[转帖]专业的模具加工软件

豆子

一、引言
TEBIS是一款主要面向模具行业的CAD/CAM软件。TEBIS公司创建于1984年，其总部设在德国慕尼黑，公司成立之初的主要业务是为其他公司编制NC程序。1986年，TEBIS Version1.01发表，这是TEBIS公司首次开发出CAD/CAM系统。1998年TEBIS推出V3.1R8版本，这是TEBIS能够在Windows系统上运行的第一个版本，之前的版本大多运行在UNIX系统上。目前，TEBIS的最新版本为V3.2，全球已有超过1100多家公司使用TEBIS软件，它被广泛应用在汽车、航空航天、模具制造以及相关配套行业。TEBIS以其速度快、精度高、安全稳定的特点，在世界各地正受到越来越多用户的青睐。
二、TEBIS的特点
1．速度快
现在的CAD/CAM软件种类繁多，在功能方面也是各有所长，而计算速度始终是决定软件优劣的一个很重要的因素。汽车车身覆盖件的模具型面数据相对于其他行业来说，数据量通常较大，一般从几十兆到几百兆，所以软件能否快速的处理大容量数据对于汽车行业更显得尤为重要。下面以汽车行李箱盖内板为例，对TEBIS读入IGES数据的能力进行测试，如表1及图1所示。
表1 测试环境及结果


图1 转换后的效果
同时，作为专业的模具加工软件，TEBIS具有极快的刀轨计算速度。同样以此数据为例，对TEBIS生成刀轨的速度进行测试，如表2、图2及图3所示。
表2 测试设定与结果


图2 产生刀轨的效果

图3 实际加工效果图
2． 精度高
由于汽车覆盖件的模具制造周期很大部分取决于模具的数控加工时间和抛光时间，而加工软件所生成的刀轨线又直接影响着数控加工的精度和时间，所以如何提高数控加工的精度并缩短模具制造周期，已成为目前模具行业研究的主要课题之一。高精度的加工能力是TEBIS的另一项重要特性，其刀轨线的公差设置最小可达到1μm。多样化的加工策略提高了加工精度并减少了抬刀，优化后的刀轨线使加工时间也为之缩短，极大地提高了效率。下面将以汽车覆盖件模具为例，对TEBIS的加工流程进行介绍。
通常汽车覆盖件模具的数控加工分为三个阶段，即粗加工、半精加工和精加工。
（1）粗加工
汽车模具的铸造通常采用实型铸造，其材料余量为10～15mm。粗加工多采用大直径刀具（φ50以上），以去除大部分加工余量为主要目的，加工后材料余量为1mm。加工方式多采用平行轴加工（AXIS PARALLEL）或平行轮廓加工（CURVE PARALLEL）。加工完成后，一般还要用较小直径刀具进行局部清根加工（RCURV），以清除倒角部位的过多材料余量。
（2）半精加工
半精加工一般选用刀具直径为φ20～φ30，设置加工后材料余量为0.2～0.5mm，采用的加工策略有平行轴加工（AXIS PARALLEL）、等高线加工（Z-PROFILING）和平行轮廓加工（CURVE PARALLEL）等。同样，半精加工完成后也要进行局部清根加工，不过所用加工方式多为RFILL方式。
（3）精加工
精加工为整个加工流程的最后一个环节，其目的是以较小的材料去除量，较高的加工精度得到高质量的最终模具型面。精加工所用刀具直径为φ20～φ30或更小，尽量使用较短的刀杆且需更换全新的刀片，以保证有足够的加工精度。精加工所采用的加工策略基本同半精加工。精加工后的清根加工也采用RFILL方式，但需要注意的是清根刀具的直径应从精加工的刀具直径开始，由大到小依次选用，直到清根刀具直径等于或小于模具型面的最小倒角半径。
3． 极好的清根功能
TEBIS的加工算法以快而精著称，除了常用的粗加工、半精加工及精加工，特别值得一提的是TEBIS的清根模块（MACHINING RESIDUAL STOCK），其中又包含3种类型：RCURV、RFILL和RSURF。RCURV加工即我们通常说的PENCIL加工，一般多用于粗加工的清根。RFILL加工又分为两种方式：FLOWCUT和BUMPING。这两种方式的区别在于，FLOWCUT方式是沿着倒角处的切线方向加工，如图4所示，而BUMPING方式则是法线方向加工。由于BUMPING方式在刀具转向上所花费的时间较多，效率较低，所以一般精加工的清根都采用FLOWCUT方式，图5为实际加工效果图。

图4 采用FLOWCUT方式清根所产生的刀轨

图5 实际加工效果图
RSURF清根也分为三种加工方式：AXIS PARALLEL、CONTOUR PARALLEL和Z-PROFILING，即平行坐标轴加工、平行向导线加工和Z向等高线加工。根据不同的型面特点，可以选择不同的清根方式，以达到最佳的加工效果。
4． 独特的逆向模块
随着现代设计方法和计算机技术的发展，逆向工程（Reverse Engineering）在机械工程领域获得了越来越广泛的应用。所谓逆向工程，即借助一定的测量装置，采用特定的测量方法对实物或模型进行测量，获取其表面特征点的几何数据，继而利用这些特征点的几何数据在计算机上推理重构出实物的CAD模型。
正是为了适应这种情况，TEBIS从3.1R9版本就开始推出全新的逆向工程模块——SCAN。该模块有其独特之处，首先，通过机床扫描、激光扫描等方式将扫描数据读入TEBIS系统或直接读取NC代码文件；然后，在此基础上通过离散堆积算法生成离散数据面（网格面），离散数据面可作为独立的元素，亦可以与其他型面进行混合建模。特别需要强调的是，此离散数据面可作为被加工元素直接加工，也可在混合建模后与其他模型作为整体一起加工。
5．全自动化的2.5轴加工
2.5轴平面加工、钻孔和铣轮廓在实际加工应用中，与3轴或5轴加工相配合，能节省大量的时间。由于加入了知识工程的全新理念，使用户可以自行定义数据工艺库，并对特征及相关参数进行修改。由于数据工艺库的建立是一劳永逸的，所以在出NC加工程序时，TEBIS只需访问数据工艺库，自动检测碰撞保护，并顺序生成加工程序（包括换刀）。对于操作人员来说，只需输入极少信息，其他都不用做。
6．高度的安全性
对于零件、模具因编程问题发生过切现象，是所有人都不希望发生的事。早期的数控加工软件，由于算法简单，往往需要先进行一次模拟切削，然后再正式加工，虽然预防了一些过切现象，但极大地浪费了时间。
TEBIS在刀轨计算完成后提供了CHECK功能，由于其算法不同于计算刀轨的算法，所以能够有效的对刀轨进行验证，从而避免过切现象的产生。从实际运用的效果来看也证实了TEBIS“永不过切”的承诺。
7．齐全的功能模块和稳定的性能
TEBIS除上述介绍的部分功能模块外，还提供了5轴加工，开粗加工，5轴激光加工和模拟仿真等模块，以及CATIA和UG的直接数据接口。值得一提的是，新开发的开粗加工模块（ROUGH），融入了离散数据面和模拟仿真双重算法，即对模型的毛坯进行加工，在生成加工轨迹的同时，亦生成加工模拟切削结果，而且此结果作为离散数据面被保留下来，并可进行再次加工。
TEBIS早期大多运行在UNIX系统上，目前已全部转换到Windows NT/2000系统，而且继承了UNIX系统的特点，具有很高的稳定性和可靠性。
三、结束语
目前的CAD/CAM/CAE软件已形成了两大特色阵营，即小而精和大而全。TEBIS作为专业的高端加工软件，其独有的一些特点是其他大型软件所无法比拟的，这可能也正是TEBIS公司能在激烈的市场竞争中发展起来的原因。



原作者：广州本田汽车有限公司 王科

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