基于UG的吹风机外壳注塑模具设计及数控加工.pdf

第 9卷 第 21期 2009年 11月 1671 1819 2009 21 6520 04 科 学 技 术 与 工 程 Science Technology and Engineering Vol 9 No 21 Nov 2009 2009 Sci Tech Engng 基于 UG的吹风机外壳注塑模具设计及数控加工 孔 刚 李 珊 昆明理工大学机电工程学院 昆明 650093 摘 要 本文以 UG 的 CAD Mold W izard CAM 模块为平台 完成了吹风机外壳模具从设计到数控加工的全过程 以此阐述了 注塑模具 CAD CAM 的实现过程 体现了 UG平台在注塑模设计制造领域与传统的设计制造方法相比的巨大优越性 注塑 模具设计与制造对传统的设计制造方法来说是一个巨大的挑战 而 UG 的解决方案可以显著提高模具制造商的产品创新能力 和生产力 关键词 UG M oldW izard CAD CAM 注塑模 中图法分类号 TG76 O343 文献标志码 A 2009年 1月 11日收到 模具是工业生产的主要工艺装备 近些年来 随着模具工业的飞速发展 CAD CAM 技术被逐渐 应用于模具工业 收到了良好的效果 1 大型三维 软件 UG是世界上最先进的 CAD CAM CAE 集成 的高端软件之一 综合利用 UG CAD CAM 和 UG M old W izard模块设计注塑模具并且对其进行数控编 程 能够大大提高模具设计及制造的效率和质量 本文应用 UG的最新版本 UG NX5 0 以吹风机外壳 为例 探讨 UG 在模具设计 制造领域实现 CAD CAM CAE一体化的应用 1 用 Mold W izard进行模具设计 M old W izard是 UG的一个应用模块 专门用于 注塑模具的设计 是一个功能强大的注塑模具设计 软件 Mold W izard为我们提供了从零件的加载 坐 标系 工件等的设置到模具系统制图的一系列工 具 我们可以非常方便的使用这些模具设计工具 来完成任意复杂模具的设计 2 1 1 分型前的准备工作 模具设计工作的第一步是导入要做成模具的 图 1 吹风机外壳塑件 零件成品 在此导入吹风机外壳的塑件模型 如图 1 所示 这个塑件由 UG 的建模模块建立 吹风机 CAD模型是后续工作 分型处理 生成型芯 型腔 及导入 UG CAM 模块进行数控加工等 的基础 接 下来要做的准备工作是模具坐标系的建立 确定产 品的收缩率以及确定模具毛坯的大小等工作 模具 CSYS用来帮助 Mold W izard确定分型面和 安装模具 模具 CSYS的原点就是放置模架的中心 点 X Y平面就是分型面 Z轴正向就是脱模方向 设置坐标系的位置如图 1所示 由于存在塑件的成 型收缩 为了得到准确尺寸的部件必须在模具设计 中设置收缩率以进行相应的补偿 在本实例中塑 件采用 ABS塑料 收缩率设置为 1 006 毛坯是一 个在外形上完全包围塑件 用来生成模具的型芯和 型腔的实体 毛坯的实体可以使用系统提供的标 准长方体 也可以使用自定义的实体 本例采用系 统提供的标准立方体毛坯 并设置大小为 235 145 75mm 1 2 塑件的分型设计 分型设计是注塑模具设计必不可少的一个步 骤 定义分型线 创建分型面 分离型芯和型腔等 是注塑模具设计的关键环节 分型设计的过程主 要由以下三个步骤组成 1 2 1 抽取分型线 分型线定义为模具分型面和产品模型的几何 相交线 M old W izard基于产品的脱模方向自动搜索 最大轮廓线以确定分型线可能产生的地方 但是 在塑件的 CAD模型存在缺陷或者 CAD模型过于复 杂等情况下 M old W izard就不能够很好地识别分型 线 对于这种情况 Mold W izard也为用户提供了手动 识别的功能 以期使得分型线正确无误 本例中由于 模型比较复杂系统不能自动识别出分型线 需手动顺 次指定分型线 最后抽取的分型线如图 2所示 1 2 2 创建并编辑分型面 分型面是用来修剪毛坯工件以生成模具的型 芯和型腔的片体 Mold W izard中提供了多种创建分 型面的方式 包括拉伸 扫掠 有界平面 扩大的曲 面等 当分型线都处在同一平面上时可以创建一 个 有界平面 作为分型面 当分型线都处在一个曲 面上时 可以运用 扩大的曲面 创建分型面 当分 型线不在同一平面或曲面上时 用户需要通过定义 过渡点或过渡对象来将分型线划分为更小 更容易 管理的分型段 然后将创建的分型段根据具体情 况创建出不同类型的分型面 最后将生成的各分型 面进行缝合 产生一个完整的分型面 在本例中由 于分型线不在一个平面内 所以定义了两个过渡对 象 如图 2所示 剩下的两段分型线由于在同一个 平面内所以分别用 有界平面 创建出两个分型面 最后系统自动生成分型面如图 3所示 图 2 创建了过渡对象的分型线 图 3 最后生成的分型面 1 2 3 创建型芯和型腔 为了能够顺利分型 塑件上开模方向的通孔或 是侧向通孔在模具分型之前必须要修补起来 如 果不加以修补系统将无法做出决定 这些通孔是由 型芯部分还是由型腔部分生成 修补方法有实体 修补和曲面片修补两类 其中最常用的方法还是曲 面片修补 在本例中吹风机外壳的进气窗格和为 安装按钮保留的空间在分型前必须修补起来 通孔 由型腔部分生成 随后 Mold W izard还要在吹风机 外壳的 CAD模型中抽取型芯和型腔区域 吹风机外 壳的外表面作为型腔面 内表面作为型芯面 最后 系统会将抽取的区域与分型面和修补面缝合在一 起形成修剪面对毛坯工件进行修剪 最终形成模具 的型芯和型腔 如图 4为生成的模具的型腔部分 图 4 型腔部分 1 3 后续处理工作 一套完整的注塑模具还需要模架做支撑 需要 顶出机构将塑件顶出模腔 需要抽芯机构完成抽芯 动作 需要浇口套 定位圈等零件与注射机匹配 需 要浇口 流道 冷却系统 所有的这些零部件的 652121期孔 刚 等 基于 UG的吹风机外壳注塑模具设计及数控加工 选用与设计构成了注塑模具的后续处理工作 具 体的后处理工作在此不再详述 2 模具的数控加工 传统的模具制作方法大都是采用原件改制 人 工敲制或手工刻制等方式 工艺落后 精度很低 制 造周期长 数控技术的出现则让模具的制造实现 了质的飞跃 数控编程的核心是刀位点的计算 对 于复杂的产品尤其是具有众多复杂曲面的产品 其 数控加工刀位点的人工计算十分困难 而 UG CAM 模块自动编程很好的解决了这一问题 利用 UG CAD模块生成的产品三维造型包含了数控编程所 需要的完整的产品表面几何信息 软件可以针对这 些信息进行数控加工刀位的自动计算 整个过程 都以统一的数据库和文件传输格式为基础 实现了 信息集成和数据共享 不仅能够快速提高加工效 率 而且能够保证质量 降低成本 3 2 1 型腔加工的工艺分析 虽然 UG CAM 模块能够自动进行数控编程 但 是数控编程之前的加工工艺的分析和规划必须由 用户自行完成 加工工艺制定的好坏从根本上决 定了数控程序的优劣 加工工艺分析和规划的主 要内容包括 毛坯工件的选择 加工区域的确定 工 艺路线的拟定 加工刀具的选择 走刀路线和切削 用量的确定等内容 4 下面以型腔工件的数控加工为例来阐述 UG CAM 模块在模具制造中的应用 型腔毛坯尺寸为 235 145 75 mm 材料使用 738型号模具钢材 工件六面平整 并保持各面间的直角 根据加工工 艺分析和规划的主要内容 初步制定了表 1所示的 工艺方案 表 1 型腔加工工艺方案表 工序号操作名称刀具工步内容余量步进切深主轴转速进给速度 1ROUGH 1D20R5粗加工型腔轮廓365 0 81 400600 2SE M I FIN I SH 1D20R10半精加工型腔轮廓0 565 0 51 400600 3FIN IS H 1D20R0精加工分型面020 1 800750 4FIN IS H 2D20R10精加工型腔轮廓031 800750 5FIN IS H 3D6R3清根精加工00 11 800750 6FIN IS H 4D2R1精加工进气窗处肋板050 2 500800 7FIN IS H 5D2R0清根030 2 500800 注 余量 切深单位为 mm 主轴转速单位为 r m in 进给速度单位为 mm min 步进数值的单位为 mm 百分比为刀具直径的百分比 在本例中采用了 7道工序进行加工 主要分为 以下三个阶段 粗加工阶段 粗加工阶段的目的 是快速去除多余的材料 采用一般的型腔粗铣加 工 由于型腔铣是分层切削 会留下台阶状的残留 材料 粗加工采用涂层硬质合金立铣刀 刀具直径 D 20 mm 底角半径 R1 5 mm 刀长 L 100 mm 刃口长度 FL 30 mm 半精加工阶段 半精加 工尽可能切除台阶状残留材料 获得较为均匀的加 工余量 为后面的精加工做准备 型腔半精加工采 用等高轮廓铣 采用球头铣刀 刀具球直径 D 20 mm 刀长 L 80 mm 刃口长度 FL 40 mm 精加工阶段 精加工需要切除模具型腔曲面加工 余量 采用固定轴轮廓铣 精加工分型面时用涂层 硬质合金立铣刀 D 20 mm R1 0 精加工型腔 轮廓 进气窗处肋板及清根精加工时均采用球头 铣刀 2 2 刀具路径的生成和仿真加工 在完成了加工工艺方案制定以及相关参数设 置后 即可将设置结果提交 CAM系统进行刀轨的自 动计算 为了明了直观 每道工序的数控程序名与 数控编程的操作名称相同 如图 5为计算得出的半 精加工刀具路径 图 6为对第 4道工序 精加工型腔 轮廓 进行的数控加工模拟仿真 6522科 学 技 术 与 工 程9卷 2 3 后置处理 在用 UG生成数控程序之后 必须对数控程序 进行后处理 才能满足不同机床 不同控制系统的 特定要求 这是因为由 UG生成的刀轨文件只是通 用性文件 而每台机床 控制系统对程序格式和指 令都有不同的要求 5 最后 将后处理之后的程序 传入特定数控机床完成数控加工 如图 7所示为在 采用三轴铣床 FANUC 数控系统的情况下 利用 UG Post完成后处理的精加工程序 图 7 后处理得到的精加工程序 片段 3 结束语 本文以 UG的 CAD Mold W izard CAM模块为平 台 完成了吹风机外壳模具从设计到数控加工的全 过程 UG等 CAD CAM CAE一体化软件在模具行 业中的应用 从根本上改变了产品的开发和生产方 式 大大缩短了产品的开发周期 降低了生产成 本 强有力的推动了模具行业的向前发展 参 考 文 献 1 模具设计与制造技术教育丛书编委会 模具结构设计 北京 机 械工业出版社 2004 2 王改性 李朝光 UG NX 5 0中文版模具设计技术指导 北京 电 子工业出版社 2008 3 张俊华 王少妮 UG NX 5 0数控编程完全自学手册 北京 机械 工业出版社 2008 4 杨 浩 UG NX5 铣制造基础培训教程 北京 清华大学出版 社 2008 5 杜智敏 韩慧伶 UG NX5中文版数控编程实例精讲 北京 人民 邮电出版社 2008 Design and NC M anufacturing of Plastic InjectionM old Based on UG Software KONG Gang LI Shan College ofM echanical and ElectricalEng ineering Kunm ing University of Science and Techno logy Kunming 650093 P R China Abstract On the platform of the UG Soft ware sCAD Mold W izard CAM components the whole process of de sign and NC manufacturing of the plastic injection mold of a hair dryer s shell was completed The CAD CAM process of the plastic injectionmold was introduced by the practical application The large advantage of theUG plat form over the traditionalmethod in the field of plastic injectionmolds design and manufacturing was reflected The plastic injection molds design