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第19卷第11期重庆工学院学报2005年11月Vol.19No.11JournalofChongqingInstituteofTechnologyNov.2005【机械工程】注塑模具的CAD/CAM3石艳,黄亚纯,黄文权四川理工学院机电工程系,四川自贡643000摘要介绍了基于Pro/Engineer的注塑模具CAD/CAM技术,包括模具设计系统、模具设计工作流程以BNC模具加工,并通过实例证明了Pro/Engineer在注塑模具设计和制造中的强大功能和高度集成化.关键词注塑模具CAD/CAMPro/Engineer中图分类号TH126TH164文献标识码A文章编号16710924200511003103OntheCAD/CAMforInjectionMouldSHIYan,HUANGYa2chun,HUANGWen2quanDepartmentofElectromechanics,SichuanInstituteofScienceandTechnology,Sichuan643000,ChinaAbstractThispaperintroducesthePro/EngineerbasedCAD/CAMtechnologyofinjectionmouldincludingmoulddesigningsystem,workflowofmoulddesignandBNCmouldprocessing,anddemon2stratesthroughexamplesthepowerfulfunctionsandhighintegrationofPro/Engineerininjectionmoulddesignandmaking.KeywordsinjectionmouldCAD/CAMPro/Engineer0引言随着塑料、橡胶、玻璃钢等非金属材料在工业产品中的广泛应用,模具工业在国民经济中的比重也越来越大.在机械、电子等行业中,有一半以上的产品是采用模具制造的方法.利用模具成型的生产方法很多,其中注塑成型具有制成品精度高、生产效率高和可以用来生产几何形状非常复杂的产品等特点,在整个塑料制品生产行业中具有非常重要的地位.模具作为成型必须的工艺装备,其设计周期、生产效率和质量直接影响产品的进度、成本和效率.过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验,模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能,因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷.随着计算机硬件和软件技术的迅猛发展,CAD/CAM技术的发展和应用越来越普遍,出现了许多可用于注塑模设计和制造的软件.Pro/Engi2neer作为参数化CAD/CAM软件的代表,实现了产品从概念设计到制造全过程的设计制造一体化.它提供了采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统和模型间的相关联性设计以及共享数3收稿日期20050906作者简介石艳1971,女,四川人,四川大学化学工程学院硕士研究生,主要从事过程控制和CAD研究.据库和强大的分析系统等技术,为产品的设计、分析和制造的一体化提供了平台,使产品CAD/CAE/CAM各系统之间实现了数据的自动传递和转换集成12.Pro/Engineer通过模具检测、自动分模、模拟开模和数控加工仿真的三维动态显示的设计制造与视频技术的结合,使过程设计生动地展现出来,极大地提高了产品的设计与生产效率,同时也保证了产品的生产进度和质量.1注塑模具的CAD1.1Pro/Engineer的模具设计系统.Pro/Engi2neer软件提供了模具产品的三维实体造型功能,其Pro/MoldDesign模块就是专门用于注塑模具设计.该模块有效地将产品设计与制造工艺流程结合起来,可快速完成分模,模具型腔及型芯的自动生成,注塑成型中的浇口、流道、凹凸模间隙、模具分型面的设计以及零件厚度与拔模检测.Pro/Plas2ticAdvisor模块还可以对模具的性能、结构、注塑件在成型过程中的温度场进行有限元传热分析和流道分析3.1.2注塑模具设计的工作流程.注塑模具CAD要在Pro/Engineer的零件设计模块和模具设计模块下交互进行.首先在零件设计模块下创建注塑件模型,即要生产的产品原形,并得到一个零件文件然后根据标准模架设计模具毛胚workpiece,定义出所有模具元件的体积.这一步有2种方法①单独创建模具毛胚零件,在模具设计模块下与参考模型即注塑件模型装配②直接在模具设计模块下,装配好参考模型后直接创建模具毛胚,再根据不同的收缩率和脱模斜度,通过注塑件模型构建型腔、型芯特征或尺寸,加入模具装配特征形成浇注系统,定义分模面、模块和定义模具使用的步骤及检查干涉,而后按照需要装配的模座,完成冷却系统设计,生成所有零件的零件图,最后根据加工需要,形成零件的NC代码45.1.3注塑模具设计实例.现以图1中笔筒小抽屉的模具设计过程为例.1开Pro/Engineer的用户界面窗口,点选File\SetWorkingDirectory,在弹出选择工作路径对话框下,专门设置一个文件夹,这样,小抽屉模具设计过程中所有的文件都会自动保存在该目录下,并且每一次打开文件,该目录下也会首先弹出,节省了查找文件的时间,并且便于文件的管理.2新建文件对话框中,点选Type\Part和SubType\Solid.创建拉伸特征、抽壳特征和孔特征,调整尺寸与小抽屉原形一致后,定义出拔模角,以着色模式显示模型如图1所示.模型文件以Drawer.Prt作文件名保存后,关闭模型窗口.3新建文件对话框中,点选Type\Part和SubType\Solid.这次,要生成文件名为Drawer_Mold_Wrk.Prt的零件,即模具毛胚,在Pro/Engineer中称为工件模型见图2,最后关闭模型窗口.4新建文件对话框中,点选Type\Manufactur2ing和SubType\MoldCavity,创建模具模型.先打开文件Drawer.Prt,在组件装配对话框的提示下将该文件的坐标系和模具模型的坐标系对齐,该步骤称为加入参考模型.然后加入工件模型,打开Drawer_Mold_Wrk.Prt文件,继续将其装配到模具模型中,检查后,设置收缩率,保存得到文件Draw2er_Mold.Mfg见图3.5工具栏中选择Blank图标关隐藏工件模型Drawer_Mold_Wrp,这样图形窗口只显示参考模型,用复制方式建立基本分模面,默认分模面的名字为PART_SURF_1,再用FillLoop命令填补破洞并延伸分模面与工件相交,着色观看见图4.6利用分模面将模型Drawer_Mold.Mfg分割成2个体积块,默认缺省名为Drawer_Mold_1图5和Drawer_Mold_2图6.再抽取模具组件,点选分割的2个体积块抽取成功后,在模型树中新产生2个组件模型文件Drawer_Mold_1.Prt和Drawer_Mold_2.Prt.模具组件已生成,但还应进行开模动作,以检查是否有干涉现象.23重庆工学院学报7开模前还应进行模具的检测分析,主要包括拔模检测、厚度检测、分模面检测和开模分析,然后试模.试模过程是利用已产生的模具组件,模拟浇注成型,产生一个注塑件,然后进行开模观察见图7,可见模型树中新产生一个注塑件零件模型文件.要完成一整套模具的设计,还要加上浇注系统、冷却系统、模架、各种机构设计等.从该例可见,整个设计完全根据产品模型进行分模,开模时将凹凸模一次设计完成,大大提高了设计效率,缩短了模具设计之周期,并为模具制造作好了充分准备.2注塑模具的CAM一般而言,计算机辅助制造系统由刀具路径文件的生成和机床数控代码指令集的生成2部分组成.利用CAD/CAM软件,根据加工对象的结构特征、加工环境的实际要求如加工机床的性能和参数、夹具、刀具等和工艺设计的具体特点生成描述加工过程的刀具路径文件之后,就需要用到称之为后置处理器的模块来读取生成的刀具路径文件,从中提取相关的加工信息,并根据指定机床数控系统的特点以及NC程序格式要求进行相应的分析、判断和处理,从而生成数控机床所能直接识别的NC程序.2.1Pro/EngineerNC模具加工.数控编程是生成控制数控机床进行零件加工的数控程序的过程,它是目前CAD/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一.Pro/NC模块能生成驱动数控机床加工所必需的数据和信息.它所提供的工具能够使加工人员按照合理的工序将设计模型处理成ASCⅡ刀位数据文件,这些文件经后处理变成数控加工程序.Pro/EngineerNC的加工流程包括建立所需要的加工模型设定加工操作环境定义NC序列生成刀位数据文件后置处理并生成NC代码,驱动数控机床6.2.2Pro/EngineerNC模具加工实例.以图6中笔筒小抽屉的凹模设计过程为例.1在Type\Part和SubType\Solid下新建工件模型Drawer_NC_Wrk.Prt,保存.2在Type\Manufacturing和SubType\NCAssemble下,将Drawer_Mold_1.Prt作为参考模型装配到加工模型,再继续将Drawer_NC_Wrk.Prt装配到加工模型中,完成后工件模型以绿色显示,图形与图6一致,保存为NC_Drawer.Mfg,这就是加工毛胚.3确定加工方案①粗加工刀具直径、形状、进给量、加工余量等.②精加工刀具直径、形状等.4设定加工操作.在Machining\OperationSetup对话框中,设置NC机床、夹具设计和设置提刀高度和加工余量.5创建粗加工NCSequence.NCSequence用于进行加工程序设计,也是Pro/Engineer中加工最重要、复杂的部分.在SeqSetup菜单管理器中,系统默认的要设置刀具、工艺参数、退刀面和体积块,要求设计者根据被加工的几何对象点、轮廓、曲面或实体和加工方法体积铣削、曲面铣削、钻孔等确立合适的切削工艺参数,如步距、深度、主轴转速等制造参数,定义完NCSequence,刀具路径已经产生,可以用ScreenPlay进行刀具路径检查刀位不合理之处见图8.6用相同的方法定义精加工NCSequence.7利用前面的设置产生刀具下转第43页33石艳,等注塑模具的CAD/CAM图7遗传算法对脉冲波形的改善参考文献1许慧波.DDS直接数字式频率合成器综述M.西安西安电子科技大学出版社,1999.2王建新.直接数字频率合成技术及其应用研究D.南京南京理工大学,1999.8.3刘勇,康立山.非数值并行算法遗传算法M.北京科学出版社,1997.4周明,孙树栋.遗传算法原理及应用M.北京国防工业出版社,1999.5FrankHF.TuningoftheStructureandParametersofaNeuralNetworkUsinganImprovedGeneticAlgorithmJ.IEEETRANSACTIONSONNEURALNET2WORKS,2003,141552.责任编辑刘舸上接第33页路径文件CLDateFile.通过定义输出,会产生一个序列组,系统缺省名为Set01,输出刀具路径文件缺省名为op010.ncl.8该刀具路径文件不能用来控制数控机床的运动,必须对刀具路径文件进行后处理,创建加工控制数据MCD文件.后处理器是一个用来处理由CAD或APT系统产生的刀位数据文件的应用程序.刀位数据文件包含着完成某一个零件加工所必须的加工指令,后处理器就是要把这种加工指令解释为特定加工机床所能识别的信息,即NC程序.后处理文件名op010.tap可通过写字板打开.3结束语现代设计技术从并行工程的概念出发进行面向产品全生命周期的设计,即在设计阶段就对产品整个生命周期进行综合考虑,包括对产品的功能、外观、可装配性、可生产性、可维持性等进行全面设计.Pro/Engineer提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体,赋予设计完整的概念,符合现代设计技术的发展趋势.它提供的CAD软件造型技术能方便快捷地实现产品设计,在设计过程中,可以直接修改模型,缩短了产品开发的周期,而且能直接为后期的模具设计提供准确的三维数据.强大的CAD/CAM集成功能模地使模具设计技术人员的设计更加快捷、方便,大大缩短了模具设计周期,提高了模具设计的准确性,降低了模具设计成本,同时也为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具.参考文献1林清安.Pro/Engineer零件设计基础篇上M.北京清华大学版社,2003.2林清安.Pro/Engineer零件设计基础篇下M.北京清华大学版社,2003.3申长丽,李倩.橡塑模具优化设计技术M.北京化学工业出版社,1997.4李志刚.模具CAD/CAMM.北京机械工业出版社,2003.5刘文剑,常伟.CAD/CAM集成技术M.哈尔滨哈尔滨工业大学出版社,2000.6叶伯生.计算机数控系统M.武汉华中理工大学出版社,1999.责任编辑刘舸34张兢一种基于遗传算法的DDS脉冲波形优化方法
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