Delcam(中國)有限公司 翟萬略

談到汽車模具質(zhì)量控制的自動化，對模具人來說是一種預(yù)期和理論上存在的可能性，現(xiàn)階段軟硬件技術(shù)、管理模式等的發(fā)展很難支持和做到。但對于汽車模具工藝穩(wěn)定性提高、實現(xiàn)汽車模具制造的工藝自動化，則在一定程度上可以做到汽車模具質(zhì)量控制自動化；利用軟件足夠的開放性、強(qiáng)大的功能和計算能力，實現(xiàn)一定的定量目標(biāo)，讓汽車模具的設(shè)計規(guī)范、制造規(guī)范、工藝過程能被復(fù)制。

本文針對汽車外覆蓋件(內(nèi)飾件限于篇幅在此不做論述），從三個方面進(jìn)行探討： 汽車模具質(zhì)量自動化快速覆蓋件設(shè)計工具;覆蓋件模具企業(yè)核心技術(shù)，無人職守加工工藝知識庫積累；一汽模具成功應(yīng)用無人職守案例分享。

一、汽車模具質(zhì)量自動化快速覆蓋件設(shè)計工具

我國汽車內(nèi)外飾件的制造發(fā)展，從過去軟件技術(shù)較低階段的產(chǎn)品——棱角分明的老三樣，到現(xiàn)在設(shè)計標(biāo)新立異，極富創(chuàng)意的汽車設(shè)計理念，隨著軟件技術(shù)、設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，制造理念也隨之改變。汽車覆蓋件設(shè)計建立在相應(yīng)的功能模塊上完成；設(shè)計質(zhì)量和相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范有密切關(guān)系，專用設(shè)計工具軟件、軟件的客制化能力，決定設(shè)計自動化水平和效率。

模型準(zhǔn)備是汽車覆蓋件模具設(shè)計工藝的設(shè)計過程，關(guān)系著模具設(shè)計的成敗。預(yù)先需要考慮的模型準(zhǔn)備事項包括：去除模型尖角和小的圓角(見圖1）、模型質(zhì)量檢查、去除閉角區(qū)域、開放區(qū)域填充、壓力中心確定、最小拉延深度、最優(yōu)壓力中心(見圖2）、最少的彈性回變。

圖1 去除模型尖角和小的圓角

圖2 最優(yōu)壓力中心確定

本文采用Delcam公司的設(shè)計系統(tǒng)Powershape Pro的Toolmaker專用功能進(jìn)行設(shè)計覆蓋件工藝補(bǔ)充面快速設(shè)計，如圖3所示，通過專用功能對模型壞面修復(fù)、切邊展開和生成切邊線，快速工具有效地把數(shù)十步軟件操作簡化為幾個基本按鈕，實現(xiàn)模型工藝補(bǔ)充面設(shè)計的模型沖壓工藝處理、孔洞的自動填充、模型關(guān)順性處理，曲面縫隙智能功能，可以快速找到縫隙，并且由工程師確定填充、忽略或生成縫隙曲線。

圖3

圖4

如圖4所示，對于工藝補(bǔ)充面設(shè)計，Powershape Pro的Toolmaker提供專門的汽車覆蓋件工藝設(shè)計規(guī)范，同時也可以采用用戶定義覆蓋件工藝設(shè)計規(guī)范，不同工藝面之間的融合和連接，可以自動光順，對于產(chǎn)品邊界自動處理功能，客戶無需對覆蓋件工藝邊界單個面進(jìn)行工藝補(bǔ)充設(shè)計，可以對整個模型生成工藝補(bǔ)充面，然后根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；對覆蓋件設(shè)計來說，沖壓工藝往往會通過CAE軟件進(jìn)行分析，通過CAE分析數(shù)據(jù)和經(jīng)驗值對拉延工藝進(jìn)行調(diào)整和處理；Powershape Pro提供的模仿變形功能(全模型變形編輯功能），解決鈑件回彈、斷裂、翹起及其他回彈變形問題，需要加工之后進(jìn)行補(bǔ)償和修復(fù)，做補(bǔ)償面的修改上也有很大局限(見圖5）。高效、創(chuàng)新的三維CAD設(shè)計工具，獨有的模仿變形功能，解決鈑金回彈問題，快速修改覆蓋件工藝面，節(jié)約加工、修模時間。該功能允許客戶定義全局變形的影響區(qū)域 。另外，該功能可以考慮使用在汽車模具企業(yè)的CAE部門，經(jīng)CAE分析數(shù)據(jù)后，可根據(jù)分析缺陷在極短的時間內(nèi)快速調(diào)整模型，進(jìn)一步進(jìn)行分析，從而避免CAE和CAD部分之間的反復(fù)，設(shè)計規(guī)范和智能化程度會進(jìn)一步提高。筆者曾參觀韓國某汽車覆蓋件企業(yè)，當(dāng)模具制作完成后，其根據(jù)制件掃描分析的翹曲變形情況，采用Powershape Pro提供的模仿變形功能進(jìn)行模面修改，進(jìn)一步加工獲得能夠沖壓出精確制件的精準(zhǔn)模具。

圖5

對于汽車覆蓋件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡單而繁瑣業(yè)界同仁頗有共識，基于企業(yè)知識庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫，Powershape Pro的Toolmaker所包含的FowerFeature功能(見圖6），為這些標(biāo)準(zhǔn)件添加不同的屬性，和模具本體之間的布爾運算關(guān)系完美融合，在模具上設(shè)計某些裝配特征的同時，自動產(chǎn)生相應(yīng)的設(shè)計元素(包含在FowerFeature元素），部件的FowerFeature可以包含多組特征和設(shè)計思路，從而為模具設(shè)計知識庫儲備提供有效工具。這和傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)件庫有本質(zhì)的區(qū)別，通過定義組件庫FowerFeatures,設(shè)計自動化將能夠部分實現(xiàn)，同時庫的形成即是規(guī)范形成，對汽車內(nèi)外飾件模具設(shè)計有著非常積極的意義。

圖6

二、覆蓋件模具企業(yè)核心技術(shù)，無人職守加工工藝知識庫積累

汽車模具企業(yè)數(shù)控加工車間，是整個企業(yè)投資資本最為集中的區(qū)域，設(shè)備效率、加工效率、程序安全、刀具成本、維修成本、用人成本、管理成本都非常高。模具加工車間是覆蓋件模具企業(yè)的產(chǎn)品和模具質(zhì)量程度自動化及其他技術(shù)能力集中表現(xiàn)的場所。一定程度的模具質(zhì)量自動化，需要靠嚴(yán)格的規(guī)范作為保障，主要包含以下幾個方面：

(1）編程過程規(guī)范精細(xì)化。

(2）模具數(shù)控制造柔性化。

(3）產(chǎn)品質(zhì)量自動化。

(4）制造管理數(shù)字化。

(5）優(yōu)秀的軟件支持合作伙伴。

1.作業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)化

作業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)化，主要包含模型處理標(biāo)準(zhǔn)、刀庫標(biāo)準(zhǔn)、制訂安全的PowerMILL編程標(biāo)準(zhǔn)、安全保障標(biāo)準(zhǔn)、后處理管理、數(shù)控程序控制標(biāo)準(zhǔn)、備刀信息標(biāo)準(zhǔn)、程序標(biāo)單標(biāo)準(zhǔn)。如圖7所示，某企業(yè)制定的作業(yè)過程處理標(biāo)準(zhǔn)，通過該方式，企業(yè)在對覆蓋件模具進(jìn)行制造的每個階段都有相應(yīng)的知識積累，通過Delcam Powermill充分的開放性，定制和完成覆蓋件企業(yè)的數(shù)控加工制造知識工程。

2.編程過程精細(xì)化

其主要的目標(biāo)是實現(xiàn)汽車覆蓋件模具3D的自動加工，提高編程、數(shù)控加工效率，降低加工成本，快速產(chǎn)出，縮短模具的制造周期，以及數(shù)模的分析，程序的編制，程序加工狀態(tài)分析，刀具的動態(tài)管理，針對數(shù)控加工車間不同數(shù)控設(shè)備安全規(guī)范的后處理，3D自動加工過程控制；精細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)企業(yè)知識積累不同階段分別處理，首先對覆蓋件模具加工細(xì)節(jié)分類，定制智能化的加工模式，并歸類到Delcam Powermill模版、宏及二次開發(fā)庫。

下面我們把3D自動加工的工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行羅列：

(1)3D自動加工。

(2)分層清角 。

(3)擺角加工碰撞分析 。

(4)刀具動態(tài)管理等 。

(5)型面工藝清角程序加工效率低。

(6)無過切 (立軸程序轉(zhuǎn)換為3+2軸程序)，無碰撞3D型面無人化加工。

(7)沖孔模具凹模孔，凹模套 (窩座)孔程序化加工。

(8)修邊模具刃口輪廓的加工 (三維的刃口輪廓程序)。

(9)程序刀具信息的管理。

(10)編程數(shù)據(jù)庫 (刀具庫、機(jī)床庫、編程模板)的建立。

(11)加工程序的信息管理與傳遞。

(12)2D(模具的結(jié)構(gòu)面)程序化加工的實現(xiàn)。

(13)數(shù)控加工過程中現(xiàn)場問題的解決。

(14)編程過程中各種的批處理。

(15)3+2加工過程中的過切、碰撞分析。

(16)程序問題更改處理。

圖7

然后定制自動化 “一鍵編程”操作按鈕和功能，針對覆蓋件特殊工藝進(jìn)行快捷化處理，如針對平面加工的一鍵編程處理，通過基本的儲備和積累，以達(dá)到模具編程完全建立在知識庫的基礎(chǔ)上，每次獲得的結(jié)果都是相同的。

3.模具數(shù)控制造柔性化

如果有安全可靠的程序，數(shù)控加工的無人化是能做到的，但往往企業(yè)擁有自動化程度非常高的高速、五軸加工中心，卻很難做到無人職守加工。

基于Delcam Powermill汽車覆蓋件數(shù)控加工質(zhì)量自動化，是建立在無過錯工藝知識庫積累、無過錯刀具參數(shù)知識庫積累、無過錯碰撞干涉檢查規(guī)程積累、無過錯工藝表單自動生成、無過錯備刀文件自動生成、無過錯加工策略使用的基礎(chǔ)上，Powermill軟件的全程無過切、數(shù)控程序工藝完全由系統(tǒng)完成；關(guān)于柔性化管理，同樣是建立在編程規(guī)范基礎(chǔ)上，編程知識庫入庫模式和管理。

汽車覆蓋件企業(yè)現(xiàn)階段面臨更換軟件的難題。主要表現(xiàn)為：軟件要真正支持64 bit計算、多線程、后臺處理、多CPU計算等基本需求，對大模型的高精度、大數(shù)據(jù)量的需求，軟件編程效率和機(jī)床運行效率需要雙向提高；提高數(shù)控車間整體運行效率、砍掉落后產(chǎn)能是當(dāng)期需要考慮的問題；同時軟件先進(jìn)的刀具庫、機(jī)床庫管理、總工時及機(jī)臺工時統(tǒng)計和管理；達(dá)成提高設(shè)備運行性能和效率節(jié)約刀具成本的目標(biāo)。另外，確保制造安全(例如：一塊保桿凹模的材料成本36～80萬之間），確保設(shè)備運行安全(碰撞干涉檢查），確保知識能夠積累，而非依賴編程 “高手”等，也是企業(yè)選擇軟件所要關(guān)注的。

三、一汽模具成功應(yīng)用無人職守案例

2002年，一汽模具中心攜手Delcam公司，并合作在無人職守數(shù)控加工方面作出創(chuàng)舉的技術(shù)，值得同仁借鑒。

Delcam PowerMILL是為汽車覆蓋件制造領(lǐng)域立下汗馬功勞的編程系統(tǒng)。汽車覆蓋件從過去拼焊組件，到現(xiàn)在的整體模具，如整體側(cè)圍，對CAM軟件大數(shù)據(jù)處理能力提出了需求。Delcam PowerMILL充分發(fā)揮了在大模型計算能力、高精度計算方面的優(yōu)勢，在企業(yè)知識庫積累、無人值守加工方面，一汽模具中心、二汽模具、成飛集成等企業(yè)最終都取得了驕人成績。

一汽模具中心基于知識積累數(shù)控編程加工，主要目標(biāo)是基于PowerMILL實現(xiàn)模具3D自動加工、2D自動加工，提高編程、數(shù)控加工效率，降低加工成本，快速產(chǎn)出，縮短模具的制造周期，適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的要求。

利用PowerMILL充分的開放性，軟件技術(shù)、數(shù)控編程技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)、數(shù)控機(jī)床宏命令及模具制造經(jīng)驗，有機(jī)地把整個制造車間的不同單元相互組合和結(jié)合，確保制造體系的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。生成智能化的程序中，包含了自動換刀、測刀、預(yù)熱、自動換輔助頭、換輔助頭后W軸自動差值補(bǔ)償、主軸功率限定、加工刀具伸出長度合法判斷、刀具折斷判斷等功能信息，程序傳輸?shù)綌?shù)控機(jī)床之前，通過PowerMILL真實環(huán)境仿真技術(shù)，把所有可能存在的碰撞、過切都有效避免，讓無人值守加工安全進(jìn)行。

四、結(jié)束語

綜上所述，提高數(shù)控的加工效率；提高模具的數(shù)控加工質(zhì)量，減少鉗工的工作量，縮短模具的制造周期；節(jié)約人力資源，降低勞動成本；作業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)化；編程過程規(guī)范精細(xì)化；產(chǎn)品質(zhì)量自動化；制造管理數(shù)字化等，有利于模具制造過程中的技術(shù)與經(jīng)驗的積累，有助于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展 (豐田技術(shù)發(fā)展模式)。同時實現(xiàn)刀具的動態(tài)管理，降低刀具的使用成本與庫存成本；有利于將制造經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為技術(shù)文件共享；提高企業(yè)的制造技術(shù)水平形象和行業(yè)地位。

以上探討內(nèi)容，有一定的片面性，不足之處請批評指正。□