基于UG的汽车覆盖件模具实型自动化制造可行性研究

1、基于UG的汽车覆盖件模具实型自动化制造系统项目可行性研究周明勇 （天津汽车模具股份有限公司）摘要：作为汽车模具制造流程中不可缺少的一道工序，实型制造对缩短模具的制造周期，消减模具制造成本起着重要作用。模具实型三维加工技术与三维实体设计进行有效的应用结合，不但能部分解决模具三维实体设计应用中存在的问题，而且能成功缩短了模具的制造周期，削减了模具制造的成本。基于UG的汽车覆盖件模具实型的自动化制造系统项目是结合天汽模多年工程经验，通过UG的二次开发，开发出适合汽车模具覆盖件企业的实型制造CAM应用系统，从而很好地解决以上问题，提高汽车覆盖件模具实型制造的自动化、信息化制造水平。关键词：汽车覆盖件；

2、UG；实型制造；自动化一、 项目概况随着汽车工业的飞速发展，对模具生产要求短周期、精度高、成本低。对模具设计的周期、质量有了越来越苛刻的要求。自20世纪80年代以来，计算机辅 助设计技术（CAD）已得到了广泛的应用，并且得到了快速的发展，在模具设计、制造中也显示了巨大的优越性1。目前，工业发达国家的模具企业应用CAD 技术大都已经广泛应用三维设计。我国大部分企业也已经开始具有三维设计的水平,如天汽模、一汽模、成飞集成等。三维实体设计的优势在于：能够直观反映设计的真实状态，通过运动模拟、干涉检查等数字化分析手段，在设计阶段就能避免以往在生产制造中才能发现的问 题。标准件库可为模具结构设计提供可以

3、直接装配的参数化、系列化的零件；冲压设备库、典型结构库为结构设计提供了可参考的模型；而基础结构库使模具设计更 加灵活、智能。资源库与知识工程的有机结合，形成了模具结构设计的知识库，成为三维实体设计的基础。与3D-DL图技术、实体泡沫加工技术的结合，达到真 正意义上的三维实体设计。并以此为契机，带动整个模具生命周期的技术提升。实现模具制造的CAE/CAD/CAM一体化，使模具生产越来越依赖于高科技手 段，最大限度地降低人工劳动的强度，提高模具的制造精度，缩短模具生产周期。泡沫实型整体加工随着三维实体设计应运而生。作为汽车模具制造流程中不可缺少的一道工序，实型制造对缩短模具的制造周期，消减模具制造

4、成本起着重要作用。模具实型三维加工技术与三维实体设计进行有效的应用结合，不但能部分解决模具三维实体设计应用中存在的问题，而且能成功缩短了模具的制造周期，削减了模具制造的成本。 泡沫实型整体加工的核心在于数控编程，程序的好坏很大程度上决定了模具的质量和外观。在模具实型制造中，市面上流行的CAM系统软件目前只作为个人数据整理、数控编程、制造工艺制定的辅助工具，使用水平因人而异，存在操作不规范、失误率高、集成性差、效率低等问题，导致工艺制定周期较长、工艺水平不稳定、劳动强度较大、制造成本难以控制等问题，从而比较严重的制约和影响后序的机械加工制造。基于UGCAM的汽车覆盖件模具实型的自动化制造系统项目

5、是结合天汽模多年工程经验，通过UG的二次开发，开发出适合汽车模具覆盖件企业的实型制造CAM应用系统，从而很好地解决以上问题，提高汽车覆盖件模具实型制造的自动化、信息化制造水平。二、项目建设内容和方法通过结合对本公司汽车模具实型制造技术以及生产流程的规范和改进，基于UG的二次开发平台，开发一系列CAM/CAD 应用标准化工具，其中主要有以下几个模块：1、数据整理模块数据整理是在自动化编程前将实型制造的数据进行格式化、标准化，为后续自动化制造过程铺平道路，融合了实型数据规范和工艺制造标准。在数据整理时，完成自动化编程所需相关信息包括安全高度、刀具模板、加工策略、余量设置、加工范围和颜色识别等的设定

6、，如图1所示。在这一模块，可以手工指定需要加工的几何体，也可以设置在加工工艺指示单中显示的程序名称前缀。数据整理模块是整个实型自动化制造系统的基础模块，工作必须详细、扎实。2、自动数控编程模块自动化数控编程模块主要涉及实型制造中CAM 加工环境的客户化定制，数控程序的生成和输出的自动化和集成化，以及数控生产工艺文件管理的自动化和集成化；并且规范和优化了的数控加工流程和数控加工工艺人员操作流程融入到软件使用当中，建立完善制造数据工程库，发展完善适合本企业实型制造的专家系统。自动化编程模块是实型自动化制造系统的核心模块之一，是基于开放性的UG二次开发平台和Microsoft Visual C+ 6

7、.0开发平台完成的CAM应用系统，是基于工艺标准化、编程标准化、制造标准化思想开发而来的系统，建立了规范的数控加工工艺路线和加工参数，有利于在公司统一标准和模式，可以加强实型生产的标准化和规范化，从而实现制造资源的更合理分配及公司整体加工水平的提升，避免以往技术人员水平不同造成效率和质量上的差异。自动化编程模块能够实现实型自动化制造所需的外轮廓、内轮廓、平面、斜面、底面倒角、曲面仿型、清根和中心刻线等各种数控程序，能够根据特征和颜色标识自动完成数控程序的编制。图1 实型自动化制造系统预设置3、备料模块根据每套汽车覆盖件模具的尺寸和结构，完成实型制造中的自动分层、标识，在UG软件中按约定的层存放

8、和用于指导车间排产的备料明细单自动输出。备料界面如图2所示。图2 备料界面4、小尺寸零部件实型制造模块小尺寸零件主要是指汽车覆盖件模具上的各种镶块，它们是组成汽车覆盖件模具不可缺少的部分。但由于尺寸小，且零散分布，形状不规格，单件装夹、加工困难，而且材料浪费严重，非常不经济。因此通常会将整套模具的镶块实型制造组合在一起，作为一个整体生产，具体效果如图3所示。图3 多个镶块自动排料效果小尺寸零部件实型制造模块主要包含小尺寸零部件自动排料和自动编程两部分，预留了实型原材料规格尺寸、镶块间长宽间距、行数限制要求等设置接口，实现了自动排料和编程间的无缝集成，大大减少了技术人员的工作量，提高了编程的稳定

9、性，降低了出错率。接口如图4所示。图4 自动排料5、仿真模拟模块加工模拟仿真是确保一次性正确制造的关键。随着制造技术的不断进步，现代制造技术逐渐向集成化发展，利用仿真加工，可以消除数控加工程序中的错误，如切伤工件、损坏夹具、折断刀具和碰撞机床等。如果不能解决这些问题，在无人化的加工中出现，因无操作人员立即制止，将会造成更严重的后果。因此需要加工仿真技术来确保加工的安全可靠。仿真模拟主要是利用Vericut模拟软件，建立高速泡沫铣床的物理模型，规范刀具选型和刀具参数，验证自动化编程代码的可靠性并进行优化，具体思路和效果如图5和图6所示。6、加工指示单模块加工指示单是加工工艺的文字和图形表述，是技

10、术人员和车间操作人员沟通的媒介，是确保实型产品最终质量的关键因素之一，如图7所示。另外实型制造自动化系统还有应用权限管理、工程配置文件的管理、工程图的自动生成、相关的其他一些CAD/CAM 功能的自动化操作或辅助操作实用工具等。 图5 软件仿真过程思路图6 Vericut软件仿真效果图7 加工指示单三、社会效益和经济效益分析1.社会效益分析实型自动化制造系统目前只有韩国、日本拥有相似功能的软件系统，而且也都是基于UG或CATIA开发的，在国内仍属空白。该项目完成后，将有助于天汽模在国内模具行业的技术优势地位得到进一步的巩固，同时将填补国内在实型制造领域的一项空白，具有创新性。如能应用推广，则能

11、缩短国内汽车模具行业的交货周期和制造成本，为汽车模具行业实型的信息化制造方面提供方法和思路。实型自动化制造系统的开发对于提高行业软件自主研发应用能力，提高机械制造行业的整体技术水平都有积极的影响。2.经济效益分析提高效率：使用自动化制造系统，原来需要4到5天的工作，将只需要1-2天就可以完成，工时缩短70%左右。依据天汽模的计算方式，每标套工时费用缩短2000元左右，天汽模每年产量为2500标准套，每年节约工时费用为500万元。降低成本：相同的工作量，使用自动化制造系统可以节约60%的人力资源。推广应用后，按目前天汽模从事实型整理、编程工作为20人计算，则只需要8个人即可以满足工作需求。按天汽

12、模人工工资性费用5万/年计算，每年将减少人工费用60万元。由于减少手工参与，也降低了出现异常的几率，降低了生产制造成本。按照天汽模目前的异常率，假设每标套减少实型异常为1项，每项异常费用为200元计算，每年节省异常费用50万元。系统自动进行优化和合理参数选择，能够保证机床正常运行和延长刀具寿命。缩短周期：由于工艺处理和编程的工时减少，可以缩短20%的产品生产周期。同时由于减少手工参与，也降低了出现异常次数，相应的减少了生产周期。提高管理水平：由于生产更加规范化，标准化，使管理更加轻松。同时减少工作人员的劳动强度。使用以及对人员要求：由于软件功能和操作的高度集成，很容易学习和掌握。预留配置文件接

13、口，方便默认参数的修改，具有很强的灵活性和开放性，有利于较快投入使用和广泛推广。可以降低对从事该项工作人员的要求，进而降低人工费用。长期经济效益可以增加企业利润，提高竞争能力和持久发展能力。四、承担单位及人员的基本情况天津汽车模具股份有限公司是一个专业从事车身开发服务，具备完整车身装备设计、制造综合能力的民营企业集团，是中国汽车模具研发、生产的龙头企业。公司的核心技术完全是自主研发的，具有国际先进水平，技术创新不断取得重大突破，先后完成国家“863”计划、国家及天津市重大科技攻关等项目。公司总部坐落在天津空港经济区, 厂区占地面积16万平方米，建筑面积11万平方米，集团化的天汽模拥有汽车模具研

14、究院、汽车模具技术中心、6个模具制造公司，车身装备公司，2个冲压件公司和一系列为汽车模具业服务的信息、设备、实型等专业公司。拥有70多台大型龙门数控加工中心，具备2700标准套/年设计制造能力，可每年完成6个车型主要覆盖件模具、检具、夹具的设计制造。根据中国模具工业协会统计，2009年我国汽车覆盖件模具收入超千万元的企业29家，收入总计27.37亿元，其中本公司模具收入4.54亿元，所占比例为16.59%，稳居行业首位。截至2010年6月末，公司在职员工1,599人，其中具有大学本科学历357人，硕士研究生学历40人。技术研发人员389人，研发人员中特殊津贴专家、授衔专家、硕士、高级工程师和高

15、级技师以上高级人才近70名，其中10名入选天津市“131”人才工程。汽车覆盖件模具设计、生产的各个环节对装备、技术水平要求较高，公司在行业内拥有明显的技术优势。在设计技术方面，公司居国内领先地位，集多年实践经验，公司建成了囊括车身所有冲压件的工艺分析和模具结构设计的数据库，为模具开发提供了有力的技术支持；在计算机软件应用方面，公司达到了国际先进水平，实现了100%的制件CAE分析、100%的模具全三维实体设计、100%的模具设计防干涉检查、100%的实型数控加工等；在研发装备方面，公司拥有多种先进的测量手段，所采用的数码照相、光学投影、机械触指等各种原理的大型测量设备和技术都达到了国际先进水平

16、。此外，公司通过承接并主导“国家863”计划、“国家十一五”科技支撑计划等高层次科技研发项目，掌握了汽车模具开发的多项关键技术，提升了公司的整体技术水平。目前公司拥有软件著作权12项，专利18项，另有7项专利正在受理中。领先的技术为提升公司核心竞争力和保持行业领先地位奠定了坚实的基础。本公司是中国模具行业重点骨干企业、中国汽车覆盖件模具重点骨干企业，拥有汽车模具行业唯一的博士后科研工作站，并被认定为天津市高新技术企业、天津市企业技术中心。另外，公司还曾获得 “全国CAD技术应用示范企业”、“天津市十一五制造业信息化示范企业”、“天津市优秀企业”、“天津市重点培育和发展的出口品牌”、“天津市AA

17、A级劳动关系和谐企业”、“天津港保税区百强企业”、“天津港保税区安全生产先进单位”等荣誉称号。公司商标获“天津市著名商标”称号。该项目将由高级工程师、有现场经验的研究生、专职开发人员和实践经验丰富的现场工程师组成专职项目组，由天汽模实型制造公司提供设备支持，天汽模模具研究院根据实型制造流程在自动化系统中实现实型制造的虚拟实现。五、研究开发经费概算该项目开发周期预计为两年，开发经费的总体预算为381万元。经费主要构成如下：硬件环境：高性能pc机4台，10000元/台，共4万元。加工、测试费用：1500铸件吨*1700元/铸吨，共255万元。刀具费用：2年*10万/年，共20万元。扫描测量费用：2

18、年*10万/年，共20万元。专职开发人员：4人，60000元/人年，2年共48万元。现场工程人员：3人，40000元/人年，2年共24万元。其他（咨询费、会议费、差旅费、项目管理费、专利费等）：10万元。六、项目进度2015年1月2015年6月：实型生产规范整理、加工工艺整理、生产管理流程整理等；软件开发前期准备，对CAM软件功能性、扩展性、效率等进行调研；对企业内部加工资源和积累的无人化加工经验进行总结分析；2015年5月2015年10月：通过与建立的企业数控加工工艺知识库的结合，开发UG平台下高效安全的实型自动化制造软件，进行调试和优化；2015年7月2015年12月：通过总结并建立刀具与机床结构数据库，利用Vericut软件建立企业现有条件下的泡沫型数控加工中心的模拟仿真平台；使用照相测量系统和在线检测系统以确定实型加工后的实际状态，验证和理论数模的吻合性；2016年1月2016年6月：继续完成实型自动化制造流程和技术细节；项目成果和体系在部分车间进行完全或部分的推广应用；2016年7月2016年11月： 集团内部全面推广实型自动化制造系统；2016年12月：项目验收。七、结论 综上所述，天汽模的