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基于UG的波形弹簧冲压模具数控加工
CNC machining based on UG for stamping die of waveform spring
刘宏,罗丽丽
LIU Hong, LUO Li-ii
(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,绵阳621900
要:本文针对波形弹的大规模生产需求,结合UG在复杂曲面造型数控加工方面的优势,采用
双三次B样条曲面造型方法,建立了波形弹簧生产所需的冲压模具几何模型,并从加工工艺角
度,对模具数控加工中的关键问题展开分析,买现了最优小刀具半径的选择、刀具路径合理
规划以及粗精加工参数设置。应用结果表明:加工出的模具表面形状精度符合设计要求,能
够买现波弹的精密冲压。
关词:波形弹;双三灾B样条;数控加工;UG软件
中分类号:TH16
文标识码:B
文章绵号:1009-0134(2013)07(上)-0004-03
Doi:10.3969/.lSsn.1009-0134.2013.07(上).02
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
0.25
AD/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
图1波形弹簧设计图
开发从设计到加工真正实现了数据的无集成,
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。
图2波形弹簧设计图
1波形弹簧模具建模
近精度与光顺性,进而影响总体曲面的质量。针
1.1波形弹簣曲面特点
对波形弹簧成型面采用双三次B样条曲面造型方
波形弹簧结构设计如图1所示。其技术要求是法,实现光滑、光顺以及由点坐标严格控制的曲
在极坐标平面内对同一方位上的曲面上的点高度面り。双三次B样条曲面,其数学模型的矩阵表达
严格一致,并要求弹簧表面平滑、光顺。由于其式为
厚度为0.25mm,其加工方式常采用冲压成型。
a(vい)=∑M3(、()B=[ UMRBM2[V
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
0≤a、v≤1
形弹簧的冲压成型质景。图2为波形弹簧冲压凹模
式中:[]1-[321ll]=y3y2
示意图。
1.2具建槙理论
M,]=
建模拟合算法的优劣,直接关系到曲面的逼
030
散日月:2013-02-28
作者介:刘宏(1968-),女,研究员,博土,主要从事 CAD/CAM与数控加工技术等方面工作。
4)第35卷第7期2013-07(上)
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Boo Bo Em
「B
B。B1B2B
B B2 B, By
B B; B,2 B,
[B]即为由B(i=0,1,2,3j=0,1,2,3)16个型值点所
组成的节点矩阵,B,所组成的空间网格称为B特
征网格,其元素为B样条曲面的控制点,包含了确
定B样条曲面所需的几何信息"。
图5波形弹簧凹模
利用已知的控制点,通过式(1)计算各网
格点的位置,这样只要B特征网格沿某一方向(如2弹簧模具数控加工
i或j)延伸一排,例如,i=0-4,j=0-3,则i=1~4
波形弹簧模具加工的关键点在于弹簧成型曲
j=0-3可以決定另一曲面片,此时两曲面片理所当面的加工。曲面加工中刀具直径的选择与加工路
然地保证两者之间达到C2连续。
径规划是直接影响曲面的加工质量与效率并决定
1.3UG环境下的模具建模方法
加工后的曲面是否出现欠加工现象。
由于波形弹簧要求在极坐标平面内的同一方2.1最优小刀具选择方法
位上的曲面上的点高度严格一致,首先按照图1的
加工整个曲面而不发生千涉的最大半径刀具
结构特点,在极坐标平面内分别计算弹簧内外边被称作为曲面加工的最优小刀具。加工曲面通常
界的型值点各16个,并采用UG环境下的点绘制命采用球头刀,为解决加工过程中刀具与工件的干
令,将波形弹簧的型值点输入UG系统中,作为空涉向题,根据啮合原理中的不干涉准则,要求刀
间曲线的控制点。然后对输入的控制点采用三次B具的法曲率大于工件的法曲率来诊断所选刀具的
样条曲线拟合,生成两条截面型线,作为空间曲尺寸是否合理,即球头刀具的最优小刀具半径等
面的控制边界,如图3所示。对由截面型线所约束于整个曲面的最小曲率半径Rm。
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。
图6模具最小曲率半径分析图
在UG环境下,使用UG的“曲面分析”中的
图3模具曲面边界线
“曲率半径分析”,可分析出波形弹簧模具曲面
的最小曲率半径Rm,图6为模具最小曲率半径分
析图,从图中分析出,波形弹簧模具曲面的最小
曲率半径Rm=-2.1082m。
选用的刀具半径RsRm,考虑刀具规格因
素,因此加工波形弹簧模具曲面的刀具半径选
图4曲面造型图
2mm。
在此基础上,依据设计图建立模具本体,并
2.2曲面加工规划
与已建立曲面造型进行修剪,得到波形弹簧模具
2.2.1行距规划
模型,波形弹簧凹模图如图5所示。
曲面加工中,在刀具的类型与尺寸已经确定
的情况下,路径间距即行距是满足精度要求的首
第35卷第7期2013-07(上)I5