软件推动模具设计和加工过程的自动化

作者:ELI PLASKETT 文章来源:MM《现代制造》 点击数:339 发布时间:2019-09-06
该模具厂利用西门子公司推出的NX软件套件,简化了模具设计过程,并推动该过程自动化。
软件推动模具设计和加工过程的自动化

以提高质量,缩短生产时间为核心,像JK Machining这样专门从事设计和制造注塑模具的公司随时都在努力满足客户需求。为此,公司投入大量资金购置先进的机械加工设备,并利用Siemens的PLM(Plano,Texas),将其CAD/CAM系统升级到模具专用软件套件,确保公司能够以合理成本交付高质量模具。

1980年,JK Machining公司在Michigan州的Kalamazoo市,当时公司有15名员工,专注于101级模具生产。101级模具生产效率高,采用优质材料制成,设计周期为100万次以上。主要供应给一级和二级汽车客户供应商,用于生产空调插座、装饰边框、杯托和其他内饰部件。公司生产的模具也适用于医疗器械行业,汽车行业和医疗器行业。对质量、模具分型线、成品表面、公差、及时交货和成本控制都有着极高的标准,目前这种需求还在不断增长。

根据JK Machining公司总裁Henry Kalkman的解释,“公司过去为汽车工业制造模具周期一般需要18~22周。而现在我们需要将时间缩短到10~12周,因为客户想要更快地进入市场。离岸模具制造商在成本上有优势,并且也正在提高他们的质量水平。是我们的主要竞争对手。”

了解软件需求

为了满足各项需求,公司投资打造了先进机械加工能力,目前配备了两个高速Röders立式加工中心,两台主要用于钻孔和粗加工的Milltronics机床,以及用于精加工模具型腔和电火花加工切割电极的三轴和五轴机床各一台。但是,公司却发现缺少适用于此类设备的软件。

因此,JK Machining开始进行CAD/CAM软件升级,以提高效率和竞争力。之前公司在设计和制造阶段采用独立的软件系统,要求以交换格式导出CAD数据,然后将数据导入CAM系统,进行数控编程。这种数据传输和转换过程牵涉到其他步骤,阻碍了生产力发展,容易产生错误。此外设计变更复杂,难以在整个过程中正确跟踪数据和执行命令。

除了这些低效率问题外,该公司的数控编程软件与五轴机床不兼容,并且没有太多定制选项能够满足速度和效率要求。由于这些问题阻碍了工艺设计和生产发展,因此公司很难在控制成本的情况下及时交付高质量的模具。

寻找过程自动化解决方案

JK Machining选购了Siemens的PLM软件中的NX软件套件,除了传统的CAD/CAM功能外,该套件还增加了专门的模具设计功能(图1)。关键软件功能,促使模具开发过程中,部件从设计到制造过程的自动化。CAD功能包括与客户提供的几何模型配合工作,以及提高设计工作流程效率的特定模具能力。通过CAM软件中的五轴和高速机床编程功能,公司能够充分利用其先进机床。模具设计和加工完全集成,软件支持用户编辑CAD部件,然后在CAD和CAM之间进行无缝切换,消除了任何错误发生的可能。通过该集成系统,公司建立了一个数字线程,推动整个设计和制造过程自动化。

图1 Siemens的NX集成软件帮助JK Machining提高了模具质量,交货期缩短50%。塑料注射模专门针对一级和二级汽车和医疗器械供应商制造,可满足供应商针对复杂模具提出的高标准模具分型线、表面、公差和交货时间要求
图1 Siemens的NX集成软件帮助JK Machining提高了模具质量,交货期缩短50%。塑料注射模专门针对一级和二级汽车和医疗器械供应商制造,可满足供应商针对复杂模具提出的高标准模具分型线、表面、公差和交货时间要求

JK Machining的典型模具设计过程从客户发送CAD模型和报价请求开始。CAD模型通常采用STEP中立交换格式,然后公司将几何数据导入NX。项目中标后,公司利用NX Mold Wizard的专业模具设计功能,创建模具基座,并快速有效地设计型芯、型腔、流道和冷却线等(图2)。该软件能够准确指出需要特别注意的底切和位置,设计人员负责查找薄壁或厚壁,并自动确定模具的总重量和重心。由于模具特征易于识别,设计过程可以很快完成。

图2 为了缩短交货期,JK Machining引入了NX Mold Wizard,旨在催动模具设计过程自动化。除了使用专门的工具进行模具设计和分析,设计人员还可以充分利用公司的最佳实践经验,将加工周期存储在数字图书馆中
图2 为了缩短交货期,JK Machining引入了NX Mold Wizard,旨在催动模具设计过程自动化。除了使用专门的工具进行模具设计和分析,设计人员还可以充分利用公司的最佳实践经验,将加工周期存储在数字图书馆中

利用该软件,可推动模具设计其他方面自动化,如创建材料清单,自动化日志和宏观能力的重复任务可帮助用户节省大量时间。用户执行一次任务后,形成日志记录,并将它保存为宏,然后方便下一个项目使用。此外模具设计库支持用户快速比较修改前后的部件模型,节省了更新时间。

加工与模具设计一体化

该车间采用NX CAM对模具制造涉及的所有铣削操作进行编程,数控程序员直接通过CAD模型开展工作,利用NX设计功能进行电极设计,制备加工模型。CAD工具经常用于挤压、收拢和闭合间隙,而“优化表面”能力可用于处理存有缺陷的部件几何形状,用户无需执行多个步骤。该软件还提供了开放的自动化和定制工具,确保用户能够根据特定需求定制服务。

过程模板支持NC程序员启动经过实际验证的切割方法和工具,处理每个工件时,程序员无需计算和手动输入直径、切削深度、进给量和速度等参数,只需要打开保存的模板,便可在几分钟内完成刀具路径创建。随着时间的推移,用户生成的经过验证的加工周期库可以包括粗加工、半精加工和精加工等操作,进而促使车间实现自动化数控编程。

实现高速五轴加工

NX CAM设计用于多种先进加工操作,包括高速加工。高度加工是模快速加工表面,获得近镜面光洁度的关键技术。除了工具路径路线和出口外,NX CAM还可自动提供半径,快速顺利进入刀具路径。消除钢材或石墨表面尖角、斑点的同时,还可以保持机器的高切割和进给速度。这3台Röders机器可始终确保最终的高质量表面光洁度,消除了钳工作业,节省了时间,提高客户验收率。

此外,该软件包括刀具倾斜控制,降低五轴加工难度。软件可自动进行三轴/五轴刀具轨迹切换,确保可以有效加工带深腔的模具。采用倾斜刀具加工,该车间借助较短的刀具减小振动和刀具偏转,提高表面光洁度。某高级程序员表示:“如果没有刀具倾斜功能,我们不得不将切割设备取下,送至打磨机处打磨,方可解决问题。使用直径0.032 in,向外延伸1.5 in的切割器切割电极时,进给速度需减少1/3,每次切割范围还不能过大。但在NX CAM中采用五轴刀具倾斜法,即可提高模具质量,也能将加工时间缩短4倍。”

Kalkman先生对结果甚是满意。“过去,我们只是使用三轴加工,现在我们已经切换到了五轴加工。我们甚至正在研究机器人技术,以进一步推动生产过程自动化。”他说道,模具开发过程自动化有助于帮助公司建立声誉,保持车间的竞争力。