宫秀梅
青岛吉泰汽车模具有限公司山东省青岛市266200
摘要：在国外先进汽车覆盖件模具企业模具自动化加工技术已经被广泛采用，大力推广模具的自动化加工技术对国内汽模企业的发展有着重要的意义。文章介绍了汽车覆盖件模具自动化加工技术对设计的要求、消失型泡沫制造要求、铸件三维检测、加工编程等要求。
关键词：覆盖件模具；自动化加工；加工编程
中国汽车产业的高速发展带动了汽车覆盖件模具业的高速发展。目前，国内主要模具企业在硬件上与国际水平差距正在快速缩小，甚至有一批企业已经达到世界先进水平，技术明显进步。但是我们清楚的看到，有的模具企业花巨资从国外引进先进设备后，因制造技术未跟上，还是采用原来的加工方法，迟迟用不起来发挥不了应有的作用，只能在接单的时候充充当门面。特别是在模具自动加工方面，国外先进模具企业已经实现了模具自动化加工，我国大部分模具企业还停留在每台机床必须有人值守的加工方式。本文从模具设计、消失型泡沫制造、铸件检测、NC编程以及虚拟加工等方面介绍模具自动化加工的关键过程。
1、3D设计
汽车覆盖件模具3D设计是模具自动化加工的基础。在2010年以前我国大多数模具企业在模具设计方面都是采取AUTOCAD+UG（CATIA）的模式，在结构设计方面采用AUTOCAD，在模面设计上采用UG、CATIA等3D设计软件。这种特有的模具设计方式不仅不容易检查干涉，而且在后续泡沫型制作过程中，铸件厂只能根据2D图纸用手工粘接泡沫型。一般情况下，铸件厂家都会尽量多留点余量，保证后续能加工出产品。这样既浪费材料，也增加了模具企业的成本，还导致加工环节出现余量不均而造成撞机等设备事故。
近年来，随着主机厂对模具的要求越来越高和模具企业之间的竞争越来越激烈，模具企业大量引进了如：UG、CATIA等大型三维设计软件和UG、POWERMILL、TEBIS等高端CAM软件。三维设计的推广将设计完成的模具直观的表述出来，所有数据都可以从数模上直接测量，有效的解决2D设计的不足，为模具自动化加工奠定了基础。
2、消失型泡沫型的制造
铸件是汽车覆盖件模具的基础，高品质的铸件不仅要求材料性能达到高水平，还要求铸件余量均匀、几何尺寸与数模一致。2D设计时期，消失型泡沫型依靠手工制作。我们都知道，泡沫型和最后的铸件间存在缩水比例问题，2D图上的尺寸需要换算才能用于制造泡沫型，由于覆盖件模具结构复杂，尺寸繁多，多数情况下只依靠老师傅的经验计算，由计算错误而造成模具几何尺寸超差的情况也是时有发生。随着3D设计的普及，泡沫型的数控加工已经大量采用，泡沫型制作一般需要如下步骤：
（1）在模型3D设计时将需要加工的位置进行颜色标示处理，以便在后续泡沫模型加工过程中增加余量；
（2）对3D设计的数模按照铸造缩水比例进行缩放，得到用于泡沫型加工的新数模。
（3）整理模型，对设计人员用颜色标示的铸件上需加工的部位贴量，以保证铸造出的铸件有加工量，并且对局部需要工艺处理的部分进行模型修正。
（4）分析模型并合理分层，将数模分层以便于加工。
（5）泡沫型编程加工。
（6）粘接并贴字。
（7）检测、修正。（检测方法与下述铸件的检测相同）
3、铸件毛坯检测
CAM人员和工艺人员编制数控加工程序时完全依据冲压工艺设计部门提供的CAD数据，完全是理论数据，但操作者调用程序直接加工的对象是铸件。我们都知道，铸件和数模不可能完全一致，在理想的状态下，铸件与实体之间的差别是：在非加工面上铸件比数模大或小2～5mm，在加工面上铸件比数模大10～15mm，但在现实状态下，因受到铸造前和铸造时很多因素的影响，铸件与数模间的差别极不稳定，有时会差很多，比如铸造前工艺的更改，就会导致实型型面的更改，凹模和凸模加工量都会变大，并且不均匀。如果铸件回厂后，加工前不进行检测直接投入数控加工轻者打烂刀具，重者发生机床事故，给企业带来不可估量的损失。就是不发生上述问题，那么也会降低加工效率，并且对机床的损伤也很大。再有就是传统的编程方式，为了保证加工安全必然会让空刀多，走刀速度慢。现在模具加工基本不用球刀进行粗加工，而是采用牛鼻刀进行层切，要想实现层切加工必须对毛坯进行扫描，才能保证安全性和尽量减少空走刀。
国际上拥有3D扫描技术的公司很多，如ATOS、海克斯康、敏捷汽车模具三维光学快速检测等。主要检测方式有照相检测和白光扫描两种方法。
下面介绍TRITOP照相检测系统的基本操作过程：
（1）根据被测物体情况，对相机进行参数设。
（2）相机扫描。
a.贴点。就是在需要测量的物体上贴上参考点（非编码点）用于被测物体标定，在其周围必须放置起辅助作用的编码点。编码点的设置对检测结果的准确性至关重要。b.标尺的摆放。标尺是测量的基础，通过对标尺的校对可以获得准确的测量尺寸，标尺摆放可以不管被测物体的大小，标尺的摆放没有具体要求，模型上或者模型周边都是可以的，主要是方便后面照片的拍摄。
（3）拍摄照片。由于采用拍照的方式进行数据采集，故对拍照有基本要求，即在照片拍摄过程中，每一个检测点应该在多个不同的角度进行拍摄，同时，每张照片至少要包含前面照片中的5个点以上，这样才能保证我们每张照片是有效的，能被软件识别。在正面和侧面交界处应该相对多贴点，保证连接点不会断开，同时拍照时从不同角度多拍摄几张照片。
（4）扫描照片导入软件进行对比。将准备好的模型IGES文件导入到TRITOP软件中，确定模型的基准与建立的坐标系重合，然后对数模与毛坯面上的非编码点进行比对，通过公差带不同的颜色可以大概判断出非编码点的差值范围，然后根据实际需要精确检测需要的点。
4、CAM编程事项
在数控编程中，切削间距的选择是非常重要的，它关系到被加工零件的精度和加工费用。切削间距小，则加工精度高，钳工的研修工作量小，但所需加工时间长;切削间距大，则加工精度低，钳工的研修工作量大，研修后模具型面失真性较大，难以保证模具的加工精度，但所需加工时间短。由此可见，切削间距必须根据加工精度要求及占用数控机床的机时来综合考虑。对于手工劳动费用昂贵的发达国家来说，切削间距可以选得很小。例如采用直径为20mm的刀具进行模具表面的数控加工，间距可选为0.5mm，甚至更小一些，此时留在模具表面的手工研修量仅0.005mm左右，只需对模具表面稍加抛光即可。但其数控加工的时间很长，这对数控加工费用相对较昂贵的我国来说，显然是不合理的。因此，切削间距必须根据国情和厂情来合理地选择。
要实现自动化加工，我们必须做好如下事项：
（1）将上述毛坯测量数据与数模进行比较，并用作加工毛坯。
a.首先通过照相扫描设备采集点云数据，同时一定要把点云的坐标系和编程坐标系设置在同一位置，以便数模对齐；b.把采集到的点云进行处理，并生成曲面，保存成IGES格式，发送给编程人员，用于毛坯比较，和初加工程序编制，以及加工碰撞检查。
（2）建立企业的刀具数据库和加工规范。汽车覆盖件产品结构复杂，不同产品的模具对加工要求不同，为了提高加工效率和质量，我们应该尽量选用短刀加工产品，以获得高质量的模具表面，建立企业级的刀具库数据是编制高质量NC数据的基础。
（3）建立机床模型，用于虚拟加工，检查干涉。要实现自动加工，我们就必须在车间加工前就避免机床与工件干涉。现在，几乎所有的NC编程软件都自带仿真加工功能，通过简单设置我们可以直观的检查机床是否会与工件发生干涉。
5、结束语
随着我国汽车行业的高速发展，模具行业也步入了高速发展期，汽车覆盖件模具自动化加工技术是模具业发展的必经之路，我们应该紧抓行业发展的机遇，不断探索，提高我国模具制造业的技术水平。
参考文献：
[1]李海平.国内模具工业的现状及研发趋势[J].工业技术，2016(26)
[2]周雄辉.面向模具制造的CAPP系统研究与开发[J].模具技术，2013(5)
[3]方良，方芳.汽车模具企业设备现状及未来发展趋势研究[J].模具制造，2012.