UG软件在饮料瓶模具CAD_CAM中的应用.pdf

第 2 6 卷第 1 2 期2 0 0 4 1 2 4 3 制造业自动化 U G软件在饮料瓶模具 C A D C A M中的应用 郝一舒 周莹君 王逸 同济大学 机械工程学院 上海 2 0 0 0 9 2 摘要 采用 U G C A D软件对某饮料瓶及其模具进行三维造型设计 在确定相应的模具加工工艺之后 通过 U G C A M生成所需的刀轨路径文件 经后置处理生成数控机床可以识别的N C文件 从 而在高速铣削机床上进行加工 关键词 U G 软件 模具 高速铣削 C A D C A M 中图分类号 T G 5 0文献标识码 A文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 0 4 1 2 0 0 4 3 0 3 0 引言 鉴于传统模具加工的缺点 采用U G这样一套 当今世界上最先进和紧密集成 面向制造业的 C A D C A M高端软件 通过对目前饮料市场上最常 见的 具有典型曲面结构 特别适于高速铣削加工 的瓶体模具进行造型和加工 实现模具的快速制造 及对市场的快速响应 以此克服过去模具设计周期 长 大量时间用于画图 制造周期长的弊端 1 C A D 造型设计 U G具有许多不同的功能模块 能实现不同的 用途 U G C A D 模块中的实体建模就是基于约束的 特征建模和显示几何建模方法的结合 并提供了强 大的 复合建模工具 用户可以建立传统的圆柱 立方体等实体 也可以建立面 曲线等2 维对象 同 时还可以进行拉伸 旋转以及布尔运算等操作 由于饮料瓶的整体结构基本上都是圆柱体和锥 体等标准实体 所以直接用实体 M O D E L I N G 模 块进行布尔和 U n i t e 运算就可以设计出该样瓶实体 最后对实体进行抽壳处理以保持一定的瓶壁厚度 形成一个瓶体 底部缺省 由厂家自行设计瓶底形 状 如图1所示 而对于制造瓶体的模具型腔 只要将饮料瓶实 体模型与模具长方体进行布尔差 S u b s t r a c t 运算 即可 饮料瓶模具上 下型腔如图2所示 图1 饮料瓶实体模型 图2 饮料瓶模具型腔模型 2 模具型腔 C A M 过程 2 1 高速铣的工艺特点 高速加工以单位时间内最大材料去除量来衡量 时通常用于粗加工 表面质量和轮廓精度没有什么 要求 但刀具磨损是严重的 等量切削的条件很难 达到 型腔铣是模具粗加工的常用方法 适用于非 收稿日期 2 0 0 4 0 8 1 2 作者简介 郝一舒 1 9 6 4 女 江苏苏州人 副教授 博士生 研究方向为机械制造及自动化 机械电子控制 C A D C A M C A P P 4 4 第 2 6 卷第 1 2 期2 0 0 4 1 2 制造业自动化 直壁的 岛屿的顶面和槽腔的底面为平面或曲面的 零件的加工 它分若干切削层进行加工 高速加工以实现单位时间最大加工面积为目的 的用于精加工 精加工是数控加工的最后工序 精 加工的目的是按照零件的设计要求 达到最好的表 面质量和轮廓精度 精加工的刀位轨迹紧贴着轮廓 表面 贯通轮廓表面的刀位轨迹应是平稳的 没有 剧烈的方向变化 粗加工和精加工之间的过渡是半精加工 只有 考虑高速加工全过程 并充分重视半精加工 才能 达到安全和高效的目的 半精加工是把前道工序加 工的残留加工面变得平滑 同时去除拐角处多余材 料 在工件表面留下一层比较均匀的余量 为精加 工的高速铣作准备 固定轴曲面轮廓铣是半精加工 和精加工的常用方法 加工曲面类几何体 通过控 制到轴 投射矢量和驱动方法 其刀轨就能沿着复 杂的轮廓进行加工 因此 高速切削成功的一个关键在于粗加工和 半精加工能力 粗加工和半精加工必须有效地切除 很多金属 并给高速精加工保留很小的加工余量 2 2 制定加工方案 模具尺寸 2 0 0 7 4 7 7 6 模具数量 2 表面质量 R a 0 4 m 材料硬度 3 5 H R C 模具材料 塑料模具钢3 C r 2 N i M n M o 成份C 为0 3 2 0 4 S i 为0 2 0 0 8 C r 为1 7 0 2 0 0 N i 为0 8 5 1 1 5 M n 为1 0 0 1 5 0 M o 为0 2 5 0 4 0 为了延长刀具寿命 切屑载荷应保持不变 先 粗加工 用端铣刀进行型腔铣 以斜坡或螺旋方式 进入工件 倾角 5 分十层铣削 再半精加工 精加工 用球铣刀进行往复式轮廓铣 柔和地改变 切削方向 在轮廓面上不要有进退刀 即在轮廓面 外进退刀 切削宽度和切削深度大致相同 或者用 等粗糙切削 切削载荷应稳定不变 以保持最好的 表面质量 在A p p l i c a t i o n 菜单中 选择M a n u f a c t u r i n g 弹 出O p e r a t i o n N a v i g a t o r 导航条 于是就可以在M i l l p r o g r a m 中建立相应的刀轨路径 在I n s e r t o p e r a t i o n 后 软件中会提醒如何建立刀轨路径 根据内容提 示 依次按粗加工 半精加工和精加工的顺序进行 设置相关的工艺参数 某饮料瓶高速铣工艺参数如 表1所示 表1 高速铣工艺参数 在U G 中 可以看到粗加工第1 层 第5 层 半 精加工和精加工刀轨路径图 分别如图3 图6 所示 图3 粗加工刀路轨迹型腔铣 第1 层刀轨 图4 粗加工刀路轨迹型腔铣 第5 层刀轨 图5 半精加工往复轮廓铣刀路轨迹 第 2 6 卷第 1 2 期2 0 0 4 1 2 4 5 制造业自动化 图6 精加工往复轮廓铣刀路轨迹 当设置好刀轨路径之后 在工具条中选择O u t p u t C L S F 在弹出的C L S F F o r m a t 导航栏中 选择 C L S F S T A N D A R D 然后再选择生成路径及文件 名 单位选用M e t r i c 就可分别生成粗加工 半精 加工和精加工的刀路文件C L S F 3 结束语 U G的图形后处理模块将由零件文件所产生的 刀具路径文件转换成 N C文件 就可在高速铣床上 进行加工了 由此例可知 通过 U G软件的 C A D C A M 来对饮料瓶模具进行造型和仿真 不仅提高了 设计工作效率 而且缩短了产品生产全生命周期 采用高速铣削大大提高了模具制造精度 参考文献 1 洪如瑾 U G N X C A D 快速入门指导 M 北京 清华大学出 版社 2 0 0 3 2 王庆林 李莉敏 韦纪祥 U G 铣制造过程实用指导 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 2 3 U n i g r a p h i c s S o l u t i o n s I n c U G 高级铣加工应用培训教程 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 2 4 黄毅宏 李明辉 模具制造工艺 M 北京 机械工业出版社 1 9 8 8 5 吉田弘美 模具加工技术 M 上海 上海交通大学出版社 1 9 8 7 6 刘华明 金属切削刀具设计简明手册 M 北京 机械工业出 版社 1 9 8 0 x 3 成长与学习方面是描述企业为了实现战略目 标 如何维持变革和改进的能力 即R R S 能力 在 企业动态联盟中 企业是模块化的 可以自由组合 成满足不同项目需求的虚拟企业 故这里采用盟员 企业模块化率来反映虚拟企业变革和改进的能力 记作x 4 这4 个指标间的因果关系为 企业模块 化率 x 4 的提高 导致市场占有率 x3 的增加 同时保证了准时交货率 x 2 进而最终实现财务目 标 降低成本 x 1 提高利润 而且这些指标的提 取和量化具有可操作性 通过市场或企业调研可 得 评价方面及其对应指标选择如图3 虚线方框所 示 步骤3 指标归一化和变形处理 根据式 2 4 进行归一化处理 得到无量刚指标 x 1 x 2 x 3 x 4 另外 这些指标不能简单地通过线性叠加得到 最终敏捷性的评价结果 它们对敏捷性的影响的重 要程度不同 也不是简单的线性关系 采用何种方 式对原始指标值进行变换 取决于评价者对指标的 认识 本文采用如下指标变形方式 步骤4 计算平衡状态偏离度 根据式 6 计算 平衡状态偏离度 由D k k 1 r 的值可知各种 动态联盟组合的敏捷性的优劣 作为事前决策评估 和事后绩效评价的依据 4 结束语 敏捷性是敏捷制造的关键概念 虚拟企业是实 现敏捷制造的主要途径之一 虚拟企业敏捷性评价 是一项涉及企业的短期目标和长远战略 内部因素 和外部因素 结果指标和过程指标等多方面的综合 性工作 本文基于平衡记分卡思想 提出了一种全 面 平衡考虑各因素的指标体系和评价方法 具有 一定的可操作性和新颖性 参考文献 1 Y U S U F Y Y S A R H A D I M G U N A S E K A R A N A A g i l e m a n u f a c t u r i n g T h e d r i v e r s c o n c e p t s a n d a t t r i b u t e s J I n t J P r o d u c t i o n E c o n o m i c s 1 9 9 9 2 W U C I n t r o d u c t i o n t o c o n t e m p o r a r y i n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n g s y s t e m M B e i j i n g T s i n g h u a U n i v e r s i t y P r e s s 2 0 0 2 3 A M O S J W G I B S O N D V A n e x p l o r a t o r y m o d e l o f a g i l i t y K e y f a c i l i t a t o r s a n d p e r f o r m a n c e m e t r i c s A P r o c o f t h e 4 t h A n n u a l A g i l i t y F o r u m C o n f V o l 2 C A t l a n t a U S A 1 9 9 5 4 R i c k D o v e T h e m e a n i n g o f l i f e t h e m e a n i n g o f a g i l e J P r o d u c t i o n