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摘要 摘要 在汽车轮毂模具加工行业，为了提高汽车轮毂模具的设计制造水平，给企业 创造更大的经济效益，国内外汽车轮毂模具加工企业逐渐采用了先进的c a d c a m 技术。 本文就湖南江南机器厂在使用m a s t e r c a m 软件对汽车轮毂模具下模进行数控 加工自动编程时出现的问题，对c a d c a m 技术在汽车轮毂模具加工中的应用进行 了深入的研究。论文分析了m a s t e r c a m 软件的c a d c a m 功能，制定了汽车轮毂模具 加工工艺，提出了汽车轮毂模具零件三种不同建模方法，并对汽车轮毂模具零件 加工自动编程相关问题提出了合理的建议；通过对模型、编程方法和刀具分析， 解决了该厂在使用m a s t e r c a m 软件对汽车轮毂模具下模进行数控加工自动编程时 出现的问题；并总结出汽车轮毂模具加工中c a d c a m 技术应用中的一些规律性的 方法，如：曲面加工刀具选择、刀具参数选择等，对解决c a d c a m 技术在汽车轮毂 模具加工中的应用问题，有较全面的指导意义；最后用汽车轮毂模具的下模零件 为例，全面的展示了c a d c a m 技术在汽车轮毂模具加工中应用的全过程。 关键词：c a d c a m ，汽车轮毂模具，三维造型，数控程序 a b s t r a c t i no r d e rt oi m p r o v et h el e v e lo fd e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r i n ga u t o m o b i l ew h e e l h u bm o d e la n dc r e a t em o r ee c o n o m i cb e n e f i t ，t h et e c h n i q u eo fc a d c a mi sa d o p t e d b ym a n yd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a le n t e r p r i s e s a st h e r ei sp r o b l e mt h a tm o d e lc o m p a n yo fj i a n g n a nm a c h i n ef a c t o r ya d o p t s n u m e r i c a lp r o c e s s i n go fw h e e lh u bm o d e lu s i n gt h es o f t w a r eo fm a s t e r c a m ，t h i st h e s i s d e e p l ys t u d i e st h et e c h n i q u eo fc a d c a ma d o p t i n gi nm a n u f a c t u r i n ga u t o m o b i l e w h e e lh u bm o d e l t h i st h e s i sa n a l y z e st h ec a d c a mf u n c t i o no fm a s t e r c a m ，d r a w s u pt h em a n u f a c t u r i n gd r a f t ，p u t sf o r w a r dt h r e ek i n d sm o d e l i n gm e t h o d ；a n dg i v e s s o m ea d v i c ea b o u ta u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m i n g ；b ya n a l y z i n gt h em o d e l ，p r o g r a m m e t h o d ，c u t t i n gt o o l ，s e t t l e st h ep r o b l e mo fc a d c a ma d o p t i n gi nm a n u f a c t u r i n g a u t o m o b i l ew h e e lh u bm o d e l ；s u m su ps o m ed i s c i p l i n a r ym e t h o d ；l a s t ，i tt h r o u g ha n e x a m p l ec o m p l e t e l yl a y so u tt h et e c h n i q u eo fc a d c a ma d o p t i n gi nm a n u f a c t u r i n g a u t o m o b i l ew h e e lh u bm o d e l k e yw o r d s ：c a d c a m ，c a rw h e e lh u bm o d e l ，t h r e e d i m e n s i o nd e s i g n ， n u m e r i c a lp r o g r a m i l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子 版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、 缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检 索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有 关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在 不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部 内容用于学术活动。 学位敝储繇磅乏眵 怖多年彳月多自 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权 指 、声，j 孙 月 整多 者 e 懈 年 论 刃 雠 妒 当 ， 隧 鹭垆 么月 彩多 签 年 p i ， f 。 教 澎 托 黝 如 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 繇萄芝易 砂易年占目l 占日 第1 章引言 1 1 课题来源及背景 第1 章引言 目前，我国的企业在进行零件设计、模具设计和新产品开发当中大多用 p r o e 、u g 、s o l i d w o r k s 、c a x a 、c a t i a 等软件；在数控加工自动编程中常用u g 、 m a s t e r c a m 、c i m a t r o n 、p o w e rm i l l 等软件；出工程图则多用a u t o c a d 、c a ( a 、 s o l i d w o r k s 软件。 湖南省湘潭市江南机器厂是一家国有军工企业，主要生产军品；为了适应市 场需要，他们几年前就开始承接模具加工项目。在模具设计和加工编程中，他们 使用s o l i d w o r k s 、p r o e 软件进行零件建模、模具设计和开发；使用m a s t e r c a m 软件进行数控加工自动编程；使用a u t o c a o 、s o l i d w o r k s 软件出工程图。 但用m a s t e r c a m 软件进行数控加工自动编程，还主要用在二维加工上，三维 曲面加工的应用还在摸索当中。 该厂用m a s t e r c a m 软件对汽车轮毅模具下模进行数控加工自动编程时，出现 了局部过切，清角困难，有的地方出现了加工不到的点，如图1 _ l 所示，使得钳 工的修模时间大大加长，打磨、抛光更是费时，且表面 4 l 糙度和精度受到一定的 影响。 l 实体加 图【1 刀路仿真和实件加 r 模拟图的“欠切” 中的问题 眩厂在解决汽车轮毂模具加【冲出现的问题的同时，为了提高企业c a d c 删 麻用水平给企业创造更大的经济效益，总结出汽车轮毂模具加工中的一些规律 十牛的方法，在汽车轮毂模具加工中开展了使用c a d c a m 技术的建模和编程的应用 研究。 第1 章引言 1 2 文献综述 汽车轮毂模具生产的一般传统的加工工艺过程大致是：1 ) 用机械加工的方法 加工出模具的大致形状；2 ) 手工砂轮打磨：3 ) 用模板测量规定截面；4 ) 手工布轮 抛光。在加工过程中，第二、三道工序反复交替进行，直到用模板测量时透光达 到图纸要求。这样加工出的汽车轮毂模具精度很低，工人劳动环境和条件极差， 限制了生产效率的提高，而且难以满足汽车轮毂模具型面的精度要求。随着工业 产品不断向多样化和高性能化方向发展，市场要求模具制造业在短时间内为新产 品的开发和投产提供高精度模具。模具制造业为了适应用户的这一要求，充分利 用计算机技术、自动控制技术、高速切削技术等各种新技术，使现代汽车轮毂模 具加工技术从过去劳动密集型和采用一般的车、铣、刨、磨机床加工，进入到以 数控加工和模具计算机辅助制造为主的新阶段，使零件的制造质量、精度得以提 高，并大幅缩短了制造时间，降低了生产成本。 在汽车轮毂模具加工行业，掌握数控技术与否及加工过程中数控化效率的高 低已经成为企业是否具有竞争力的象征，而数控加工技术应用的关键在于计算机 辅助设计与制造( c a d c a m ) 系统的质量。一 按照传统的c a d c a m 系统和c n c 系统的工作方式，c a m 系统以直接或间接( 通 过中性文件) 的方式从c a d 系统获取产品的几何数据模型。c a m 系统以三维几何 模型中的点、线、面、或实体为驱动对象，生成加工刀具轨迹，并以刀具定位文 件的形式经后置处理，以n c 代码的形式提供给c n c 机床，然后n c 代码驱动数控 机床进行数控加工。而现代的c a d c a m 的不仅包括建模和加工编程，还包括c a p p 、 加工仿真等更多内容，如图1 2 所示。 图1 2 现代c a d c a m 系统 2 第1 章引言 汽车轮毂模具制造的质量和周期影响着汽车产品的更新换代。为了提高这方 面的能力，国内外汽车轮毂模具生产厂家，逐渐采用先进的c a d c a m 技术。我 国在汽车轮毂模具的设计制造方面的c a d c a m 技术应用能力与国外先进水平相 比还相差很远，主要体现在汽车轮毂模具三维曲面建模和加工编程上，它取决于 c a d c a m 软件的档次及应用水平、刀具的档次、设备的档次、员工的素质等等， 这一系问题严重的制约着我国汽车轮毂模具的加工生产水平。国外许多厂家汽车 轮毂模具c a d c a m 技术已经很成熟了，而且一些外企都开始采用五轴加工技术和 高速加工技术，汽车轮毂模具的加工效率和加工精度得到了更大的提高f 4 7 】。 目前国内外汽车轮毂模具制造业当中使用的知名c a d c a m 软件有：u g 、 p r o e 、c a t i a 、m a s t e r c a m 等，而且这些软件的版本在不断的升级和完善，谁先 拥有和掌握这些软件的使用方法，谁就能在激烈的市场竞争中取得主动。因此， 开展对汽车轮毂模具加工中的c a d c a m 技术应用研究是很有必要的。 1 3 目的和意义 汽车轮毂模具是国民经济的基础装备，是实现压铸工艺的主要装备。由于汽 车轮毂模具利用c a d c a m 技术加工，具有生产效率高、制造成本低及产品的一致 性好等特点，因此被广泛应用于汽车轮毂模具制造业中。近些年来，随着全球制 造业市场的一体化，我国加入w t o 后，汽车轮毂模具制造业得到了长足的发展， 汽车轮毂个性化、特征化的需求使产品更新换代日益加快，汽车轮毂模具制业的 竞争日趋激烈，我国的汽车轮毂模具制造工业也面临着巨大的压力和挑战。汽车 轮毂模具生产技术水平的高低已成为衡量一个国家汽车制造业水平高低的重要 指标；在很大程度上决定着汽车产品的质量、效益和新产品的开发能力。 本课题研究的目的首先是为了解决江南机器厂汽车轮毂模具数控加工中存 在的问题，其次是提高本人的模具c a d c a m 技术应用能力，使本人在数控教学中 更加得心应手。大而言之，是为了解决一些目前汽车轮毂模具c a d c a m 技术应用 中存在的一些问题，发展我国的数控加工技术，提高我国模具设计制造技术和生 产能力，使我国真正成为一个制造强国。因此，对汽车轮毂模具的c a d c a m 技术 应用研究有一定的理论意义和实际应用价值。 第1 章引言 1 4 研究方法及论文结构安排 1 4 1 研究方法 调查目前江南机器厂汽车轮毂模具加工的实际情况，分析产生问题的原因； 借鉴国内外汽车轮毂模具加工经验，重新对汽车轮毂模具进行c a d c a m 几何造型 或模型分析，确定工艺步骤并选择合适的机床和刀具，利用c a d c a m 软件规划刀 路径和加工过程动态仿真，设置正确的后置处理文件，产生正确的n c 程序，并 传送到机床加工。从而解决c a d c a m 技术在汽车轮毂模具加工应用中出现的相关 问题。 1 4 2 论文结构安排 本文对c a d c a m 技术在汽车轮毂模具加工中的应用现状、目的、意义， m a s t e r c a m 软件功能，汽车轮毂模具零件加工工艺，加工编程中相关问题等进行 了详细的论述，并以汽车轮毂模具加工中关键零件下模为例全面展示了 c a d c a m 技术在汽车轮毂模具加工中的应用过程。具体章节安排如下： 第1 章引言 第2 章m a s t e r c a m 简介 第3 章汽车轮毂模具零件加工工艺 第4 章汽车轮毂模具零件加工建模 第5 章汽车轮毂模具零件加工编程相关问题 第6 章下模的加工及分析 第7 章结论和展望 4 第2 章m a s t e r c a m 简介 第2 章m a s t e r c a m 简介 2 1m a s t e r c a m 概述 m a s t e r c a m 软件是美国c n cs o f t w a r e 公司开发的c a d c a m 系统，包括美国 在内的许多国外工业国家常用的软件之一，并将其作为设计、加工制造的标准。 其丰富的三维曲面造型设计、数控加工编程等功能尤其适合航空航天、汽车、模 具等行业。它的数控加工编程功能轻便快捷，特别适合车间级和小型公司的生产 与发展，目前，在国内也得到了非常广泛的应用儿n 1 。 m a s t e r c a m 软件系统由设计模块、铣削编程模块、车削编程模块、线切割编 程模块、激光加工编程模块五个模块组成，如图2 1 所示。而其中的设计模块是 每个模块都包含的内容，也就是说各种加工模块可以在自己的模块中设计图形， 也可到设计模块中设计后再调入图形，这主要是从工程中的部门分工考虑的。 图2 1m a s t e r c a m 软件系统组成 5 第2 章m a s t e r c a m 简介 2 2 主要模块功能 2 2 1 设计模块 设计模块能用多种方法生成直线、圆弧、曲线和曲面等2 d 或3 d 图素。能快 速生成各种形状的n u r b s 曲面和p a r a m e t r i c 曲面。可用熔接曲面( b l e n d i n g ) 解决复杂零件设计中遇到的各种造型问题，如三个曲面间导圆角，多曲面间光滑 过渡等。具有灵活的曲面导圆角功能( f i l l e t ) 。可作等半径、变半径等多种形 式的圆角过渡。自动计算零件的分模线( p a r t i n gl i n e ) 。设计模具很方便。可 快速变换曲线、曲面等图素。如平移、镜像、旋转、等距等等。m a s t e r c a m 的曲 线、曲面编辑功能准确可靠，如打断、修剪、延伸等。确保设计的零件准确无误。 可在三维零件模型上标注尺寸及注释。可开设多种形式的视窗。在不同的视窗内 旋转实体、缩放实体，从不同的视窗观察图素。激活捕捉功能，用鼠标就能迅速、 自动捕捉到需要的点。可在工作平面上设置栅格大小，使用户能快速设计准确的 零件。分析功能可分析点坐标、两点间距、角度、曲线切矢、曲面法矢。也可分 析实体的所有属性。有多种图素选择方法。如窗选、任意多边形窗选、串接等， 特别方便。彩色渲染( s h a d i n g ) 真实逼真，可在着色后的零件模型上设计、修 改和加工零件。 2 2 2 铣削编程模块 1 型腔铣、轮廓铣和点位加工 m a s t e r c a m 能加工非常复杂的2 d 、2 5 d 零件，也能加工简单的2 d 、2 5 d 零 件。它提供了数控加工所需的所有工具，可迅速编制出优质可靠的数控程序。能 极大地提高了编程者的工作效率和数控机床的利用率。 型腔铣削的走刀方式很丰富，包括：z i g z a g 、o n ew a y 、t r u es p i r a l 、c o n s t a n t o v e r l a p 和m o r p hp o c k e t i n g 。加工型腔时的入刀方法很多。除了常用的入刀方 法外，还可以选择更为高级的入刀方法，如螺旋型或z 字型入刀。使刀具沿着螺 旋型或z 字型路径渐进地切入型腔，避免刀具受损或在型腔腹部留下切削痕迹。 型腔铣削还具有清角( c l e a rc o r n e r ) 和c o n s t a n to v e r l a p 等多种特性。利用 它们，可以清除刀具在刀路转角处残留的余量。利用m a s t e r c a m 的窗选或多边形 窗选方法，可以一次选择所要加工的所有钻孔位置、轮廓和型腔( 包括相互嵌套 的型腔) ，十分方便。对型腔的内壁或型腔内孤岛的侧壁，可以设置不同的拔模 斜度，然后按设置要求计算刀具路径。孤岛清面功能( i s l a n df a c i n g ) 可清除 型腔内各孤岛顶部多余的材料。在精铣型腔和轮廓时，入刀路径和退刀路径可分 6 第2 章m a s t e r c a m 简介 开设置。铣削轮廓时，在加工参数列表中可以同时设置多次粗加工走刀，多次精 加工走刀和多次z 向深度进给。 2 曲面加工 在曲面数控粗加工中，提高粗加工的速度和效率很重要。m a s t e r c a m 提供了 多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。例如，m a s t e r c a m 有以 下先进的粗加工走刀方法：z 向深度进给确定，刀具以轮廓或型腔铣削的走刀方 式粗加工多曲面零件。平行走刀或辐射走刀粗加工零件。在这种走刀方法中，通 过控制刀具的z 向运动( + z 或一z 方向) ，可以控制刀具切入或退出曲面凹坑时 的方式。即控制刀具沿着曲面陡壁切入退出，或直接切入退出。对于某些特别 的粗加工，可把2 d 刀具路径投影在多曲面的零件模型上，产生粗加工零件的3 d 刀具路径。 在曲面数控精加工中，m a s t e r c a m 提供了多种曲面精加工功能，可以从中选 择最好的方法，加工最复杂的零件。平行走刀粗加工( p a r a l l e lf i n i s h i n g ) 刀 具沿着相互平行的方向铣削零件，可产生精练的数控铣削程序，这种方法适用于 铣削表面形状凸起的零件。m a s t e r c a m 能用多种方法控制精铣后零件表面的光洁 度。其中，用弦差控制加工误差，刀路间距控制刀具路径密度的方法加工的零件， 其表面光洁度无论在平缓处还是在陡斜处，都是一致的。辐射走刀精力h - i - ( r a d i a l f i n i s h i n g ) 刀具由零件上任一点，沿着向四周散发的路径加工零件。这种走刀 方法适合于加工高度比宽度小的零件。投影加工( p r o j e c tf i n i s h i n g ) 把2 d 图形或刀具路径投影在零件几何模型上，产生零件3 d 精加工走刀路径。流线走 刀精加工( f l o w l i n ef i n i s h i n g ) 刀具沿曲面形状的自然走向产生刀具路径。用 这样的刀具路径加工出的零件更光滑。直纹面加工( r u l e dt o o l p a t h ) m a s t e r c a m 还提供多种加工直纹面的特别方法。 零件经粗加工后，表面仍残留有未除去的材料。若用手工修整，需要花很多 的时间和精力。m a s t e r c a m 能自动清除零件表面的剩余材料，使被加工零件的表 面更加光滑。m a s t e r c a m 能自动识别零件表面有待进一步加工的区域，自动选择 合适的刀具进行修正。m a s t e r c a m 的清根功能( p e n c i lt r a c i n g ) 使刀具沿多个 曲面的交线走刀，铣削曲面交接处很难切削到的区域。m a s t e r c a m 可根据用户设 置，只加工零件表面上斜率在规定范围内的区域。 提高曲面加工效率的其它方法有：用边界线和检查面限制曲面粗加工和精加 工的加工区域。只生成零件上待加工区域的数控程序，提高走刀效率。加工表面 有多个凹坑的零件时，可以选择两种不同的走刀顺序。逐个凹坑加工：加工完一 个凹坑后，再加工另一个凹坑，直到加工完所有的凹坑。同时加工：在给定的z 向深度，加工所有的凹坑，然后增加z 向深度，再加工所有的凹坑，直致z 向进 7 第2 章m a s t c r c a m 简介 给结束。通常，复杂曲面刀具路径的计算需花很长时间，m a s t e r c a m 的批处理功 能可帮助解决等待的烦恼。在设置好加工参数及加工条件后，批处理功能自动执 行计算命令，无需干预。为编程人员节省了大量宝贵时间。m a s t e r c a m 的刀路编 辑功能，可以同时用多条边界修剪刀具路径。 m a s t e r c a m 的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性，应用多轴 加工功能可方便、快速地编制高质量的多轴加工程序。m a s t e r c a m 的五轴铣削方 法如下： 五轴侧刃铣削( 圆柱棒刀或圆锥棒刀) 。多曲面五轴端铣加工。五轴铣削曲 面上的曲线。 五轴钻孔。沿曲面边界五轴走刀，常用于在内部真空的零件上开 窗。 提高加工过程中走刀速度的方法有：沿切向入刀或退刀。型腔铣削时，能使 铣刀在相邻两条走刀路径之间光滑过渡。可根据情况，自动在相邻两次走刀之间， 产生圆弧走刀，光滑过渡。用钻铣粗加工( p l u n g er o u g h i n g ) 能快速除去毛坯 上的大量余量。 3 仿真功能 m a s t e r c a m 可模拟切削零件的整个过程。模拟中不但能显示刀具和夹具，还 能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。通过走刀模拟，可以估算出 零件加工所需的时间。对于2 d 刀具路径，m a s t e r c a m 还提供了更准确、直观的 校验方便。 4 加工参数管理及优化工具 有时，刀具路径中会有多条极短的直线走刀指令( g 0 1 ) ，或有重复的直线 走刀指令。在保证编程精度的前提下，m a s t e r c a m 的程序优化器( f il t e r ) 会自 动把这些指令转化为一条直线指令或一条圆弧指令，大大减小了加工程序的长 度。m a s t e r c a m 能自动生成加工程序清单。清单的格式可根据用户要求修改。 刀具路径产生后，m a s t e r c a m 仍能分别定义刀具路径的进刀和退刀矢量 e n t r y e x i tv e c t o r ) ，控制刀具切入工件或退出切削。可以对刀具路径作各种 变换，如平移、旋转、镜像等。也可以对刀具路径作复制、剪切、粘贴、合并等 操作。m a s t e r c a m 可根据刀具库和材料库中的数据，自动计算进给速度和主轴 转速。用户也可以根据需要，修改刀具库和材料库中的数据。使用系统中的刀具 平面( t p l a n e ) 、刀具原点( t o o lo r i g i n ) 功能，可在不同的方向、不同的位 置设置工件坐标系，特别适合带有转动工作台的加工中心编程。可以用一个旋 转轴替代x 轴或y 轴，把刀具路径绕在圆柱面上，加工圆柱面上的沟槽。 5 后处理功能 m a s t e r c a m 随系统带有几百种标准后置文件。用户可以从后置文件库中选择 第2 章m a s t e r c a m 简介 需要的后置文件，也可根据具体的机床结构编写专用后置文件。 6 文件管理及数据交换 m a s t e r c a m 软件提供了管理文件所需要的常用工具，如文件的存取、删除、 更名、多个文件链接等。用户不必退出m a s t e r c a m 系统，就能有效地管理各类文 件。m a s t e r c a m 的数据交换功能安全可靠。它不仅能够利用众多的文件格式与其 它c a d c a m 系统交换数据，而且交换的文件类型非常广泛。简单的如整数、实数， 复杂的如有界曲面( b o u n ds u r f a c e ) 、实体( s o l i d ) 等。m a s t e r c a m 内置的文 件转换器有：i g e s 、a c i s 、d x f 、c a d l 、v d a 、s t l 和a s ci i 文本，也提供d w g 文 件转换。 7 具路径的相关性 m a s t e r c a m 系统中，型腔铣削、轮廓铣削和点位加工的刀具路径与被加工零 件的模型是相关一致的。当零件几何模型或加工参数修改后，m a s t e r c a m 能迅速 准确地自动更新相应的刀具路径，无需重新设计和计算刀具路径。利用上述功能， 用户可把常用的加工方法及加工参数存储于数据库中。实际加工之前，从库中选 取相似的加工方法，对其编辑修改，使其适合当前的任务。这样可以大大提高数 控程序设计效率及计算的自动化程度。例如，数据库中已存储有一系列的点位加 工方法( 包括工序、刀具、加工参数等) ，若要钻、啄、攻丝一组孔，就可以从 库中选取相似的加工方法，适当修改后，直接加工。 2 2 3 车削编程模块 1 完整的车削编程功能 在粗车内、外圆时，还可用边界线( o u t e rb o u n d a r y ) 限定走刀区域。优化后 的端面车功能，同时包含了粗车端面和精车端面走刀。粗车有两种走刀方式：往 复走刀( z i g z a g ) 和单向走刀( o n ew a y ) 。可精车外轮廓。粗、精车内外轮廓时， 可先车内外圆，然后再车凹槽或凹形。完整的螺纹加工功能。包括多头螺纹加工 功能、螺纹查表功能以及螺纹直径自动计算功能。可沿任意角度车、凿径向槽。 用一个点或多个点即可定义待加工的槽，无需构造槽的几何形状。加工槽时，槽 深、槽宽、槽侧面倾角、槽底圆角半径及槽顶倒角的定义十分方便。具有镗孔、 钻孔功能。还可用多个点定义走刀路径。具有自动干涉检测功能，可防止刀具前 面、后面与零件干涉。在粗加工、精加工、切槽和阵列( p a t t e nr e p e a t i n g ) 加工 中，支持固定循环和子程序。 c h u c kp a r ta n dt a i l s t o c kd e t e c t i o n 可定义 进、退刀矢量，以控制刀具进入切削、退出切削的方式。 2 刀具路径与几何模型完全相关( f u l la s s o c i a t i r e ) 。 当修改几何模型、刀具参数或加工参数后，刀具路径自动更新。在m a s t e r c a m 9 第2 章m a s t e r c a m 简介 的任务管理器中，可生成、修改和分析走刀路径。可把经常使用的加工工步存于 数据库中，以提高编程的自动化程度。如，粗、精车零件时，可从库中调用储存 的加工工步，作用于待2 n t 零件。自动选刀功能在选择刀具时，优先显示本加工 工步所需的刀具类型。如无合适的，也可访问刀具库中其它的刀具。 3 刀片库丰富 库中包括的刀片( i n s e r t ) 有：s a n d v i k 、k e n a m e t a l 、i s c a r 、v a l e n i t e 。丰 富的刀具( c u t t e r ) 和刀柄( h o l d ) 库。切削材料库可由用户自己编辑。系统能根据 库中的设定，自动计算进给速率和转速。 4 后处理功能 有上百种车削后置程序，用户也可根据所用机床定制后置程序。 5 仿真功能 可靠的刀具路径效验功能可单步摸拟每一条走刀指令。显示刀片、刀柄及刀 具路径。还可估算2 h i 时间。可摸拟毛坯被切除的过程。实体摸拟功能，可摸拟 零件由毛坯切出的过程。 6 c a x i s ( m i l l t u r n ) 编程功能 在车、铣组合中，提供完整的c 轴( c - a x i s ) 编程功能。可铣端面( f a c e ) 或截 面( c r o s s ) 上的轮廓。可在端面( f a c e ) 或截面( c r o s s ) 钻孔，并可沿顺时针或逆时 针方向分度钻孔位置。在铣端面轮廓( f a c ec o u n t o r ) 和截面轮廓( c r o s s c o u n t o r ) 、或钻端面孔和截面孔时，系统能自动设定刀具平面( t p l a n e ) 和工作平 面( c p l a n e ) 。加工c - a x i s 轮廓时，可用2 d 或3 d 几何形状定义零件模型。刀具 过滤功能可大幅度减小所编程序的长度。自动产生用户定制的加工清单。 2 3 利用m a s t e r c a m 实现c a d 洲的工作过程 首先要对加工零件进行分析，确定加工内容，安排加工工艺。其次是根据不 同的加工内容选择不同的加工编程方式，如车削编程要用车削编程模块，铣削编 程要用铣削编程模块，线切割要用线切割编程模块。第三是到具体的加工模块中 建立加工部位数学模型，车削和线切割只要建二维模型，铣削要建二维或三维模 型；第四是进行加工路径规划，规划中有很多具体的步骤，各种加工编程的加工 路径规划有些不同，要根据相应的加工方式来规划。加工路径规划完了以后，可 立即生成刀具路径，可对刀具路径进行仿真校验，不合理的地方可以修改，满意 之后可选择相应的后处理文件，进行刀具路径后处理。后处理之后就得到了能用 于机床控制的数控程序，第五是将数控程序传送到机床后可加工出合格的零件 来。 1 0 第2 章m a s t c r c a m 简介 以铣削加工曲面编程为例，说明m a s t e r c a m 实现c a d c a m 的工作过程，如下 图2 2 所示 图2 2m a s t e r c a m 的c a d c a m 工作过程 车削编程、线切割编程等的c a d c a m 工作过程与铣削加工编程步骤大同小异， 很好掌握，这里就不一一列举了。 2 4 系统最低配置要求 5 8 6 以上i n t e lp c 微机，需要数学处理器。m i c r o s o f tl o g it e c h 或兼容鼠 标。w i n n t 4 0 、w i n 2 0 0 0 操作系统，或w i n 9 8 、w i n m e 操作系统。6 4 m b 内存，8 0 m b 以上硬盘空间。 第3 汽车轮毂模具加t i 艺 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 31 汽车轮甄及其模具结构 汽车车轮由轮圈和轮胎组成，它支撑着全车的重量，使汽车得以在道路上行 驶，对汽车的运行性能存重大的影响。轮圈又称轮毂，是车轮上安装轮胎的零件， 分为铜质轮毂和铝台金轮毂两种，前者用于载重汽车和普通轿车，后者一般用于 高、中级轿车。随着时代的进步，铝合金轮毂几乎成了太多数轿车的标准配置， 而更换、升级铝合金轮毂也成了汽车改装店里的重要业务项目。 汽车轮毂结构参数如图3 1 所示，各式样的汽车轮毂立体图如图3 2 所示。 下面对汽车轮毂结构参数作以下说明 5 7 1 ： 圆缘座：轮胎胎唇部位与轮圈接触的密合部位。 孔距( p c d ) ：螺栓安装孔的中心连接而成的截面圆的直径。 中心线：通过轮圈侧断宽面的平分线。 安装面：和汽车刹车鼓相连接的轮圈中心后部的表面。 偏位值( e t ) ：轮圈安装面和轮圈中心线的距离。 负偏位值：当安装面凸向轮圈内部，此时偏位值为负数，叫负偏位值。 正偏位值：当安装面凹向轮圈内部，此时偏位值为正数叫正偏位值。 零偏位值：当安装面与轮圈中心线重叠时，此时偏位值为零，叫零偏位值 后距空间：从安装面到轮圈内缘的距离。 轮圈直径：从圆缘座而不是轮圈缘量度的垂直高度。 轮圈宽度：从每个圆缘座外部角而不是轮圈的外缘量度的宽度。 中心孔：安装在汽车轴头上的轮圈孔。 x 距：轮圈安装而往外一英寸到轮圈肋骨的垂直距离。 科 l 目3l 汽乍轮毂结柑誊数剀 霭 第3 章汽车轮毂横具加t t 艺 o 蜘 |lle 【 图32 各式样的汽车轮毅立体图 汽车轮毂模具是用来生产铝合金汽车轮毂的压铸模具，其结构和注塑模具、 五金模具大不一样，有很多自身的特点。一般汽车轮毂模具结构图如图33 所示 汽车轮毂模具二维结构图如图3 4 所示。 轮姐# 卒问铣心板 铁。下模 图33 汽午轮鼓模h 结构幽 模 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 汽车轮毂铁心压板铁心下模 图3 4 轮毂模具二维截面图 汽车轮毂模具主要由下模、上模、中心仁、边模等构件形成汽车轮毂浇注空 间。浇口是用来浇铸铝合金液体的，铁心的作用是分流铝合金液体，铁心压板是 固定铁心的。边模有对开的、四开的，主要作用是形成汽车轮毂外环面，汽车轮 毂外环面就是与车轮轮胎接触的面。中心仁的作用是形成汽车轮毂固定部分形 状。上模的作用是形成汽车轮毂内环面。下模的作用是形成汽车轮毂外表面，它 的形状最复杂，最能体现个性；汽车轮毂里面的结构都差不多，就外表面不一样。 3 2 汽车轮毂模具的加工零件 汽车轮毂模具的加工零件主要有：下模、上模、中心仁、边模、浇口、定位 销、铁心、铁心压板等。浇口、边模、铁心压板、定位销、铁心等如图3 5 所 示，由于其形状简单，可在普通机床上加工出来。 i - - - 蓼# 糕1 l _ 兰盛r 1 訇 i ：1 2 9 婴 习 性术一采 ：镒嚣镒事# 。节 浇口 1 4 世术曩求 ：缢镒铲鼻弩 铁心 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 定位销铁心压板 一、ihl ， 、 ， 亨 _ l 鬃书毒 _ k ! o二 # 一 懿 ； - - - k 压- 71 伊孥上- 剖j j i i l _ i , i 边模 图3 5 普通机床上加工的零件 必须用数控机床加工的零件有：下模、上模、中心仁等，如图3 6 所示。它 们的上表面要用数控加工中的自动编程方法编程，才能加工出来，汽车轮毂模具 零件的加工难点也在这里；它们的加工当中，又以下模上表面加工最为复杂。 厣 心 蕊 犍谬。 缸 塞 旷 程 垦 窿羁器习三r 雨 中心仁 1 5 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 镶戟 埯矽 上模 垂 葡 囊 量j 哩 3 e 3 3 数控加工工艺 3 3 1 数控加工过程 下模 图3 6 数控机床上加工的零件 数控加工就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程 序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动， 从而完成零件的加工9 1 。 虽然数控加工与传统的机械加工相比，在加工的方法和内容上有许多相似之 处，但由于采用了数字化的控制形式和数控机床，许多传统加工过程中的人工操 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 作被计算机和数控系统的自动控制所取代。 数控加工过程如图3 7 所示，其具体步骤为： 圉_ 圉_ 圉一 图3 7数控加工过程 从数控加工过程可以看出，工艺分析和制定加工工艺在数控加工中起到了关 键的作用，直接决定了数控加工的好坏与成败。 3 3 2 数控加工工艺的主要内容 数控加工中进行数控加工工艺设计的主要内容包括以下几方面： 1 选择并确定进行数控加工的内容； 2 对零件图纸进行数控加工的工艺分析； 3 零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定； 4 数控加工工艺方案的制定； 5 工步、进给路线的确定； 6 选择数控机床的类型； 7 刀具、夹具、量具的选择和设计： 8 切削参数的确定； 9 加工程序的编写、校验和修改； 1 0 首件试加工与现场问题处理： 1 1 数控加工工艺技术文件的定型与归档。 3 3 3 数控加工工艺的特点 由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工具有加工自 动化程度高、精度高、质量稳定、生成效率高、周期短、设备使用费用高等特点。 在数控加工工艺上也与普通加工工艺具有一定的差异，主要表现在： 1 7 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 1 数控加工工艺内容要求更加具体、详细； 2 数控加工工艺要求更严密、精确； 3 制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算； 4 考虑进给速度对零件形状精度的影响； 5 强调刀具选择的重要性； 6 数控加工工艺的特殊要求； 7 数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容。 3 4 复杂表面自动编程工艺处理 3 4 1 自动编程加工的基本工作原理 交互式图形自动编程已成为国内外流行的数控编程方法。交互式图形自动编 程系统实现了“造型刀具轨迹生成加工程序自动生成”一体化，它的主 要处理过程图3 8 所示。 零 件 几 何 造 型 图3 8 交互式图形自动编程处理过程 3 4 2 自动编程中的工艺设置 自动编程中的工艺设置包括以下几个方面： 1 机床和数控系统设置 机床：车、铣、线切割等 数控系统：f a n u c ，a b ，s i e m e n s ，f a d a l ，c i n c i n n a t i t 等 2 刀具设置 铣削类刀具按外形分为三类： 平底立铣刀：圆角半径r = o 球头立铣刀：圆角半径r = 刀具直径2 鼻刀( 环刀) ：圆角半径r 粗车 调质 精车 检验 孔加工及粗铣 精 铣 检验 焊浇口 检验 3 5 2 上模加工工艺 上模外形属回转体，端面五对爪及孔内壁有拔模斜度，爪间面也是回转面， 上面还有孔需要加工。加工材料一般为热模钢或球墨铸铁。外圆表面及左端面加 工，用普通车削加工作粗加工，数控车削加工作精加工；右端面及孔加工用数控 铣或加工中心加工；热处理可安排在粗车之前后进行。 上模加工大致的加工工艺路线是这样的： 1 9 第3 章汽车轮毂模具加工工艺 毛坯热处理 粗车 调质 精车 检验 孔加工及粗铣一 一 精铣 检验 打磨、抛光 焊接冷却件 检验 3 5 3 下模加工工艺 下模外形属回转体，端面五对凸包、凸肋曲面复杂，凸包、凸肋之间的面也 是回转面，上面还有孔需要加工。加工材料一般为热模钢。外圆表面及左端面加 工，用普通车削加工作粗加工，数控车削加工作精加工；右端面及孔加工用数控 铣或加工中心加工；热处理可安排在粗车之前后进行。 下模加工大致的加工工艺路线是这样的： 锻件退火 粗车 调质 精车 检验 孔加工及粗铣 精铣 检验 打磨抛光 检验 第4 章汽车轮毂模具加工建模 第4 章汽车轮毂模具加工建模 数控加工自动编程的第一步就是建立加工模型。车削加工编程，铣削加工编 程，线切割加工编程，建立加工模型的方法都不一样；就是铣削加工编程的二维、 三维零件加工编程建模也是不一样的。 4 1 汽车轮毂模具加工模型的建模特点 用于数控加工自动编程的c a d c a m 软件中的加工模型建模与一般意义上的 c a d 建模有所不同，它的建模要根据加工内容来建模，一般不需要把整个零件画 出来。 零件待加工面属旋转面，其轮廓曲线属二维曲线，需要用数控车削加工；在 利用c a d c a m 软件自动编程时只需绘制出其轴截面一半的轮廓曲线即可进行编 程。汽车轮毂模零件：中心仁、下模、上模的外圆表面车削加工编程中的建模都 是如此。例如：汽车轮毂模下模车削加工编程时，用m a s t e r c a m 软件建立的加工 模型如图4 1 所示。 图4 1 车削加工编程时用的c a d 模型 零件待加工面属三维复杂曲面，其轮廓曲面是由很多基本曲面组成，需要采 用数控铣削加工，在利用c a d c a m 软件自动编程时只需绘制出其加工部位的曲面 即可进行编程。汽车轮毂模零件：中心仁、下模、上模的表面铣削加工编程中的 建模都是如此。例如：汽车轮毂模下模铣削加工编程时，用m a s t e r c a m 软件建 立的加工模型如图4 2 所示。 2 1 一一 ! ! ! i ! ! ! ! ! 女! ! ! 圆 图42 铣自0 加工编程时用的c a d 模型 4 2 汽车轮毂模具加工模型的建模方法 4 2 1 由c a b c a l l 系统依零件加工图纸建模 ，v 一广、 、j 一， 2 曲面建模 零件待加工面为曲面，可用曲而建模也可用实体建模，用曲面建模的方法是 利用c a d c a m 软件的：绘图面设置命令、二维绘图命令、曲面绘图命令和编辑命 令来实现- 例如：上模加工面加工编程时，用m a s t e r c a m 软件建立的加工模型的 第4 章汽车轮毂填具加工建横 大致过程如图4 4 所示 爪顶曲面爪底曲面与拨模商作变 径蜘角同样的方法做 * 一m 曲面 幽44 上模加r 面曲面模型的建立过判阁 3 实体建模 零件待加工面为曲面，用实体建模的方法是利用c a d c a m 软件的：绘图面设 置命令、二维绘图命夸，实体绘图命夸和编辑命令来实现。例如：中心仁加工面 第4 章 车鞋鞍模其加i 建横 加工编程时，用m a s t e r c a m 软件建立的加工模型如图4 5 所示。 觚 + 。州了乒! 、7 一 晰一卅时桫息 + 矿一心动也 第4 章汽车轮毂模具加i 建横 心一一 ! 妾体作布尔加运算爪侧面拔模7 爪侧面边变半径方式倒圆角 圈45 中心仁加工实体模型建立过程图 4 2 2 利用c a d c a i l i 系统的数据转换功能建模 用户或模具设计部门提供汽车轮毂模