Pro_E_Cimatron环境下塑料模具设计与加工模拟.pdf

Pro/E、Cimatron环境下塑料模具设计与加工模拟肖正明刘建雄(昆明理工大学,云南昆明650093)摘要:介绍了Pro/E在模具设计中应用以及CimatronV12环境下的CAM实现。通过手机面板的模具设计,阐述了Pro/Moldesign的模具设计流程与技术优势,并运用Cimatron对手机凸模进行了加工刀路设计,并模拟了其加工过程。关键词:模具设计；加工模拟；Pro/E；Cimatron；刀路PlasticMouldDesignandMachiningSimulationBasedonPro/E&CimatronConditionXiaoZhengming,LiuJianxiong(KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)Abstract:TheapplicationofPro/EsoftwareusinginmoulddesignandtheofCAMrealizationunderCimaronV12softwareconditionwereintroduced.Throughdesigningthemouldofamobile2phonefaceplatetostatethemoulddesignprocessandtechniquesuperioritybyusingthePro/Moldesignmodule.Thetoolpathofthecoreofmobilephonemouldhasdesigned,andthemachiningprocesshassimulatedbyusingCimatronsoftware.Keywords:moulddesign；machiningsimulation；Pro/E；Cimatron；toolpath随着CAD/CAM、数控加工及快速成形等先进制造技术的不断发展,模具设计与制造行业正发生一场深刻的技术革命,传统的二维模具设计及模拟量加工方式越来越不适应现代化生产和集成化技术的要求。在产品需求多样性、客户要求多变性的市场大环境下,模具供应商必须运用先进的设计及制造手段,特别是现今的塑料型腔模多为复杂的曲面构建,传统设计方法难以表达其外形,普通制造手段收稿日期:2005-05-11第一作者简介:肖正明,男,1982年生,硕士研究生。难以精确加工成形,所以模具数字化设计与制造势在必行。如今在模具制造行业,普遍采用Pro/E造型及分模,然后将生成的模具元件进行文件格式转换,在Cimatron环境中进行刀路设计及加工模拟。1Pro/E、Cimatron在模具CAD/CAM中的运用1.1Pro/E模具设计功能简介Pro/E凭借其强大的特征造型功能,很快赢得了用户的青睐,现已成为世界上最普及的模具三维CAD标准软件。Pro/Moldesign是Pro/E的可选模参考文献:1林河成.稀土永磁材料的发展.金属材料研究,1994(4):70712周寿增,董清飞.超强永磁体.第2版.北京:冶金工业出版社,20043KitajimaK,CaiGQ,KumagaiN,et.al.Studyonmechanismofceramicsgrinding.AnnalsoftheCIRP,1992,41(1):3673714牛文铁,徐燕申.工程陶瓷缓进给磨削磨削力的试验研究.金刚石与磨料磨具工程,2003(2):24275TnasakiI.MechanicalgrindingofNd2Fe2Balloysproducedbysinteredsolidificationprocessing.AnnalsoftheCIRP,1987,36:4636LawnBR,EvansAG,MarshallDB.Hotdeformationofnano2crystallineNd2Fe2Balloys.JournalofAmericanCeramicSociety,1980,63:5747DietzM,TietzHD.MagneticandcorrosioncharacteristicsofNd2Fe2Bmagnetwithvarioussurfacecoatings.JournalofMateri2alsScience,1990,25:373183电加工与模具2005年第5期设计研究1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.块,主要用于塑料模具和压铸模具的设计。工业产品在完成造型设计后,要使其转化为实际产品,通常都需要利用模具来实现(如塑料产品利用注塑模具、金属板料利用冲压模具、压铸合金利用压铸模具等)。因此,依据产品三维模型设计、加工出模具,是产品批量生产的关键。在Pro/E等大型模具设计软件出现之前,复杂曲面模具的型腔设计是非常困难的。Pro/Moldesign为塑料制品模具的型腔设计提供了简单可靠的功能模块,图1是Pro/E中模具设计模块的主菜单。图1Pro/E模具设计模块的主菜单Pro/Moldesign模具设计流程如下1:(1)立模具模型:包括参考模型的导入、毛坯模型的创建、成形收缩率的设定。(2)浇注系统设计。(3)利用PartingSurf定义分模面。(4)运用MoldVolume命令拆模,产生体积块抽取模具元件。(5)试模、开模、检测。(6)将各模具元件导入CAM软件编制加工程序。1.2Cimatron数控加工模拟及编程Cimatron软件是以色列Cimatron公司的产品,系统共有4个模块,其中NC模块为加工制造业提供了从2轴到5轴的可靠的智能加工功能。系统具有良好的数据交换接口,支持工业界的标准格式,包括IGES、STEP、DXF、DWG、VDA等,可以同PRO/E、UG、CATIA、MASTERCAM、AutoCAD等常用行业软件进行图形数据转换2。CimatronNC加工的杰出特性是工业界普遍认同的,目前在模具加工行业应用极其广泛。Cima2tronNC可直接按照模具设计的数据为数控加工过程生成精确的刀具轨迹,并对其所生成的刀具轨迹和沿轨迹加工过程自动进行优化,提高其计算速度。Cimatron提供了可靠而直观的轨迹校验和仿真模拟,经Simulator加工仿真满足要求后,则可利用后置处理模块POST生成NC加工代码,极大地提高了模具的加工速度和精度。CimatronNC的加工编程流程可如下所示:导入PFM文件进入NC模块定义路径建立工序定义加工对象设定加工参数执行、生成刀路加工模拟后置处理、生成G加工代码。2Pro/E手机面板分模2.1模具模型的建立在建立手机模具模型(MoldModel)过程时,首先应调入产品模型(ReferenceMode1)和模具胚料模型(Workpiece),也可直接在Mold模块下创建。执行【新建】命令,选择【制造模具型腔】,创建一名为moto-mold模具型腔设计文件。图2是一款手机面板在Pro/E环境下的三维效果图,可直接调入手机面板文件,并定义其为参考模型,将其定位,然后设置注射材料(ABS)、成形收缩率5。创建工件模型,工件可从外部导入也可在当前文件下建立,在此选择自动创建工件比草绘更简便,最后建立的模具模型如图3所示。图2手机面板三维效果图图3建立的模具模型93设计研究电加工与模具2005年第5期1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.2.2分型面的建立在Pro/E里模具分型面的定义有多种方法,其中包括【平整】、【复制】、【混合】、【裙边】等。对于手机面板,由于表面有许多靠破孔,采用裙边方法定义分型面相对比较简单。首先生成模型的侧面影像线,再利用裙边曲面建立主分型面。图4是利用裙边方法创建的手机面板模具分型面。图4模具分型面2.3拆模、抽取模具型腔利用刚才建立的分型面将参考工件拆分成形腔、型芯体积。依次单击【MoldVolume】-【Split】-【TwoVolumes】-【AllWrkpcs】-【Done】,在VolumeName文本框中输入生成的体积块名称,分别可默认为MOLD2VOL21和MOLD2VOL22。体积块只是一个有体积无质量的虚拟体,不是实体Part模具组件,所以接下来要进行实体元件抽取工作。运用【MoldComp】菜单项将MoldVolume(模具体积)精确地转换成实际的模具型腔,图5为拆模后的开模状态图,图6a、图6b分别为手机面板的型芯(公模)与型腔(母模)。3Cimatron环境下的加工模拟3.1型腔NC加工前处理对这副模具而言,型芯模相比型腔模较为复杂,加工过程细节考虑也较多,因此在这里只对型芯模进行加工模拟及数控编程。根据动模外形结构,应采用环绕等高的加工程式。环绕等高(WCUT)是最常用的一种加工程序,可以用来进行粗铣、半精铣图5模具开模状态图(a)型芯(公模)(b)型腔(母模)图6型芯与型腔图和精铣(或称为精修)。由于手机面板密布着许多细小按钮孔,因而凸模上分布了间隙较小的小凸台,只能允许小刀径的刀具介入加工,所以在粗铣与精铣后需要增加一个清角工序。整个加工程序过程设置如图7所示。图7程序模式下的管理表单3.2加工刀路模拟根据成形零件轮廓,建立相应毛坯。点击CREATESTOCK,按中键确定后弹出毛坯建立方法选项。在此可选择BYBOX(MIN2MAX)项建立04电加工与模具2005年第5期设计研究1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.动模毛坯,定义好两角点后出现毛坯参数表,确认无误后,回到程式定义模式,同时将毛坯工序移动到所有加工工序前面。执行所有建立的工序,生成刀具路径。最后选中毛坯工序和所有加工工序,点击SIMULATIONSIMULATOR,确定后进入刀路模拟加工环境。如图8a、8b、8c分别为粗铣、精铣和清角模拟加工效果图。(a)粗铣过程模拟(b)精铣过程模拟(c)清角过程模拟图8模拟加工效果图3.3后置处理、加工代码生成观测模拟加工效果,若不满意,则回到CimatronNC环境修改程序设置,直到加工符合模具设计要求为止。在模拟加工确认无误后,退出实体模拟环境,回到CimatronNC模块,选中所有加工工序并运行后处理命令POST。选择合适的后处理工具,在此可选择Demo作为后处理格式,直接确定两次,系统开始编译刀具路径、生成G代码文件,并在屏幕信息区显示输出的文件名称。图9是手机面板凸模加工G文件部分代码段,针对不同数控加工系统,对G代码文件稍作修改便可传输到数控铣床或加工中心中进行加工。图9凸模加工部分G代码段4结言运用Pro/E中的模具设计模块,可以很简便地将已造好型的制件模具元件提取。利用定义好的主分型面,可先将凹凸模拆分出来,再根据产品结构相应设计抽芯、滑块、斜导柱、顶针孔等组件。型腔与各元件设计完成、生成具体三维图素后,转入模具CAM阶段。Pro/E的加工模块使用较复杂、且参数定义较为烦琐,不容易被业内人士掌握。相比之下CimatronNC模块具有简便实用、功能齐全、刀路运算快等优势,在现今数控加工行业大部分刀路技术员都使用CimatonNC。另外Cima2tron软件具有很强的曲面造型与加工功能,型腔模具多由曲面组成,在Cimatron环境下更能诠释曲面的匹配度,保证型腔的加工成形精度。基于Pro/E、Cimatron的模具CAD/CAM