基于UG的波形弹簧冲压模具数控加工

0 引言

　　随着高端设备与精密仪器仪表的开发与制造，各种复杂型面的零件越来越多地应用到产品设计与制造中。目前，随着UG等具有强大功能的CAD/CAM软件在生产实际中的应用，更进一步提高了各种复杂型面的设计与加工能力。UG是面向产品设计与制造的高端软件，给用户提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，实现高效优化的目标。文中针对波形弹簧这种特殊型面，在UG软件的开发环境下，实现其模具的三维空间造型，并结合数控加工刀具半径选择原则，优选刀具半径，实现了对波形弹簧模具从建模到数控加工的全过程优化。

1 波形弹簧模具建模

　　1.1 波形弹簧曲面特点

　　波形弹簧结构设计如图1所示。其技术要求是在极坐标平面内对同一方位上的曲面上的点高度严格一致，并要求弹簧表面平滑、光顺。由于其厚度为0.25mm，其加工方式常采用冲压成型。波形弹簧冲压模具的关键部位为波形弹簧成型面，成型面的建模方法与加工质量直接影响波形弹簧的冲压成型质量。图2为波形弹簧冲压凹模示意图。

　　1.2 模具建模理论   

　　建模拟合算法的优劣，直接关系到曲面的逼近精度与光顺性，进而影响总体曲面的质量。针对波形弹簧成型面采用双三次B样条曲面造型方法，实现光滑、光顺以及由点坐标严格控制的曲面 。双三次B样条曲面，其数学模型的矩阵表达式为 ：

　　1.3 UG环境下的模具建模方法

　　由于波形弹簧要求在极坐标平面内的同一方位上的曲面上的点高度严格一致，首先按照图1的结构特点，在极坐标平面内分别计算弹簧内外边界的型值点各16个，并采用UG环境下的点绘制命令，将波形弹簧的型值点输入UG系统中，作为空间曲线的控制点。然后对输入的控制点采用三次B样条曲线拟合，生成两条截面型线，作为空间曲面的控制边界，如图3所示。对由截面型线所约束的封闭空间，生成极坐标空间下的网格点，采用式（1）双三次B样条算法，计算网格点的空间占位。最终实现B特征网格沿着径向在圆周范围内进行延伸，得到如图4所示的曲面造型。

　　在此基础上，依据设计图建立模具本体，并与已建立曲面造型进行修剪，得到波形弹簧模具模型，波形弹簧凹模图如图5所示。