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铝材挤压模具三维图的设计细节及绘制技巧

   日期:2015-11-21     来源:佛山坚美铝业有限公司    作者:何旭健,薛刚    浏览:3277    评论:0    
1 数控技术的概述

1.1 数控技术概述

1.1.1 数控技术 

数字控制技术(Numerical Control),简称数控技术,是指用数字化的信息实现加工自动化的控制技术。控制对象不仅可以是位移、角度、速度等机械量,也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量,这些量的大小不仅是可以测量的,而且可以经A/D或D/A转换,用数字信号来表示。数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术,是机械加工现代化的重要基础与关键技术。

1.1.2 计算机数控技术

计算机数控技术(Computer Numerical Control),是采用存储程序的专用计算机或通用计算机来实现部分或全部数控功能。

1.1.3 数控加工

数控加工是指采用数字信息对零件加工过程进行定义,并控制机床进行自动运行的一种自动化加工方法。数控加工技术是20世纪40年代后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一种自动化技术。1947年,美国帕森斯(Parsons)公司为了精确地制作直升机机翼、浆叶和飞机框架,提出了用数字信息来控制机床自动加工外形复杂零件的设想,他们利用电子计算机对机翼加工路径进行数据处理,并考虑到刀具直径对加工路径的影响,使得加工精度达到±0.0015英寸(0.0381mm),这在当时的水平来看是相当高的。1949年美国空军为了能在短时间内制造出经常变更设计的火箭零件,与帕森斯公司和麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所合作,于1952年研制成功世界上第一台数控机床─三坐标立式铣床,可控制铣刀进行连续空间曲面的加工,揭开了数控加工技术的序幕。

1.2 数控加工的特点

1.2.1 具有复杂形状加工能力

复杂形状零件在飞机、汽车、造船、模具、动力设备和国防军工等制造部门具有重要地位,其加工质量直接影响整机产品的性能。数控加工运动的任意可控性使其能完成普通加工方法难以完成或者无法进行的复杂型面加工。

1.2.2 高质量

数控加工是用数字程序控制实现自动加工,排除了人为误差因素,且加工误差还可以由数控系统通过软件技术进行补偿校正。因此,采用数控加工可以提高零件加工精度和产品质量。

1.2.3 高效率

与采用普通机床加工相比,采用数控加工一般可提高生产率2—3倍,在加工复杂零件时生产率可提高十几倍甚至几十倍。特别是五面体加工中心和柔性制造单元等设备,零件一次装夹后能完成几乎所有表面的加工,不仅可消除多次装夹引起的定位误差,还可大大减少加工辅助操作,使加工效率进一步提高。

1.2.4 高柔性

只需改变零件程序即可适应不同品种的零件加工,且几乎不需要制造专用工装夹具,因而加工柔性好,有利于缩短产品的研制与生产周期,适应多品种、中小批量的现代生产需要。

1.2.5 减轻劳动强度,改善劳动条件

数控加工是按事先编好的程序自动完成的,操作者不需要进行繁重的重复手工操作,劳动强度和紧张程度大为改善,劳动条件也相应得到改善。

 



1.2.6 有利于生产管理

数控加工可大大提高生产率、稳定加工质量、缩短加工周期、易于在工厂或车间实行计算机管理。数控加工技术的应用,使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体,使零件的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)的一体化成为现实,宜于实现现代化的生产管理。

1.2.7 数控机床价格昂贵,维修较难

数控机床是一种高度自动化机床,必须配有数控装置或电子计算机,机床加工精度因受切削用量大、连续加工发热多等影响,使其设计要求比通用机床更严格,制造要求更精密,因此数控机床的制造成本较高。此外,由于数控机床的控制系统比较复杂,一些元件、部件精密度较高以及一些进口机床的技术开发受到条件的限制,所以对数控机床的调试和维修都比较困难。

1.3 数控机床的种类

1.3.1 数控机床

数控机床就是按加工要求预先编制程序,由控制系统发出以数字量作为指令信息进行工作的机床。数控机床将零件加工过程所需的各种操作(如主轴变速、主轴起动和停止、松夹工件、进刀退刀、冷却液开或关等)和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示,由编程人员编制成规定的加工程序,通过输入介质(磁盘等)送入计算机控制系统,由计算机对输入的信息进行处理与运算,发出各种指令来控制机床的运动,使机床自动地加工出所需要的零件。

现代数控机床综合应用了微电子技术、计算机技术、精密检测技术、伺服驱动技术以及精密机械技术等多方面的最新成果,是典型的机电一体化产品。

1.3.2 数控铣床

数控铣床使用计算机数字化信号控制的铣床。它可以加工由直线和圆弧两种几何要素构成的平面轮廓,也可以直接用逼近法加工非圆曲线构成的平面轮廓(采用多轴联动控制),还可以加工立体曲面和空间曲线。它可进行镗、铣、扩、铰等多种工序的加工,主要适用于板类、盘类、壳体类等复杂零件的加工,特别适用于汽车制造业和模具业。

1.4 数控铣床的组成部分
数控铣床一般由铣床主机、控制部分、驱动部分及辅助部分等组成。

1.4.1 铣床主机

它是数控铣床的机械本体,包括床身、主轴箱、工作台和进给机构等。

1.4.2 控制部分

它是数控铣床的控制核心。

1.4.3 驱动部分

它是数控铣床执行机构的驱动部件,它包括主轴电动机和进给伺服电动机等。

1.4.4 辅助部分

它是数控铣床的一些配套部件,包括刀库、液压装置、气动装置、冷却系统、润滑系统和排屑装置等。
 
2 挤压模具上模画法的基本流程

每个软件的绘制流程都不一样,即使软件一样,每个人的画法也有不同。而不同的画法表现出来的效果大致一样,但会影响到某些细节位置和倒圆角。接下来介绍的是以SolidWorks 2004这款软件进行讨论。

SolidWorks 2004绘制挤压模具上模三维图基本流程:

分流孔——入料口斜位——沉桥——阻流包——下空刀——公头——桥位——修整阻流包——倒圆角

其中挤压模具三维图的基本绘制流程是这样,其中最难修整的位置为修整阻流包,这为很多初学者不知道怎么修整,有些是不了解模具的外貌,有些是位置比较难取舍等等的理由,这需要大量对实体的观察和经验的累积。其次是复杂的分流孔和倒圆角的顺序等等。

2.1 分流孔

分流孔大概简单可以分为两种,出料口和入料口对称,出料口和入料口不对称。区别在于用特征—放样的时候,需要使用辅助线。接下来介绍一下对称和不对称的画法。

A.对称的分流孔

铝材挤压模具对称的分流孔


铝材挤压模具对称的分流孔


对于这种对称的分流孔,如果有斜度的话,不对称是在圆角的位置一般延长下去,出料口比入料口长一些,或者从直观一些的角度,出料口和入料口图形的端点只要一样和图型对称就可以称为对称。而第二张图的直孔,也可以不用特征—放样,而直接使用特征—切除做出。

B.铝材挤压模具不对称的分流孔

铝材挤压模具不对称的分流孔

铝材挤压模具分流孔外貌处理方法


分流孔外貌 处理方法

对于不对称的分流孔,可以用两种方法来画。一种就是将出料口和入料口的草图端点画成一样,就像第一组图的情况,大部分可以使用这种画法解决,而且效果比画辅助线要好。第二种情况是不规则的孔和不可能画成一样端点的孔。这种只能靠用辅助线来帮助,第二组图是使用了辅助线法。

  
2.2 入料口斜位

入料口斜位可以使用特征—放样也可以使用特征--拔模与特征—组合—删除的方法做出来,我一般使用的后者。

铝型材模具入料口斜位设计




先画草图 拉伸后拔模相对应的角度 特征—组合--删除


2.3 沉桥

沉桥唯一注意的是有斜度的位置拔模角度应该给多少,哪些位置应该给角度,而这个位置可以一次给大一些,然后慢慢减少到最少值解决。

铝材挤压模具的沉桥设计

出现这种位置说明需要拔模或者你已经拔模但角度并不够



2.4 阻流包

阻流包的问题是怎么取线比较好画,哪个面需要拔模。一般来说,阻流包拿的线越简单,图形越简单,会影响到以后的绘制,而且是直接影响。哪个面拔模一般可以理解为,对着分流孔的面但不超出分流孔的面需要拔模,但并不是每个位置都需要。

铝材挤压模具的阻流包三维图的画法



上图中阻流包的草图我直接拉直了凹位,这里方便了拔模,而那个位置可以以后补上去,所以不会有影响。而左面虽然满足条件,但因为位置太窄,即使拔模出来,以后做出来依然需要切去,所以可以不拔。或者也可以拔出来,看看效果。不好的话,可以留到后面修整。

模具阻流包的草图拉直凹位


上图中是不需要拔模的面,因为离分流孔很近,而且入料口有斜位,即使做出了拔模,以后也会切去。如果这里是直孔的话,也是需要做出来。如果离得这么近的话,阻流包线和分流孔两线的距离在0.5mm以内的话,可以直接选用分流空的线作为阻流包线,简化了以后的步骤。

2.5 下空刀、公头

下空刀只需要把线选好直接特征—拉伸到设计图的高度就可以了,公头也是这样,不同的是按照不同加工要求用等距实线放大余量就可以了。


2.6 桥位

桥位的问题和阻流包大概一样,哪些位置需要拔模,哪些位置拔多少度,哪些位置怎么取线方便。而最难的是取线方面的问题,以下将针对这方面进行讲解。

A.阻流包的线在公头线外面

铝型材挤压模具桥位设计三维图画法


这种情况可以直接选阻流包的线作为边界线



B.公头线在阻流包外面

模具公头线在阻流包外面三维图画法



这种情况可以选用公头线作为边界,因为立式加公,如果这里使用阻流包线,在加工完毕以后这里将会有一个阶梯形状的级位。


C.没有阻流包的面

没有阻流包的面画法



这种情况可以使用下刀空的线作为边界线


2.7 修整阻流包

这里对于不同的位置有不同的修整方法,而且可能每个人对模具理解不同,经验的多少,不同企业对模具要求的不同会有不同的对策,可是大致上是一样。

A.情况1

修整阻流包的画法1


修整方法 修整后


在不太规则的分流孔处的阻流包位,可以采用这种修整的方法,角度的大小比较主观,只要接近就可以。



B.情况2

修整阻流包的画法2

把全部或者需要修整边界线拉伸后,然后按阻流包的角度拔模,使用组合—添加就可以把台阶去掉





组合后


C.情况3

修整阻流包的画法3


点的选取是桥位线,下空刀(或者公头)的交点,分流孔圆狐和直线的交点所构成的草图进行切除

 



D.情况4

修整阻流包的画法4



对于分流孔位置是两直线一圆狐的组合的位置,阻流包角度在20~25度左右,如果凸出的角并不是太大或者太接近分流孔可以直接倒圆角,不进行修整

修整阻流包的画法5



面对这种比较窄的可以选择切除也可以不切,但不切的话对于倒圆角是比较方便,而且效果比较好。如果切了的话,一般来说会出现台阶,对于倒圆角是一种阻碍。所以不推荐切除,尽量使它自然接顺下去。


E.情况5

修整阻流包的三维图画法6


对于这种在边界位置上的阻流包,尽量的把尖角位去掉,特别在桥比较短,与焊合室距离比较近的位置上,保证供料顺畅。

阻流包这里位置千变万化,每个位置即使同一个人画两次都可能会出现不同的修整,在不同在企业对阻流包的要求不同也会有相应的变化,不能只用一种方法去修整。阻流包修整的好坏将直接影响后面倒圆角的好坏。因为它带有主观性和变化性,所以阻流包绘制是三维图里面的一座高山。

2.8 倒圆角

前面的步骤是为倒圆角积下的基础,如果你发现你倒圆角怎么都不能倒顺的话,有可能是因为你面的步骤画得不好,有些位置做的不适合或者过于复杂,以致于倒圆角的步骤变得艰辛和困难。还有倒圆角的顺序在这里显得非常重要,同一个位置不同的顺序将会有不同的效果。倒圆角要倒出来可能并不困难,但要倒得顺,倒得美可是一件困难的事。

A.情况1

铝型材挤压模具倒圆角画法


上图可以看见顺序2在交点处的圆角接得更顺,而且更为流畅,虽然在实际效果上差别并不大,但还是推荐使用顺序2的做法。



B.情况2

铝型材挤压模具倒圆角画法2

这种情况可以明显看到顺序的重要点,顺序1中先把阻流包的棱先倒圆,这样防止2,3步对它的限制。如果使用顺序2中的倒法,将会受到限制而不能倒得好。

C.情况3

铝型材挤压模具倒圆角画法3


这里是一个比较注意的位置,因为倒圆角的顺序的不同而导致错误还是会有,这里就是一个例子。正确的画法应该像顺序1那样顺着下去,而顺序2明显是歪了,这样是一个典型的错误,应该要避免。

D.情况4

铝型材挤压模具倒圆角画法4

这里是一种常见的位置,倒圆角的顺序有3,4种以上,但能倒得好却不多。顺序1的倒法在倒5的时候明显受到2的限制,因此5即使用变半径也倒得不太顺。顺序2的倒角把顺序1中的2,5连起来,成为一条线进行倒圆角,效果要比顺序1好很多。

倒圆角的情况比阻流包修整更多更复杂,不可能一一举例,而且每个人心中的“顺”的定义都不同,不过只要不要太过的尖或者圆就可以。圆角的好坏直接影响到模具的寿命,供料的顺畅,快慢等等,所以倒圆角也成为三维图里的第二座高山。

3 总结
随着数控技术的发展和应用,使得数控技术在挤压模具行业越来越广泛,而三维图是数控技术加工的基础。针对三维图在数控技术上的重要性,将对挤压模具上模细节部分绘制进行举例并且解说。
数控技术的发展,数控机床不仅在宇航、造船、军工等领域广泛使用,而且也进入了汽车、机床等民用机械制造行业。目前,在机械制造行业中,单件、小批量的生产所占有的比例越来越大,机械产品的精度和质量也在不断地提高。所以,普通机床越来越难以满足加工精密零件的需要。同时,由于生产水平的提高,数控机床的价格在不断下降,因此,数控机床在机械行业中的使用已很普遍。而数控机床加工大部分以三维图为基础,正因为如此,在绘制三维图需要的精度越来越高,每个位置都尽量把设计图上想表达的表现出来。因此本文介绍数控技术的概述和针对挤压模具上模一些细节部分绘制的问题。


 
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