（机械工程专业论文）汽车覆盖件模具数控加工capp技术研究.pdf

硕士学位论文 摘要 在模具的制造过程中，工艺设计确定了模具制造过程及制造所需的制造资源、 制造时间等，是完成模具产品设计向制造转换的关键性环节，对模具产品的质量、 制造成本等具有重要的影响。 随着计算机在制造型企业中的应用，通过计算机进行工艺的辅助设计已成为 可能。c a p p 技术的应用为提高工艺文件的质量，缩短生产准备周期，提高信息处 理能力和企业各部门间信息的交流能力，并为广大工艺人员从繁琐、重复的劳动 中解放出来提供一条切实可行的途径。应用c a p p 技术将缩短设计周期，对修改 和变更设计能快速做出响应；工艺人员的经验能够得到充分的积累和继承，减小 编制工艺文件的工作量和产生错误的可能性。应用计算机辅助工艺设计的必要性 已被越来越多的企业所认识。 本文介绍了汽车覆盖件模具加工制造的现状及工艺设计概况，并由此引出 c a p p 技术在汽车覆盖件模具加工中的应用。 研究了腔槽粗加工和曲面精加工切削用量优化模型，讨论了刀位轨迹走刀方 式对加工时间和加工质量的影响，通过实验总结出一些工艺经验知识，为汽车覆 盖件模具数控加工c a p p 工艺模板的开发奠定了理论基础。 在研究汽车覆盖件模具的工艺结构特征、分类及其加工工艺性和汽车覆盖件 模具制造有关的工艺参数选择与优化的基础上，以p o w e r m i l l 软件为开发平台， 开发了汽车覆盖件模具的各种结构特征的数控加工工艺及检索式的汽车覆盖件模 具数控加工c a p p 工艺模板，实现了汽车覆盖件模具c a d c a p p c a m 一体化，以 提高n c 编程的质量和效率，规范汽车覆盖件模具加工工艺路线、工艺参数等。实 际应用证明了该c a p p 工艺模板具有可行性和实用性。 关键词：汽车覆盖件；冲压模具；结构特征；切削参数；工艺模板 i i a bs t r a c t l nd i ea n dm o u l dm a n u f a c t u r i n g ，p r o c e s sp l a n n i n gh a sv e r yi m p o r t a n te f 艳c to n m a n u f a c t u r i n gr e s o u f c e s 船dt i m e i tr e p r e s e n t st h el i m b e t 、张e ne n 酉n c e r i n gd e s i g n a n ds h o pf l o o rm a n u f a c t u r i n g ，a n di sam a jo rd e t e r m i n a n to fm a n u f a c t u r i n gc o s t ， q u a l i t ya n dp r o f i t l t b i l i 专yo fd i ea n d m o u l dp r o d u e 毫 w i t ht h ea p p l i c a t i o no fc o m p u t e r si nt h em a n u f a c t o ui n d u s t r y ，t h ef c a s i b i l i t yo f 印p l y i n g h ec o m p 攘e 璐韬鑫s s i s l 撒a e 魏i 建i 鑫gp e e s sp l 鑫藏藏i 珏g h 鑫sb e e n 掣o v e d e a p p t e c h n i q u eo f f e r sa ne f f e c t i v em e t h o dt oi m p r o v et h eq u a l i t yo fp r o c e s sf i l e s ，s h o r t e nt h e p f e p 联e d 专i 搬eo fp d 毽e l i o 羔l ，i 呻r o v e 搬ec a p 曲i l i 毋o fi 珏蠡豫鑫毫i o 赣。m 强鑫g e m e 嫩被d c o m m u n i c a t i o n 锄o n gd i f f - e r e n td e p a r t m e n t s ，a sw e na sr e l e a s ee n g i n e e r sf r o mt h e b o r i n gr e d u p l i c a t ew o r k t h et i m eo fd e s i g nc a nb es h o f t e n e da n df a s 专e f e a c t i o 藏t o m o d i ：e i c a t i o na n dc h a n g e si nd e s i g na r ea c h i e v e db ye m p l o y i n gt h ec a p pt e c h n i q u e ， a n dm e a n w h i l et h ew o r k l o a ds p e n to nm a k i n gp r o c e s sn l e sa sw e ua st h ep o s s i b i l i t yo f m i s t a 薹【ee a nb el i g h 钯n ，t h en e c e s s i l yo fa d o p t i n gc a p p 专e c h n i q u eh a sb e e nf e a l i z e db y m o r e 觚dm o r ee m e 坤r i s e s 。 f i f 醮o fa 差l ，熏k 雉a 骶f a c 纨f i 鼗gs i t _ i l a 专i o n 瓤dd e s i g 毂p r o c e s sf o fa 墩。搬o l i v ep 褫e i d i ea n dm o u l da r ei n t r o d u c e d ，a n dt h e nt h ea p p l i c a t i o n so fc a p pt e c h n i q u ei n a 慧l o 擞o t i v ep a 珏e ld i e 强d 毽。毯l d 难a 摊糕e t w e 皴ep f e s e n t e d t h e nt h eo p t i m i z e dm o d e l so fr o u g hm a c h i n i n gf o rp o c k e t sa n df i n i s hm a c h i n i n g f o rs t l f f a c e sa r es t u d i e d ，a n dl h ee f 琵c to f 像et o o l p a t ho n 嫩a c h i n i 救gt i m ea n d m a c h i n i n gq u a l i t ya r ed i s c u s s e d t h er e s u l t so fr e s e a r c h e se s t a b l i s ht h et h e o r e t i c a l b a s i sf 0 rd e v e l o p i n gt h ec a p pt e m p l a t eo fa u t o i n o t i v ep a n e ls t a m p i n gd i e b a s e do nt kr e s e a r c h so ns e l e c 专i o na n do p t i 撒i z 采i o nf o r d i e a n dm o u l d m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa sw e l la si t ss t m c t u r a lf e a t u r e ，a ni n d e xc a p pt e m p l a t ei s d e v 。l o p e db ye 矗巾l o y i n gt h ep o w e f 磁l l ls o ：& 砥滚f e 。零| 玲专e l ￥巾| a l 。p f o v i 矗e di n 壤i sp a 节e f i sa b l et op r o m o t et h ei n t e g r a t i o no ft h ec a d c a p p c a ma n de n h a n c et h ec a p a b i l i t y o fr o a c l i 娃gt ol 建a f k e 专如fa 醛l o 纛o t i v ep a 娃e ls 专a 致p i 鑫gd i e 。 t h ec n cm a c h i n i n gp r o c e d u r ef o ra u t o m o t i v ep a n e ld i ea n dm o u l di sd i 雕c u l t b e c a u s ev a f i o u st y p e so fc n cm a c h i n et o o l se x i s tt o a i dt 黩ev a r i o u ss t a g e so f m a n u f a c t u r i 苴l g a ne 蕊c i e n tc n cm a c h i n i n gp r o c e s sp l a n n i n gs y s t e mi s e s s e n t i a lt o i m p r o v et h em a c h i n i l l gp r o c e s sa n dt or e d u c et h ep r o c e s sp l a n n i n ga n dp r o g r a m m i n g t i m e a ne 越c i e n tc n cm a e h 浊i n gp r o c e s sa n dt h ec a p pt e m p l a 毫ef o ra u t o m o t i v ep a n e i l l 薹 硕士学位论文 s t a m p i n g d i e sw i t hd i f f e r e n ts t m c t u r a lf e a t u r e sa r e d e v e l o p e db ye m p l o y i n g p o w e r m i l ls o r w a r eb a s e do nt h er e s e a r c ho nt h e i rs t r u c t u r a lf b a t u r e sa n dm a c h i n i n g p r o c e s s a p p l i c a t i o n s o fs h e e tm e t a ld i e m a c h i n i n gv e r i f yt h ee f l f e c t i v e n e s s a n d p r a c t i c a b i l i t yo ft h ep r o p o s e dc a p pt e m p l a t e k e yw o r d s ：a u t o m o b i l ep a n e l ；s j a m p i n gd i e s ；s t r u c t u r a lf e a t u r e ；c u t t i n gp a r 锄e t e r s ； p r o c e s s i n gt e m p l a t e i v 硕士学位论文 插图索引 图1 1 汽车覆盖件模具制造流程3 图2 1 汽车覆盖件模具分类结构图1 l 图2 2 某轴类零件的特征分类示意图1 2 图2 3 汽车覆盖件模具结构工艺特征分类1 4 图2 4 试加工刀具路径示意图15 图2 5 粗加工刀具路径示意图1 5 图2 6 粗清角加工刀具路径示意图1 6 图2 7 半精加工刀具路径示意图1 6 图2 8 半精清角加工刀具路径示意图1 6 图2 9 精加工刀具路径示意图1 7 图2 1 0 精清角加工刀具路径示意图1 7 图2 1 1 汽车覆盖件模具型面加工工艺流程图1 8 图2 1 2 局部曲面加工的划分1 9 图3 1 覆盖件模具工艺设计基本流程2 4 图3 2 基于c b r 的汽车覆盖件模具c a p p 总体结构2 6 图4 1 粗铣刀直径估算2 9 图4 2 铣削残留区域2 9 图4 3 选择刀具直径流程图3 0 图4 4o f f s e t 法刀位轨迹3 7 图4 5v o r o n o i 图区域分治算法3 8 图4 6 平行线刀位轨迹3 8 图4 7 充填法刀位轨迹3 8 图4 8 粗铣腔槽常见的走刀方式。3 9 图4 9 不同种类的加工区域图形4 1 图4 1 0 多岛屿区域的走刀方式4 2 图4 1 1 参数线法的刀位轨迹优化4 4 图4 1 2 导动面和投影方向的选择4 5 图4 1 3 曲面法向与刀具轴方向夹角较小时的走刀方式4 6 图4 1 4 曲面法向与刀具轴方向夹角较大且落差较小时的走刀方式4 6 图5 1 汽车覆盖件模具数控加工c a p p 工艺模板框架结构4 9 图5 2c a p p 工艺模板路径定义对话框5 1 v i i i 汽车覆盖件模具数控加工c a p p 技术研究 图5 3c a p p 工艺模板路径选择对话框5 l 图5 4 拉延模模具型面c a p p 工艺模板示意图5 1 图5 5 指定内容差值5 3 图5 6 指定外容差值5 3 图5 7 指定内外容差值5 3 图5 8 残留高度与切削间距之间的关系5 5 图5 9 刀具与导动面的关系5 7 图5 1 0 刀具与检查面的关系5 7 图5 1 1 汽车覆盖件模具数控加工c a p p 工艺模板操作界面5 8 图5 1 2 汽车覆盖件模具型面三维c a d 图5 9 图5 1 3 模具型面粗加工参数设置及刀具路径5 9 图5 1 4 汽车覆盖件模具型面最终加工结果6 0 i x 硕士学位论文 附表索引 表4 1 腔槽铣削各种走刀方式的刀位长度与加工时间一4 0 表4 2 不同加工区域图形在不同走刀方式下对应的加工时间4 l 表4 3 多岛屿加工区域不同走刀方式对应的加工时间4 1 表5 1 进、退刀方式5 4 表5 2 拉延模模具型面加工策略及相关加工工艺参数设定情况5 8 x 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：懈 日期：矽矿年牛月矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打甜”) 作者签名： 导师签名： 日期：m g 年妒月日 日期：拥年4 月日 硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 汽车覆盖件模具 1 1 1 汽车覆盖件模具概述 汽车覆盖件( a u t o m o b i l ep a n e l ，简称覆盖件) 是指覆盖发动机、底盘、构成 驾驶室和车身的薄钢板异形体的表面零件( o u t e rp a n e l s ，称为外覆盖件) 和内部 零件( i n n e rp a n e l s ，称为内覆盖件) 。轿车的车前板和车身、载重汽车的车前板和 驾驶室、箱式货车的车身等都是由覆盖件和一般冲压件构成的。一辆轿车约有8 0 的零部件由模具加工制造【1 1 。 覆盖件和一般冲压件相比，具有材料薄、形状复杂且多为空间曲面、结构尺 寸大和表面质量高等特点【2 】。覆盖件在冲压工艺、冲模设计和冲模制造上难度都 较大，并具有独自的特点。因此在实践中常把覆盖件模具从一般冲压件模具中分 离出来，作为一种特殊的类别加以研究和分析。覆盖件模具以其大型、复杂、精 密而成为模具中举足轻重的部分。 要想获得一个合格的覆盖件，关键在于拉延、整型、切边、翻边等工序工艺 方案的确定和模具设计与制造技术。 1 1 2 汽车覆盖件模具在我国汽车工业自主创新中的作用 自从1 8 9 6 年汽车工业诞生以来，世界汽车工业不断增长，并带动了一大批相 关产业的发展，由此确立了其在国民经济中的支柱地位。1 9 9 5 年，我国政府颁布 了汽车工业产业政策，其中明确提出要振兴汽车制造业，使之成为我国国民经 济的支柱产业。根据国家汽车工业发展战略，车身开发已经成为工业界和学术界 的研究热点。由于车身是汽车的一个非常重要的总成，其外板重量约占车身总重 量的2 0 ，而开发和制造成本约为整车造价的4 0 6 0 ，再加上新车型的开发 主要是在原有底盘、动力总成不变的基础上进行外形的重新设计，所以车身开发 能力已成为汽车制造企业实现汽车自我开发和提高市场竞争力的关键所在【3 ，4 】。 1 9 9 4 年6 月，李岚清副总理在东风公司工作汇报会上说：“我主张搞汽车先搞车 身，因为车身的周期最长、难度最大。 车身开发的关键在于车身覆盖件模具的开发。一辆轿车上约有8 0 的零部件 是用模具加工制造的。一般汽车车身有数百个冲压件组成，全车所需的冲模高达 一千副以上。在“车型设计一模具设计与调试一投产”的整个周期中，模具设计 和制造约占三分之二的时间，成为车身改型的制约因素。欧、美、日各大汽车制 汽率覆盖律模熬数控加工e 舯p 技术研究 造公司改型换代约需1 6 个月，这缀太程度上赌功予它粕先进的e a d ，e a 彰e a m 技术【5 6 1 。国外采用c a d c a e c a m 和各种数控机床及三坐标测量仪戡接相连， 使汽车模具的开发制造呈现前所未有的面貌，模具精度大幅度提高，模其寿命延 长2 倍以上，模具开发制造的成功率达9 5 以上。特别是c a e 的应用r ，改变了 传统覆盖件模具设计凭经验进行，质量难以保证的局露。通过仿真分橱材料的成 形过程，预测制伴萄能发生的缺陷，从而达到优纯工艺过程和模具结构的哥的， 缩短甚至取消试模过程，大大提高产品质量、降低成本、缩短模具开发周期【8 ，9 l 。 汽车工渡已成舞我善支柱产韭，汽车产薰名列世界汽车生产前列。我重汽车 工业目前基本上已形成重、中、轻、轿、微全系列汽率发展格局，根据国家汽 车王业振兴规划缀要，今蜃汽车工业的发展重点是独立童主的轿车及轿车零部件 的开发。然而，我国一些大型汽车模具制造厂家仍然停留在相对落后的水平上， 致使一些关键性模具不褥不花费大量外汇，依靠罾辨来设计加工。茏其是轿车王 业，覆盖件模具的问题更加突出。我国的模具工业正面临着严峻的挑战，如不能 适应这静快速变化的形势，将会严重影响我国汽车制造业的生存和发展。 汽车工她是我国的支柱产业，对我国的产业结构起着至关重要的作用。但是 在发展过程中受到些因素的制约：( 1 ) 我国汽车工业起步晚，基础薄弱，至今 仍主要停馨在经验设计割造阶段，发展速度缓幔；( 2 ) 与就同时，国井死大汽车 制造企业( 如美国福特、通用、德国大众、日本丰田等) 正致力于设计制造过程 豹计算瓿仡、皇动纯磅究，并取褥了缀大的进展，麸褥进一步拉大了我嚣与冒际 汽率设计制造水平之间的距离。为了有能力参与国际汽车市场竞争，占领一定的 市场徐额，我国汽车工监皂主剖新势在必行。 我国汽车工业自主创新的一大瓶颈技术就是汽车覆盖件模具的设计与制造。 显然，发展逮一技术鲍突破髓亦在于设计制造过程的计算机纯、叁动佬。对予汽 车覆盖件模其制造企业来说，其首要任务是建立起现代模具设计制造模式，在并 行环境下集成各项先进技术组织生产。一方面市场上已有不少成熟的商晶化 c a d 7 e a m 软件( 如u g 、l d e a s 、e 斌i a 、p f o 惩等) ，另一方面数控机床瞧髓 最大程度地满足企业的生产需要。因此，对于技术应用企业来说，如何有效地组 织软硬箨进行生产一霹工艺过程规划是最重要静。工艺过程规划同时瞧是最爨难 的，这使得传统的工艺过程规划只能是基于经验的人工行为。由于人力的限制和 经验不可避免连存在片面性，这一行隽不僵费时两且不一定十分可靠。一时的失 误，轻则延误了工期，严重的甚至造成难以挽回的损失因此，为了保证工程的 可靠性，提高生产效率，构造一个集成纯的铡造环境，工艺过程规划的计算橇化、 自动化是十分必要的。但就嗣前情况来看，汽车覆盖件模具加工工艺设计仍然是 以王程设计人员的经验和知识为主，透过类比进行设计。随饕新车型更新换代鲍 弱盏加速，这种传统的工艺设计方法已经不能适应产品发展的需要。工艺设计及 2 硕士学位论文 编制是联系上游产品设计和下游产品制造加工的中间环节，是把产品由概念设计 转化为实际生产的关键。因而，汽车覆盖件模具加工工艺设计技术的滞后使整车 开发周期变长，耗费大量的人力、物力。随着学科交叉和计算机等相关技术的发 展，采用c a p p ( 计算机辅助工艺设计) 技术设计可以大大提高模具生产的质量 和效率【1 0 1 2 1 。 1 2 汽车覆盖件模具制造技术 1 2 1 汽车覆盖件模具制造流程 作为生产汽车覆盖件的主要工艺装备，汽车覆盖件模具具有结构尺寸大、型 面形状复杂、尺寸精度高和表面粗糙度要求高的特点，同时要求使用寿命长且单 件生产，设计和加工要考虑很多因素。因此，汽车覆盖件模具设计往往要求有多 年设计经验的人员来完成。图1 1 所示为汽车覆盖件模具的主要生产流程，主要 包括【1 3 】： 不 厶 口 格 图1 1 汽车覆盖件模具制造流程 3 汽车覆盖俘模舆数控加工e 越甲技术研究 ( 1 ) 产品冲压工艺性分析根据用户提供的产晶图窝工艺要求，分析产晶的 冲压成形工艺性，即从产品几何拓扑结构形状、尺寸大小、精度要求及原材料选 用等方面入手，进行冲压工艺性审查。对于工艺性差的产品，应及时囱用户反馈， 修改产品图或工艺条件。 ( 2 ) 冲压工艺设计覆盖件产品的冲压工艺，是由拉延工序、修边工序和翻 边工序三个基本工序组成的。在这三道基本工序的基础上，根据覆盖件的具体形 状和尺寸，编制各自的冲压工艺。 ( 3 ) 模具结构设计冲压工艺方案确定以后，通过分析选择合理的模具结构 及部件，分别进行拉延模、修冲模、整型模等模具的结构设计。 ( 4 ) 模具加王互艺设计及其数控制造针对不丽的冲压工艺型面稳模具结构 设计结果，进行模具加工工艺编制和数控编程，确定模具的加工方式和方法。 董2 。2 数控加工技术在汽车覆盖件模具制造中的应用 最初的传统方法制造汽车覆盖件模具首先要制造主样板、主模型和工艺模型， 然蓐利用工艺模型必靠模，在仿形机床上加工模具表面，最屠由钳工装配、调试 成合格模具。不仅存在工艺流程长、模具表面的形状精度低等缺点，而且还存在 着对模具制造工人技术要求高等缺点。 随着计算机技术及c a d c a m c a p p 技术的发展，汽车覆盖件模具的设计、 制造过程已经发生了很大的变化。数控加工技术已经取代传统的模具制造方法， 成为现代模具加工的核心技术。与传统模具加工方法相比，数控加工技术有如下 几个优点【1 4 j ： 1 自动化程度高，减轻工人劳动强度 在数控加工过程中，除了开始阶段要进行手工装夹模具鼍坯和输入n c 程序 之辨，其余豹全部数控加王过程都是由数控机床自动完成，直到模具加工完毕。 这样不仅提高了模具生产的自动化程度，还简化了工人的操作，改善了劳动条件， 使劳动强度大大降低。 2 对模具加工的柔性好，适应性强 由于数控系统可以实现多个坐标系豹联动控制，所以数控设备能加工普逶机 电设备很难加工或无法加工的复杂曲线、曲面，特别是对于型面复杂的汽车覆盖 件模具，加工非常方便。当改变加工模具时，除了要解决模具毛坯的装夹方式和 更换刀具以外，数控设备只需要更换模具的加工程序，不需要作其他任何复杂的 调整，且可采用成组技术的成套夹具，因此缩短了模具生产准备周期。+ 3 。模舆加工耩度高，矮量稳定 1 数控加工设备的精度一般在o 0 0 5 o 。l m m 之间，且不受零件复杂程度的影响， 由于数控设备的多种传动链都可以通过数控装置自动进行补偿，所以其定位精度 毒 硕士学位论文 非常高。在批量生产中，使用相同的硬件环境和同一加工程序，刀具的运动轨迹 完全相同，且数控设备的大部分操作都是由机器自动进行加工完成的，可以消除 人为的误差，保证模具的加工精度和质量稳定。 4 加工程序相对集中，生产效率高 数控设备通常可以在一次装夹中加工出许多表面，特别是带自动换刀的数控 加工中心，在一次装夹的情况下，几乎可以完成模具的全部加工工序。一台数控 机床可以代替数台普通机床，这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测 量和装夹等辅助时间，还可以节省车间的占地面积，带来较高的经济效益。在数 控设备上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。加上其他辅助操作 的自动化，使辅助时间大为缩短，无需工序间的检验与测量，所以数控设备比普 通的机电设备生产率高出3 4 倍，甚至更高。 5 有利于向计算机控制与管理生产方向发展 用计算机管理生产是实现管理现代化的重要手段。数控机床使用数字信息和 标准代码输入，最适宜构成计算机网络。目前数控机床已经成为计算机管理和 c a d c a m c a p p 一体化的基础。 1 3 汽车覆盖件模具c a p p 技术 1 3 1c a p p 概述 计算机辅助工艺设计( 简称c a p p ) 的基本原理是基于人工设计的过程及需 要解决的问题而提出的。首先，将零件的特征信息以代码或数据的形式输入计算 机，并建立零件信息的数据库；其次，把工艺人员编制工艺的经验、工艺知识和 逻辑思想以工艺决策规则的形式输入计算机，建立起工艺决策规则库( 工艺知识 库) ；第三，把制造资源和工艺参数等以适当的形式输入计算机，建立起制造资源 和工艺数据库；第四，通过程序设计充分利用计算机的计算、逻辑分析判断、存 贮以及编辑查询等功能来自动生成工艺文件【l 引。 工艺过程设计是连接产品设计和制造的桥梁，是整个制造系统的重要环节。 对产品质量和制造成本有极为重要的影响。c a p p 的使用不仅可以提高工艺过程 设计的效率，而且保证工艺设计的一致性、规范化和标准化。在现代机械制造业 中，c a p p 具有重要的理论意义和广泛、迫切的实际需求。因此，c a p p 从2 0 世 纪六十年代末诞生以来，其研究开发工作一直在国内外蓬勃发展，经过三四十年 的研究，c a p p 已经取得了巨大的发展，但由于工艺设计是一个经验性很强且随 制造环境而不断变化的决策过程，并且传统c a p p 以零件为对象，自动化为目标， 主要为车间提供指导制造活动的技术文件即工艺规程，尽管国内外在各种工艺决 策方式、各种机加工艺c a p p 、智能化、集成化方面取得许多成绩，但研究开发 汽车覆盖件模舆数控加工c a p p 技术研究 方向和当前实际需求仍有较大差距。 进入2 0 世纪九十年代以来，随蓿网络、数据库、面向对象方法、分布计算、 系统集成等计算机相关技术的飞速发展，出现了计算机集成制造系统、并行工程、 智能制造系统、虚拟制造系统、敏捷制造等先进制造系统。企业对c a p p 无论从 广度或深度方面，都提出了更新、更高的要求。企业要求c a p p 与其他相关设计 或信息系统( 如c a d 、c a m 、p d m 等) 之间实现在产品信息方面的全面集成。 而且，伴随着全球市场的形成，通过i n t e r n e t 实现企业敏捷制造模式的思想已经 被企韭逐步所接受。实现企业闻工艺信息的共享、实现企业闻制造资源的合理分 配和利用，也为c a p p 技术发展提出了新的课题。 1 3 2c a p p 技术在汽车覆盖件模具加工中的应用 随着e a d c a m 技术的日益发展普及，致使产晶设计和制造周期相对缩短而 且高效，然丽c a d 技术一般用于产l i i l 形状定义，c a m 燹| j 重点用于n c 编程，在 c a d 与c a m 系统之间的信息流很不顺畅，作为解决这种c a d 与c a m “自动化 孤岛 状态的计算机辅动工艺设计c a p p ( c o 撒p 破e ra i d e dp 抛e e s sp l 黻珏i n g ) 技术 也应运而生1 1 6 j 。 对于工艺过程复杂的汽车覆盖件模具面言，c a p p 技术无疑适应了其发展需 求，并将给传统的汽车覆盖件模具加工工艺设计过程带来一场变革( 1 7 】。其主要表 现如下【l s 】。 ( 1 ) 可以将工艺人员从大量繁重的、重复性的手工劳动中解放出来，使他们 能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺研究等创造性工作； ( 2 ) 可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺设计质量，提高产品在市场上的 竞争能力； ( 3 ) 能继承有经验的工艺设计者斡经验知识，使其系统化、清晰纯、存储 化，提高了企业的工艺继承性： ( 4 ) 可以提高企业设计的标准诧，有利予工艺设计的最优讫工作； ( 5 ) 为实现计算机集成制造系统( c i m s ) 创造必须的技术基础。 l 。3 3 模具c a p p 技术国内外研究现状 目前，模具企业广泛应用c a d c a m c a e 技术，并集中了先进的 c a d 7 c a 础c a e 软件，僵c a p p 技术的应用还毙较少，这正是制约模其企业发展 的重要因素之一。其原因一方面在予面向模具的c a p p 技术领域少有研究，通常 大型软件公司开发的企业自动纯软件中c a p p 软件侧重于软件的通翔性和开放 性，对于作为中小企业的模具企业来说，投资大，开发周期长。另一方面，企业 界对c a p p 技术在模具企业中的应用也存在一定的误区，即认为c a p p 仅用予大 批量生产。 6 硕士学位论文 综合查阅的文献来看，面向模具制造的c a p p 无论在国内还是国外研究的都 比较少，商品化的c a p p 软件更是少见。 国内相关文献资料有：文献【1 9 】介绍了由上海交通大学模具c a d 国家工程研 究中心开发的基于u g 平台的模具c a p p 系统，它实现了下列功能：( 1 ) 由于它 是在现有c a d c a m 系统上二次开发的，因此它实现了c a d c a m c a p p 的集成， 同时与其它系统数据共享；( 2 ) 建立了工艺知识库，针对不同的加工特征，系统 可以自动推荐符合用户指定工艺要求的特征加工链；( 3 ) 提供数控加工时曲面分 析和刀具选择功能。该系统经过运行测试，取得了令人满意的效果。 文献 2 0 】介绍了由大连理工大学开发的基于c a p p 的模具报价系统。该系统 是针对长春客车厂开发的，该文献建立了对模具价格进行预算的计算机模型，在 三维c a d 产品信息模型支持下，利用c a p p 技术，确定模具零件的加工工艺过 程，给出了分析价格成本预算的方法和模具报价系统的构成。该系统提高了模具 报价的效率和准确性，降低了模具报价的成本。 文献【2 1 】介绍了一种面向模具热处理的c a p p 系统，并举例说明该系统的工 作流程及应用，在实际应用中取得了一定的效果。 文献 2 2 】介绍了塑料异型材挤出成型模具c a p p 系统的开发，该文根据塑料 异型材挤出模具型腔复杂多变、零件加工工艺的方法和过程各异的特点，将模具 零件分成机颈模板、型腔模板、型芯与分流锥，定型模板四大部分，构造了一种 基于c a d c a p p c a m 与仓库管理制造系统信息集成的c a p p 专家系统。 文献 2 3 】介绍了汽车覆盖件模具c a p p 系统，由于汽车覆盖件模具其形状和 制造工艺的特殊性和复杂性，难以使用现有c a p p 分类编码和特征建模等方法进 行零件信息输入，该文介绍了基于零件分组和面向工艺决策的特征描述方法，以 及基于并行工程思想的c a p p 与生产网络计划的集成化。 文献【2 4 】介绍了基于c b r 技术的面向模具设计与制造的c a p p 技术。在制造 业，特别是模具行业，经验积累是非常重要的，尤其是工艺设计方面。基于实例 推理技术( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，即c b r ) 建立数据库更适合模具设计与制造的特 点，而基于事例推理技术建立c a p p 数据库不仅继承了派生式c a p p 系统的优点， 同时又增加了自学习的功能，对于被检索出的事例与新的零件不符合时，可以对 该事例进行修改，新修改的事例可以加入事例库中以适应新的情况。 国外相关文献资料有：文献 2 5 】介绍了并行工程的模具制造工艺规划系统。 该论文主要作了以下三方面的研究： ( 1 ) 开发了系统的基于并行工程的模具制造工艺规划模型；( 2 ) 开发了建立 在并行工程模型基础上的模具制造计算机辅助工艺规划系统：( 3 ) 开发了知识库， 它能够支持建立的面向并行工程的模具制造工艺规划系统。该知识库不仅考虑到 模具开发的需要，而且还考虑到产品的需求。研究结果表明该系统不仅能够提高 7 汽车覆盖佟摸鼹数控加工c a p p 技术研究 模具成型产品和摸具制造工艺开发的效率和质量，还能减少开发所篇的时阆。 文献 2 6 】开发了基于知识库的注塑模具工艺规划系统。该系统首先通过特征 建模方法建立模具零件模型，然蜃通过一个数据转换模块创建了注塑模具零件特 征数据库，这些数据库信息通过制造特征识别模块作为基于知识库的工艺规划专 家系统中工艺设计和工时估算的输入信息，王艺决策通过系统中的工艺规则来执 行，这些规则来自于工艺入员长期积累的经验。最后，通过一个模具型腔模板工 艺设计的实例说明系统的执行情况。 1 4 课题研究意义与研究内容 1 4 1 课题研究意义 在现代化工业生产中，许多产品的开发、制造都在很大程度上都依赖于模具 生产，特剐是在电子、汽车、电器、仪表、家电和通讯等行业中，6 0 一8 0 的 零部件都依赖模具成形，模具质量的好坏直接决定着这些产品的好坏，模具技术 的蹇低已成为衡量一个国家制造承平的重要标志之一，模吴工业已成为国民经济 的重要基础工业。因此，加快模具工业的发展，提高模具生产技术水平对于促进 工业经济的发展具有重要的意义。 模具作为一种商附加值和技术密集型产品，其设计制造水平的更新可大大推 动模具工业的发展。计算机技术的发展推动了制造技术的革新，随着计算机辅助 技术的应用日益广泛，如何在模具生产中充分利用计算机辅助技术，提高模具的 生产效率、缩短生产周期，全面提升模具生产技术水平，已成为近年来研究的课 题之一。 由于汽车覆盖件模具与汽车更新的密切关系，汽车覆盖件模具一直是全球汽 车业的研究热点之一。汽车覆盖件与一般冲莲件相比较，具有材料薄、形状复杂、 多为空间曲面、结构尺寸大和表面质量高等特点。作为生产汽车覆盖件的主要工 艺装备，汽车覆盖件模具具有结构尺寸大、型面形状复杂、尺寸精度离和表瑟粗 糙度低、要求使用寿命长、单件生产、设计制造周期长，对专家经验依赖性强等 特点。传统的覆盖件模具设计与制造过程存在设计制造周期长、信息共享程度低、 凭经验设计、结果难以预测、工艺设计效率低等问题，不能满足市场对汽车更新 的要求。通过对汽车覆盖件模具设计、制造现状的分析，可以看出，提高汽车覆 盖件模具快速响应市场的能力，需要运用现代设计技术实现汽车覆盖件模具快速 设计和结合先进制造技术实现覆盖件模具c a d c a p p c a m 快速集成。 综合以上分析，为了解决上述闻题，需要开发一种适合汽车覆盖件模具制造 特点的c a p p 技术，实现覆盖件模具c a d c a m c a p p 的有机集成，从而实现汽 车覆盖件模具的c a d ，c a m c a p p 一体纯，提高汽车覆盖件模具快速响应市场的 s 硕士学位论文 能力。课题就是在此背景下提出的。 1 4 2 课题研究内容 本文主要研究在p o w e r m i l l 软件环境中基于加工工艺性的汽车覆盖件模具 结构特征c a p p 技术的开发。针对汽车覆盖件模具加工工艺性的区别，汽车覆盖 件模具可以划分为不同的结构特征，不同的结构特征常有其特定的相似加工方法、 走刀路线、工艺流程和工艺参数。本文主要对汽车覆盖件模具不同结构特征c a p p 技术的开发进行了研究。 在开发汽车覆盖件模具结构特征c a p p 技术过程中，涉及到汽车覆盖件模具 结构特征的加工工艺知识。本文详细研究了在汽车覆盖件模具加工过程中，最常 用的加工特征一腔槽和曲面。 本文的主要研究内容如下： 1 基于加工工艺性的汽车覆盖件模具结构特征的分类方法，并详细讨论了常 见的具有典型代表性的拉延成型模模具型面的加工工艺流程及对其典型的加工工 艺进行了分析和总结。 2 介绍了汽车覆盖件模具加工制造的现状及汽车覆盖件模具加工制造的工艺 设计概况，并由此引出c a p p 技术在汽车覆盖件模具加工中的重要作用。详细讨 论了目前应用较为成熟的两种c a p p 技术：成组技术和基于事例推理技术。 3 汽车覆盖件模具数控加工c a p p 工艺的选择与优化，包括腔槽粗加工工艺 参数的选择与优化：主要研究腔槽加工的工艺内容和要求、加工过程中刀具的选 择、切削用量的选择与优化、走刀方式的选择与优化，给出了相应的数据或结论， 为进一步的研究提供了有价值的事实案例；汽车覆盖件曲面精加工工艺参数的选 择与优化：主要研究曲面精加工的工艺内容和要求、切削用量优化目标与约束条 件、精加工刀位轨迹的规划与优化等。 4 在上述理论基础上及基于汽车覆盖件模具结构特征的加工工艺性，以 p o w e r m i l l 软件为开发平台，利用其方便的工艺模板开发接口，开发出检索式的 汽车覆盖件模具数控加工c a p p 工艺模板。 5 最后通过实验，验证在p o w e r m i l l 软件环境中所开发的汽车覆盖件模具 数控加工c a p p 工艺模板的实用性和可行性。 1 5 小结 本章主要介绍了汽车覆盖件模具的基本概况及汽车覆盖件模具在我国汽车 工业自主创新中的作用。介绍了汽车覆盖件模具的制造工艺流程及数控加工技术 在汽车覆盖件模具制造中的应用。讨论了c a p p 技术在汽车覆盖件模具制造中的 应用及国内外c a p p 技术的现状。最后，引出本文所研究课题的意义及内容。 9 汽牮覆盖箨模其数控加工c a p p 技术研究 第2 章汽车覆盖件模具结构特征及其加工工艺性 2 1 汽车覆盖件模具的特点与分类 2 1 1 汽车覆盖件模具的特点 作力汽车车身生产的重要工艺装备，汽车覆盖件模具是汽车癸貌更新换代的 最基本、最重要的工装设备。覆盖件模具对汽车车身的质量起着决定性的作用。 覆盖件零件的复杂性，导致覆盖件模具比一般冲压磐模具复杂，与一般冲压模具 相比，覆盖件模具有以下特点： ( 1 ) 覆盖件模具工作零件的型蕊都是复杂的皇巍鳆面，难以用二维图纸来充 分表达其几何信息。传统上，对于模具工作零件的型面有时采用二维图纸和_ 产品 模型( 现主要采用兰维数字模型作为先进方法的主流) 相结合的办法来描述。 ( 2 ) 工作零件型面复杂，尺寸精度和表面粗糙度要求高，需要有专用的工装 夹具和大型加工、调试设备，加工的工艺过程和技术准备工作复杂，设计和制造 周期长。 ( 3 ) 轮廓尺寸大，模具成本高。轮廓尺寸是指模具下底板的长度和宽度之和， 覆盖馋模具的轮廓尺寸一般在3 5 米以上，大型覆盖件模具的轮瘁尺寸达六米戳上， 重达三十吨。 ( 4 ) 大量采用薄壁箱式结构、铸造镶块等工艺以降低成本，节约能源。 ( 5 ) 为适应大规模生产，要求覆盖件模具的使用寿命较长。 2 。l 。2 汽车覆盖件模具的分类 由于覆盖件零件曲面形状的复杂性、冲压工艺方案的多样性，加之设计人员 经验和设计风格的誉嚣，使褥覆盖件模具静类繁多，结构多样。覆盖l 率模具基本 结构特征可以按以下方式进行分类【2 7 1 。 ( 1 ) 按覆盖件冲压工艺的组合方式可将其划分为单工