基于NX在復合模設計與NC編程中應用

一、前言

　　本文講述了利用NX進行玻璃鋼產(chǎn)品的模具設計及其數(shù)控編程的流程，以實例的形式說明了NX軟件參數(shù)化特征造型和共享數(shù)據(jù)庫特性在模具設計和數(shù)控編程中的優(yōu)點，為讀者從事產(chǎn)品三維設計、模具設計與數(shù)控編程的高效應用提供了參考借鑒作用。

　　NX作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實現(xiàn)了產(chǎn)品零件組件從概念設計到制造全過程的設計制造一體化，使產(chǎn)品在CAD/CAE/CAM各單元系統(tǒng)之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動傳遞與無縫轉(zhuǎn)換：在CAE、CAM系統(tǒng)中能順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，且基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫基礎上同步更新，同時，產(chǎn)品設計、模具設計、產(chǎn)品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)能夠自動更新，避免了重復產(chǎn)品設計建模和NC數(shù)控編程，實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM數(shù)據(jù)的全相關性設計。NX提供的基于專家系統(tǒng)的模具設計功能和高效的數(shù)控編程功能，克服了傳統(tǒng)模具設計模式的缺點，通過模具檢測、自動分模、模擬開模和數(shù)控加工仿真的三維動態(tài)顯示等設計制造與視頻技術結合等手段，使設計更加直觀地展現(xiàn)在人們面前，極大地提高了產(chǎn)品設計與生產(chǎn)的效率，在保證產(chǎn)品生產(chǎn)進度和質(zhì)量的同時，解放了產(chǎn)品設計及工藝人員的勞動生產(chǎn)力。

　　二、NX的模具設計方案

　　1.基于專家系統(tǒng)的模具設計

　　利用NX軟件提供的三維造型功能，設計者可快速完成產(chǎn)品的創(chuàng)建與修改。利用NX專家系統(tǒng)模具設計功能，可快速完成分模、模具型腔及型芯的自動生成，標準模架零部件和組件的調(diào)用等相關內(nèi)容，最終完成注塑模、鑄造模、沖壓模的設計。其模具設計專家系統(tǒng)建立在產(chǎn)品設計與制造工藝流程 相結合的基礎之上，對如鑄造、注塑成型中的澆口、流道、凸凹模間隙設計、模具分型面的設計、零件厚度和拔模檢測等制造工藝經(jīng)驗進行了吸收和應用。利用NX可以對模具的性能、模具結構和注塑件在成型過程中的溫度場進行有限元傳熱分析和流道分析。

　　NX模塊在注塑鑄造成型模具設計過程中提供的功能包括：①分析設計零件是否可塑，對問題區(qū)域進行檢驗和修復。②零件材料、幾何模型和模具設計相對應的收縮間隙設計。③進行模具凸凹模分型面的設計。④模具凸凹模型芯型腔和澆口流道的設計。⑤模具開模模擬及厚度、拔模和干涉等檢測。⑥ 標準模架零部件組件調(diào)用及脫模機構的設計。⑦模具的單型腔模和多型腔模設計。⑧產(chǎn)品、凸凹模型芯和型腔的模具全相關性設計。⑨注塑模擬流動、傳熱及成型分析。

　　2.模具設計流程

　　利用NX進行模具設計的流程如圖1所示。

　　首先將設計好的產(chǎn)品零件和依標準模架設計的模具毛坯零件進行裝配，設置好正確的拔模方向，進行拔模和厚度檢測，設定產(chǎn)品收縮率與凸凹模間隙。然后，進行模具分型面的設計與凸凹模的分割，再進行開模模擬和干涉檢測。待凸凹模抽取成功后，進行澆口流道及脫模機構、標準模架及組件的裝配設計。最后，將所有的設計成品轉(zhuǎn)入生產(chǎn)部門進行零部件的選取與加工制造。

　　可以看到，該設計流程將企業(yè)的產(chǎn)品設計、工藝設計、模具設計和數(shù)控加工編程集成在一起，因此提高了產(chǎn)品、模具、工藝設計和數(shù)控編程的效率。3.熱復合模設計實例

　　玻璃鋼產(chǎn)品的加工制造常用的有纏繞成型、模壓成型、層壓成型和拉擠成型等工藝手段。玻璃鋼熱復合模的模壓成型是根據(jù)熱固性玻璃鋼復合材料產(chǎn)品的成型特點，通過一定的配料和填料工藝，在壓力機上經(jīng)一定溫度、壓力和時間的共同作用，最終加熱、固化和冷卻模壓成型的。玻璃鋼熱復合模設計的特點是：其模具分型面的設計、凸凹模設計與注塑模或鑄造模相似，但沒有澆口和流道，其脫模機構相對簡單，模具設計的主要部分集中在凸凹模型芯和型腔的設計上。

　　傳統(tǒng)的熱復合模具設計方式是：首先進行工藝性分析和標準模架的選取，然后進行凸凹模、脫模機構及相關部件的二維繪圖設計。這種模具設計手段效率低，不易檢查設計中的錯誤，且模具設計質(zhì)量很大程度上依賴于設計人員的經(jīng)驗。當二維繪圖完成后，進行數(shù)控加工編程時，需要重新進行三維造型。且當試模完成后，模具設計需要更改時，又要進行二維繪圖、三維造型和數(shù)控編程等大量重復的勞動，尤其是在凸凹模的型芯型腔設計與后續(xù)數(shù)控加工編程時，繪圖和檢測的工作量極大。

　　利用NX基于專家系統(tǒng)的模具設計功能模塊，設計師可以直接根據(jù)產(chǎn)品進行模具分型面設計、凸凹模設計、干涉檢測、開模模擬和模具裝配等，將凸凹模設計一次完成，避免了模具設計人員因經(jīng)驗不足引起的錯誤。同時，將模具設計完成后得到的凸凹模，直接轉(zhuǎn)入后續(xù)的NC加工模塊進行數(shù)控加工編程，且當產(chǎn)品和模具需要修改時，凸凹模及數(shù)控加工的刀具軌跡隨著設計更改而全部自動更新，提高了模具設計和數(shù)控編程的效率和質(zhì)量，整個設計過程都是在集成的環(huán)境下完成的。

　　圖2為利用NX模塊進行某玻璃鋼產(chǎn)品及其模具的凸凹模設計實例，圖中(b)為設計時的分型面及拔模方向。整個凸凹模的設計完全根據(jù)產(chǎn)品模型進行分模設計，開模同時將凸凹模一次設計完成，與采用傳統(tǒng)的二維設計相比，大幅度提高了設計的效率，縮短了模具設計制造周期。

　　三、NX的數(shù)控加工編程

　　1. 數(shù)控編程功能簡介

　　在產(chǎn)品的數(shù)控加工編程方面，NX軟件提供了功能強大的數(shù)控編程模塊NX/NC。該CAM模塊和CAD模塊集成在一起，具有強大的數(shù)控加工編程和后置處理功能。NX/NC可分別對各種加工機床的各種加工方式進行數(shù)控加工編程，能產(chǎn)生生產(chǎn)過程規(guī)劃，提供參數(shù)化的刀位軌跡，估計加工的時間。它所具有的數(shù)控車削、銑削和線切割加工編程功能，支持車削中心、五軸銑削中心和四軸線切割數(shù)控加工編程功能，具備完整的關聯(lián)性，對任何設計更改，能自動生成加工程序和資料。

　　利用NX/NC生成的刀具軌跡文件稱為CLData(Cutter Location Data)。通過Nc Check可以進行仿真加工檢測切削狀況，其中，系統(tǒng)提供的Vericut模擬功能可以模擬材料的去除過程，用戶可以對切削過程進行快速校驗，對刀具軌跡進行優(yōu)化設計，以預測誤差和干涉過切。產(chǎn)生的CL刀位文 件經(jīng)Ncpost或Gpost的后置處理，即可產(chǎn)生NC代碼。其提供的后置處理程序能滿足如Fanuc、Heidenhain、Simenses、Mitsubishi、Mazak、Agie和Charmilles等數(shù)控系統(tǒng)的要求。用戶可以通過修改Option File文件(機床配置文件)和FIL File 文件(數(shù)控機床系統(tǒng)接口文件)，產(chǎn)生適合自有數(shù)控機床系統(tǒng)的后置處理程序。

　　2. 數(shù)控編程流程

　　數(shù)控編程是指根據(jù)被加工零件的技術要求、幾何形狀、 尺寸及工藝要求來確定加工方法、加工路線和工藝參數(shù)、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、刀具進給量、切削深度等)及輔助功能(主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關等)的設置，進行數(shù)值計算獲得實際加工時的刀具軌跡，然后按數(shù)控機床所采用的代碼及程序格式， 輸出工件的數(shù)控加工程序的過程。

　　數(shù)控加工編程的功能模塊一般包括圖形幾何造型、刀具軌跡設計、刀具軌跡編輯、加工仿真、后置處理和全數(shù)據(jù)關聯(lián)參數(shù)化驅(qū)動修改等功能模塊。利用NX/NC進行數(shù)控程序的編制流程與實際加工的邏輯思維是相似的，圖3為利用NX進行數(shù)控編程的流程圖。

　　利用NX/NC模塊進行數(shù)控編程時，要求制造工程師遵循一定的邏輯步驟來設計加工所需的刀具軌跡，其過程是：首先設計加工所需的制造模型(產(chǎn)品與毛坯)，然后建立包含加工機床、刀具、夾具和加工坐標系等方面內(nèi)容的制造工程數(shù)據(jù)庫(加工環(huán)境設置)，其定義可在刀具軌跡設計規(guī)劃之前完成，也可在進行刀具軌跡設計的同時進行設置。接下來，選擇被加工的幾何對象(點、輪廓、曲面或?qū)嶓w)和加工方式(如體積銑削和曲面銑削等)，根據(jù)具體的加工方式確立合適的切削工藝參數(shù)(如步距、深度、主軸轉(zhuǎn)速等制造參數(shù))，系統(tǒng)根據(jù)加工對象和加工方式，及切削工藝參數(shù)進行數(shù)值計算，生成需要的刀具軌跡。這里為了提高刀具軌跡的設計質(zhì)量，通常通過仿真加工(Vericut功能)檢測刀位軌跡的不合理之處。最后，利用后處理程序，將CL Data文件經(jīng)Gpost或Ncpost等后置處理生成相應數(shù)控機床系統(tǒng)的NC加工程序代碼。

　　3. 數(shù)控編程實例

　　利用NX進行產(chǎn)品及模具的數(shù)控編程與仿真加工，當產(chǎn)品模型更改時，所設計的凸凹模型芯型腔和數(shù)控加工程序數(shù)據(jù)，刀具軌跡和NC代碼都會隨之更新。從而實現(xiàn)了產(chǎn)品設計與制造數(shù)據(jù)的全相關，即設計制造一體化。圖4為玻璃鋼熱復合模凸模產(chǎn)品數(shù)控加工的刀具軌跡圖，用戶可以根據(jù)加工的需要，對數(shù)控編程過程樹和工藝參數(shù)表的內(nèi)容進行編輯修改，從而生成高效優(yōu)質(zhì)的數(shù)控程序。