切削層間下刀的角度取值一般小于15°，深度取刀直徑的1225為宜，每層的步距根據(jù)模具材料不同一般不大于刀具直徑的30。我們的干法是："少拉快跑，活好刀好"，即取較小的切削量、較快的進給速度，保證了工件的加工質量和效益，保護了刀具。對于復雜的型腔，可以采用大、小幾把刀具分別開

13、粗，把上一道工序加工完的幾何體作為下一道工序的毛坯來使用，以提高加工效率和連續(xù)進刀率。汽車覆蓋件模具的材料一般選用鉻鉬鑄鐵，毛坯采用實型鑄造，加工余量比較大，通常有15-25mm。在整型翻邊模中的鑲塊，其材料通常采用Cr12MnV。這些零件很難一次加工成型，必須進行粗加工,一般采用層切的方式進行粗加工，層切切削方式有很多。二半精加工、精加工 半精加工一般用于零件幾何公差要求比較高時，為了給精加工留下較小的加工余量的切削，可根據(jù)零件公差要求及加工材料特點靈活使用。精加工是對型腔最后的切削運動，直接關系到加工質量的高低，不同的刀路程序會對零件加工出截然不同的精度效果，CAM軟件提供了多種方式可選。

14、一般在較為陡峭的面多選等高線加工方式，而其他曲面使用Contour_Area即可。值得一提的是在曲面加工刀路中的3D步距，可以克服在不同斜率的面上加工殘留不均勻的問題，UG、Cimatron等軟件都有此功能。缺點是刀軌較長，不適合在太復雜的曲面加工使用。圖2-2是UG的3D步距刀軌示意圖。 圖2-2 步距刀軌示意圖精加工時對精度的取值也要看具體情況，不要一味地追求精度而忽視了加工效率。據(jù)發(fā)達國家日、美的資料顯示，其汽車覆蓋件模具的設計制造周期主要取決于模具的研制時間，而他們的數(shù)控加工和拋光所需的時間占整個模具研制時間的60以上。 這也從一個方面提示了研究、做好數(shù)控加工在模具研制中的重要意義。三

15、清根加工 清根是常用的加工工序，主要是把前面的加工中由于刀具直徑大的原因而沒有切除掉的余量加工掉。有兩種情況必須注意使用清根：一是在大刀后換小刀以前，為了給小刀加工一個好的環(huán)境，避免小刀在型腔拐角處的切削量過大而進給不能保持恒定速度，此時要先清根（小刀用等高線加工可除外）；再就是用于精加工前后，也是為了速度及加工出符合要求的圓角。清根常采用球頭刀，針對單獨的小R也可用端銑刀小步距層切（此非清根工藝），要看曲面的情況而定。 四后處理 后處理就是把CAM軟件生成的刀具軌跡文件轉換成數(shù)控機床能夠識別執(zhí)行的G代碼NC程序，針對不同的數(shù)控操作系統(tǒng)NC程序的格式各有不同，這是數(shù)控編程的最后環(huán)節(jié)。UG的后處

16、理器可以直接對內(nèi)部刀軌進行后處理。UG的PostBuilder可供用戶自定義后處理格式，以解決各種編程中的問題。 五對加工程序的驗證 在制造業(yè)的軟件解決方案中，三維仿真模擬加工、驗證、分析是一個重要環(huán)節(jié)，模擬分析的好處就是可以在計算機上像了解真實加工一樣觀察產(chǎn)品制造的過程，用計算機來分析還沒有制造出來的產(chǎn)品零件的質量，并發(fā)現(xiàn)設計、制造等諸問題。驗證分析可以針對產(chǎn)品、模具設計，可針對數(shù)控加工程序。NC程序常用的仿真驗證軟件是CGTech公司的Vericut，用它可以進行NC程序的三維驗證分析，仿真CNC機床，還可對程序進行優(yōu)化，可從NC刀具路徑創(chuàng)建CAD兼容模型，并與CAD設計模型相比較，等等。

17、通過對G代碼和CAM輸出數(shù)據(jù)的模擬加工，可以檢測出刀軌路徑的錯誤以及導致零件、夾具和刀具損壞或機床碰撞等問題。如果加工程序的驗證既由編程人員同時也由機床操作人員來做，經(jīng)過兩個層面的工作，一般能較有效地防止錯誤的發(fā)生。六數(shù)控加工NC代碼的生成因為數(shù)控機床中的控制系統(tǒng)只能識別數(shù)控指令，如G代碼、M代碼等。零件加工的刀具軌跡文件產(chǎn)生以后，其計算結果是不能直接在數(shù)控機床上使用的，為了得到能夠驅動數(shù)控機床工作的NC指令必須將刀位文件轉換成特定的數(shù)控指令，即進行后處理。UG/CAM提供了兩種后置處理方法，分別是圖形后處理模塊和UGPOST后置處理方法。UGPOST后置處理可以直接利用操作導航工具中的操作生

18、成NC文件。我們將生成的刀軌通過由UGPOST完成的所用數(shù)控機床后置處理進行轉換，生成所用機床控制器能夠接受的NC程序，通過計算機RS232串行口和機床專用數(shù)據(jù)接口連接，NC程序被傳輸至機床。第三章 加工實例要制造一套汽車覆蓋件模具，必須對零件及加工過程進行計算機輔助設計。本例中用UG來進行計算機輔助設計。根據(jù)設計要求：首先，建立出零件模型；其次，建立扳金件的模具模型；再次，是模具零件的數(shù)控加工。加工要求：生產(chǎn)出的模具加工出來的零件應當與左側板（圖3-1）左下部分和右側板（圖3-2）右下部分相吻合，保證間隙最大不超過0.5mm。模具大小有1000mm×600mm。要想達到加工要求既要

19、參考模具圖，又要參考左側板和右側板的UG模型。經(jīng)過初步分析該零件加工過程至少需要拉延、切邊沖孔、整形翻邊等三套主要模具，根據(jù)模具特點認為采用UG/CAD和UG/CAM作為設計工具，日本OKUMA的加工中心（加工范圍X4000mm、Y2000mm、Z900mm，刀庫容量60把，BT50刀柄，控制系統(tǒng)東芝888）作為主要加工機床。圖3-1 左側板 圖3-2 右側板 第一節(jié) 模具 UGCAD 建模一個汽車覆蓋件一般需要經(jīng)過拉延、切邊、沖孔、整形翻邊等工序才能完成沖壓成型，覆蓋件模具也大致分為拉延模、切邊沖孔模、整形翻邊模。經(jīng)過建模，具體如下：1.拉延模：凸模（圖3-3）、壓邊圈（圖3-4）、凹模（圖

20、3-5）、退料芯等；2.切邊沖孔模：切邊模（圖3-8）推進器（圖3-6）凸模（圖3-9）等；3.整形翻邊模：凹模（圖3-10）凸模（圖3-11）等。 圖3-3 凸模 圖3-4 壓邊圈圖3-5 凹模 圖3-6推進器 圖3-7 切邊沖孔模產(chǎn)生的零件模型 圖3-8 切邊模圖3-9凸模 圖3-10 凹模圖3-11 大凸模第二節(jié) 模具數(shù)控加工編程一坐標系的確定UG的坐標系包括絕對坐標系、工作坐標系和加工坐標系。它非常符合汽車覆蓋件模具的制造需要，汽車覆蓋件模具的建模采用絕對坐標系，當我們設計工藝的時候采用工作坐標系，數(shù)控加工編程時采用加工坐標系。我們要求工作坐標系和加工坐標系一致。坐標系一致，有利于模具

21、加工時的定位和找正。由于UGCAM刀具軸的默認方向為Z軸，所以當我們加工同一套模具的凸模和凹模時，其加工坐標系原點一樣，只是Z軸相差180度。當建立加工坐標系的時候，只要將WCS旋轉，然后根據(jù)工作坐標系建立加工坐標系即可。二刀具選擇數(shù)控龍門加工中心床所用的刀具主要有：牛鼻刀，插銑刀，球頭刀，光刀，螺旋角刀等。由于模具粗加工去除的材料是比較多的，加工時間也比較長，所以我們采用可換刀片的牛鼻刀進行加工，刀具直徑在2035之間。球頭刀主要用于型面和清根加工。型面加工一般用1625的刀具，清根加工根據(jù)R的大小可用416的刀具。三粗加工汽車覆蓋件模具的材料一般選用鉻鉬鑄鐵，毛坯采用實型鑄造，加工余量比較

22、大，通常有15-25mm。在整型翻邊模中往往裝有鑲塊，其材料通常采用工具鋼，如：CrWMn。這些零件很難一次加工成型，必須進行粗加工。一般采用層銑的方式進行粗加工，UG提供了很多層銑切削方式如：凹槽銑削，行切，等高外形，平行截線等。例如拉延模凹模（圖5）的粗加工可以采用CAVITY_MILL。特別強調(diào)，由于零件毛坯很大，大小有1000mm×600mm左右，為了減小不必要的走刀路徑，選擇的毛坯要進行特別的處理，確定毛坯的實際形狀和尺寸，然后建立毛坯的UG模型，使兩者相差不大。四做底面加工的基準面(一) 檢測毛坯高度基準線，在模具行業(yè)中叫做百線（模具上百線以下100mm的面作為基準面）按

23、照要求調(diào)整基準線高度一致（不能大于5道）。大型模板為底面加工作基準時就考慮正面加工余量，找正試切余量，可重設定中心，以避免反向加工完成后，正面各位置尺寸無法按底面基準坐標加工出來。(二) 銑基準面：力求做到基準面等高，若無法一致。應取整數(shù)差加工，（標準墊板作為補差）常用的標準墊板有300塊，100塊和各種規(guī)格和墊塊。五底面加工(一) 按鑄件中心基準線找正并定中心，使工件裝夾并用壓板鎖緊。(二) 底面粗銑：用250盤刀去除大部分余量，筋條部分用63的盤刀加工。(三) 快速定位鍵槽加工，首先用在D26鍵銑粗銑留單邊余量50道。然后用16鍵銑粗加工，換二號刀驗棒檢測，槽寬公差控制在+0.01+0.0

24、3mm.。(四) 壓板槽加工，沒有鑄出壓板槽采用32鍵銑刀開槽，用40光刀光壓板槽。(五) 壓板面加工：用63插銑加工。(六) 松開工件壓力點螺母，檢查支撐點受力情況，作調(diào)整，用125超輕快盤刀精加工底面，切深在30道以內(nèi)，要求平面度在5道以內(nèi)。在底面加工時應當注意：一是支撐物必須均衡受力；二是若一次精加工達不到其精度，應用量表測出表面高度，反向切深前次切深高度加5道進行加工。六正面結構面加工(一) 工件的裝夾：按底面定位鍵槽定中心，用快速定位鍵定并裝夾工件。(二) 安裝面的粗加工：選用125刀開粗，切深5-7mm（不能大于10mm），留1050道的余量待精加工。(三) 結構面精加工：用63插

25、銑精加工安裝面。有擋墻處可按擋墻尺寸脹10道加工底面。同一高度面加工時不能隨意抬升主軸加工。(四) 鍵槽加工：先用D26鍵銑粗銑留單邊余量50道。然后用D16鍵銑粗加工，驗棒檢測，槽寬公差控制在+0.01+0.03mm.。(五) 做基準孔：按D10，深20mm加工。加工完成后其坐標必須鋼號打出。這個基準孔只是加工過程中的過渡孔，待模具組合件精加工完成重做D16的基準孔。(六) 點窩：鑲塊安裝點窩。(七) 導板面的加工。63采用層切粗加工，然后用63插銑精加工，允許虧3道以內(nèi)。(八) 型面加工：型面粗加工，應用型面試切程序測試加工余量做到型面余量均勻且無較大缺陷。清根量較大時采用抬刀多次加工。半

26、精和精加工前清根所用刀具半徑必須小于半精和精加工所用刀具半徑。輪廓用40光刀粗精加工，精加工時也可用螺旋角刀。七清根加工清根是常用的加工工序，主要是把前面的加工中由于刀具直徑大的原因而沒有切除掉的余量加工掉。有兩種情況必須注意使用清根：一是在大刀后換小刀以前，為了給小刀加工一個好的環(huán)境，避免小刀在型腔拐角處的切削量過大而進給不能保持恒定速度，此時要先清根（小刀用等高線加工可除外）；再就是用于精加工前后，也是為了速度及加工出符合要求的圓角。清根常采用球頭刀，針對單獨的小R也可用端銑刀小步距層切。清根加工是我們做模具加工時經(jīng)常用到的一種加工方法，UG的清根加工操作非常方便，計算速度很快。UG提供的

27、加工方式有：單步輪廓銑削,多步輪廓銑削等,在加工時可以根據(jù)實際情況選擇加工方式。第三節(jié) 加工過程中出現(xiàn)的主要問題及解決方法一加工過程中出現(xiàn)的問題在汽車模具數(shù)控加工過程中，由于覆蓋件模具的特殊性和復雜性以及3軸數(shù)控機床無法根據(jù)零件表面曲率的變化調(diào)整加工角度，使得刀具在不同的加工角度下，切削的線速度始終在變化，無法達到理想的狀態(tài)。當垂直角度加工時，球頭刀的切削點線速度為零，且在刀尖點附近切削線速度也很低，影響模具的表面質量；另外，在加工深型腔的模具時，則需要加長刀具來進行切削。以天津汽車模具有限公司的實際加工為例，加工此拉延模具的過程中出現(xiàn)的主要問題有：1.切削后的型面的表面粗糙度不均勻；2.側面加工時產(chǎn)生了讓刀現(xiàn)象，導致側面間隙變小；3.刀具在頻繁的線速度變化中提前磨損；4.由于刀具的加長使其切