基于NX CAM汽车前保险杠凹模的高速加工

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    随着计算机技术的发展，计算机辅助制造技术(Computer Aided Manufacturing，CAM)在工业制造业领域中得到了不断推广，各国相继推出了用于CAM的辅助设计软件，NX是其中应用最为广泛的一种。产品从设计、建模到分析、修改直至成型、生成加工代码均可以通过NX完成。其中的NX CAM模块具有较高的编程效率，便于用户快速编辑、调试程序；具备自动防过切和刀柄干涉检查功能；能够优化刀具路径和实现特殊的加工策略；具有直接输出样条曲线(NURBS)插补功能，可以快速加工出复杂而极其光滑的曲面。高速度和高精度是目前数控加工行业昀两大发展方向，基于NX等CAM软件，采用高速加工(High Speed Machining，HSM)技术，可借助计算机精确、方便、高效地加工各种复杂的工业零部件。

    汽车工业是我国制造业支柱产业之一，随着市场的不断变化，一方面，汽车的外形和功能也在不断发展，另一方面汽车及其配件的需求量也不断增加。能否快速加工生产各种高质量的汽车配件直接影响了汽车工业的发展。

    汽车保险杠在汽车发生碰撞时可以吸收缓解外部的冲击力，保持车辆的安全，其外形是复杂的三维曲面造型。由于位于汽车正前方，位置醒目，因此有外形尺寸精度高、表面质量严格的特点。汽车保险杠模具通常采用合成树脂或玻璃纤维增强塑料等材料经模具浇注而成。因此模具的优劣直接影响到成品的质量。汽车保险杠模具的生产加工存在以下难点：1）曲面部分设计复杂。2)高速加工过程中精度要求高。3)模具淬火后硬度要求较高。针对以上难点，本文以NX 6.0为二次开发平台，详细介绍汽车前保险杠模具的高速加工制造策略。

1 前保险杠凹模的高速加工策略

    如图1所示是某汽车前保险杠模具凹模型腔。采用高速切削技术直接加工该零件的模具钢材料，可以获得较高的表面质量，以及尺寸和形位精度。因此，可以省略常规模具加工的电火花加工和大量手工修磨等工序，缩短了工艺流程，极大地提高了加工生产效率。

    图1 汽车前保杠杠凹模型腔

    1.1 保证切削载荷的恒定和轻便

    在高速切削过程中保持恒定的切削载荷非常重要。为了使刀路轨迹光滑，在加工过程中应注意以下几点：

    1)采用小步距和浅切削深度(刀具直径的10％左右)进行加工；

    2)使用圆弧或螺旋线方式实现进退刀具；

    3)大量采用等高分层加工代替仿形加工；

    4)切除率尽量保持为常数；

    5)在粗加工时，不但要求刀具以圆弧或螺旋线方式进入工件材料，而且应当使进给率和机床转速之比达到最佳，从而避免急剧变化的刀具运动以及在外形轮廓上直接进刀和退刀。

    如图2所示为保险杠模具高速加工刀路光顺示意图。在高速加工过程中，一般要求刀具平滑地切入与切出工件，并通过缓慢调节可以保持连续的切削载荷，并达到保护刀具的目的。在切入工件时一般采用螺旋线方式进刀，切小工件时使刀具沿圆弧方向切出。

    图2 高速加工刀路光顺示意图

    另外，为了保证在拐角处具有平滑的走刀轨迹，刀具路径可以采用圆角或圆弧走刀，并相应地减小进给速度，这样往拐角处便能获得光滑的刀具轨迹，并保持连续的高进给速度以及加工过程的平稳性。现将NX CAM软件中“角和进给率控制”对话框中的“圆角”选项没定为“ALL Passes”来光滑拐角和步距，从而保持刀具负荷稳定。