U G 软件 CAD CAM 技术在注塑模生产中的应用免费下载.pdf

收稿日期 2005204219 修改稿收到日期 2005207226 作者简介 王晓枫 合肥工业大学机汽学院CAD CAM中 心硕士生导师 副教授 长期从事模具的研究与开发工作 UG软件CAD CAM技术在注塑模生产中的应用 王晓枫 陈建华 合肥工业大学 230009 摘要 以手机外壳为例 介绍利用UG软件提供的MoldWizard和CAM数控编程两大模块 实现从模具设计到数控铣 加工的全过程 关键词 注塑模 计算计辅助设计 计算机辅助制造技术 手机 应用 近年来 随着市场全球化和竞争的不断加 剧 注塑模具的型腔形状和模具结构越来越复 杂 模具精度要求越来越高 生产周期要求越来 越短 为了适应这种发展趋势 CAD CAM技 术被逐渐应用于模具工业 收到了良好的效果 与其他工业相比 模具工业有其自身的特 点 模具的设计制造是从产品模型到生产装配的 逆向过程 为了满足模具工业专业性要求 各大 软件厂商针对各类模具的特点推出了功能完善 操作简便的专用CAD CAM系统 比如 美国 U GS公司 针对注塑模推出了注塑模设计向导 CAD系统 MoldWizard 该系统无缝地集成于 U GS拳头产品 三维机械CAD CAM系统 U G中 为用户提供了注塑模设计环境和工具 封装了模具设计的专家知识 提供了标准化的模 架库 零件库和嵌件库 1 用MoldWizard进行模具设计 模具精灵MoldWizard是U G软件中的一 个模具设计模块 它可以指导模具的设计过程 应用模具向导技术一般能够将生产力提高1 10倍乃至更多 1 模具精灵提供给用户一个逻辑过程 指导用 户一步步地完成模型设计 在这个优化的环境 中提供了很多自动化的功能 如数据的读入和零 件建模 家族模具 缩放控制 自动的模腔布局 分模功能 模架工具和库及标准件工具和库 分 别对应于MoldWizard工具条中的各个图标 并 且图标的排列顺序与实际的模具设计过程相似 1 1 分模前的准备工作 模具设计过程的第一步是调用零件并创建 MoldWizard装配体结构 对于手机外壳的塑 件 2 由U G的建模模块建立开始 CAD模型是 其后续工作 MoldWizard分模处理 生成型芯 型腔导入U G CAM模块Manufacturing进行数 控加工等 的基础 因此 对于CAD模型 希望 它是一个完好的没有缺陷的实体模型 这就要 求不仅要建模正确 同时在建模以后对模型进一 步分析 尽量消除产品模型的缺陷 甚至达到完 美 MoldWizard提供了一个产品设计顾问 Product Design Adviser 的部件 利用这个顾 问能够得到如下重要信息 可以找出拔模角不足 的表面 找出所有的凹陷区等 拔模角过小或者 存在凹陷区都会阻碍塑件的脱模 严重时将会损 坏塑件 在确定塑件没有缺陷以后 接下来要做的工 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 模具坐标系是在进行模 具设计时使用的坐标系统 它可以为型腔与模架 等相关的结构定位 当使用Mold CSYS功能时 现有的WCS坐标系的XC2YC平面作为重要的 分模平面 或者作为模架移动部分和固定部分的 边界 而现有坐标系的ZC轴作为模具的顶出方 向 为了使模具尺寸合理 XC2YC平面常常定 位在塑件ZC方向的最低处 当前坐标系与设 想不同时可以利用Mold CSYS功能进行调整 塑件的收缩率可以根据塑件采用的塑料材 料查阅相关手册 或者根据用户自己的设计经验 来确定 这是因为收缩率是一个在一定范围内波 05 现 代 塑 料 加 工 应 用 2 0 0 5年 第1 7卷 第6期 MODERN PLASTICS PROCESSING AND APPLICATIONS 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 本电子书仅供读者预览 请在下载24小时内删除 不得用作商业用途 动的变数 影响塑料成型收缩的因素颇多 主要 有 塑料的品牌 塑件的形状 塑料在模具内的流 动方向以及塑件的成型条件等 3 这里假定塑 件的收缩率为1 005 毛坯是一个在外形上完全包围塑件 经收缩 率计算之后的塑件 的模块 初始模块可以使用 系统提供的标准立方体 也可以使用自定义的实 体 其尺寸是由MoldWizard自动计算塑件 经 收缩率计算之后的塑件 的最大外形尺寸 增加 一定的余量 考虑模块的力学性能要求 按经验 值给定 给出一个默认的模块大小 在后面的设 计过程中 将利用MoldWizard分模功能在毛坯 的基础上生成模具的型芯和型腔 这里采用标 准立方体毛坯 大小为160 mm 100 mm 80 mm 1 2 塑件的分模处理 分模处理是MoldWizard模具设计的核心 部分 这个过程主要有以下3个步骤组成 1 识别分模线或自然分模轮廓 正确的分模线其投影应该位于塑件在模具 顶出方向上的最大截面处 这样的分模线才能够 使得塑件从模具中顺利脱模 一般情况下 MoldWizad能够自动准确地识别分模线 但 是 在一些情况下 比如塑件的CAD模型存在 缺陷 或者由于CAD模型太过复杂 MoldWiz2 ard不能够很好地识别 对于这种情况 Mold2 Wizard也为用户提供了手动识别的功能 以期 使得分模线正确无误 2 由分模线生成分模面 正确地找出分模线以后 利用这些分模线来 生成分模面 以后将利用这些分模面来修剪毛 坯工件 从而生成模具的型芯和型腔 由分模线 生成分模面的方法有很多 主要有延伸 Ex 2 trude 边 界 平 面 Bounded Plane 扫 描 Swept 和延展曲面 Enlarged Surface 等 需 要说明的是 当分模线不处在同一曲面上时 用 户通常需要先将分模线分段 然后利用以上方法 对各段进行生成分模面处理 最后将由各段分模 线生成的分模面进行缝合 产生一个完整的分模 面 本例中 由于手机外壳侧边开口的存在 使 得分模线不在同一曲面上 所以在侧边开口等几 处分模线作了分段处理 最后生成分模面 3 开始分模 在开始分模之前 必须确定模型已经被修补 完整 比如手机外壳上分布了很多通孔 用来给 手机键盘和屏幕的安装保留空间 这些通孔在 分模前必须要修补 从而产生修补面 如果不加 以修补 系统将无法作出决定这些通孔是由型腔 部分还是由型芯部分生成 本例中 通孔由型芯 部分生成 随后 MoldWizard将会从手机外壳 的CAD模型上提取出两部分面 手机外壳的外 表面将作为型腔面 其内表面将作为型芯面 并 分别与分模线创建的分模面以及相应的修补面 结合在一起 然后利用布尔运算对毛坯工件进行 修剪 最终生成模具的型腔和型芯 1 3 后续处理过程 最后 利用MoldWizard提供的模腔布局功 能生成一模多腔模具 利用标准模架库导入标准 模架 如DME HASCO等著名公司的模架产 品 也可以利用提供的标准件库导入标准件 如 定位环 浇口套 顶杆 滑块等 可以根据实际情 况对标准模架 标准件的尺寸作相应的修改 还 可以手工加入流道和冷却道 从而组成一副完整 的模具 2 型芯的数控加工 自从加工业采用数控机床进行数控加工以 来 数控编程经历了手工编程 APT语言编程和 交互式图形编程3个阶段 交互式图形编程就 是通常所说的CAM软件编程 由于CAM软 件自动编程具有速度快 精度高 直观性好 使用 简便 便于检查和修改等优点 已成为目前国内 外数控加工中普遍采用的数控编程方法 数控 编程的核心是刀位点的计算 对于复杂的产品 其数控加工刀位点的人工计算十分困难 而 CAM软件自动编程很好地解决了这一问题 利用CAD技术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 计算 机软件可针对这些信息进行数控加工刀位的自 动计算 因此 绝大多数的数控编程软件同时具 备CAD的功能 故称其为CAD CAM一体化 软件 2 1 工件的加工工艺分析和规划 4 虽然U G软件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用 15 王晓枫等 U G软件CAD CAM技术在注塑模生产中的应用 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 户自行完成 加工工艺制定的好坏取决于编程 人员的经验 根本上确定了数控程序的优劣 加 工工艺分析和规划包括如下主要内容 1 加工对象的确定 通过对模型的分析 确定这一工件的哪些部位需要在数控铣床上或 者数控加工中心加工 数控铣的工艺适应性也 是有一定限制的 对于尖角 细小的筋条等部位 是不适合加工的 应使用线切割或电火花来加 工 而另外一些加工内容 可能使用普通机床有 更好的经济性 如孔的加工 回转体加工 可以使 用钻床或车床来进行 2 加工区域规划 对加工对象进行分析 按其形状特征 功能特征及精度粗糙度要求将加 工对象分成数个加工区域 对加工区域进行合 理规划可以达到提高加工效率和加工质量的 目的 3 加工工艺路线规划 从粗加工到精加 工再到清根加工的流程及加工余量分配 4 加工工艺和加工方式确定 如刀具选 择 加工工艺参数和切削方式 刀轨形式 选择 等 本例中 采用的毛坯是一长方体钢件 尺寸 约为160 mm 100 mm 55 mm 毛坯要打平 面 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 经过认真的工艺分析 初步制 定了表1所示的工艺方案 表1 工艺方案 序号方法程序名刀具切深 mm余量 mm主轴转速 r min 1 进给率 mm s 1 1粗加工Cacity MillD10R0 50 250 26 0001 500 2粗加工Zlevel Follow coreD6R20 150 28 0001 500 3半精加工Contour Area N StpD4R20 10 110 0001 800 4半精加工Contour profile StpD4R20 10 110 0001 500 5清根Flowcut SingleD4R20 10 112 0001 400 6精加工Fixed ContourD2R10 1012 0001 500 7精加工 上表面 Contour AreaD2R120 0002 000 这个工艺方案采用了高速加工 它基本遵循 高速铣的一般原则 即小的刀具 轻的切削 高的 转速和进给率 并在走刀过程中尽量减少刀具载 荷的急剧变化 2 2 UG自动数控编程 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 本例中采用了7道工序进行加 工 为了明了直观 每道工序的数控程序名与U G 数控编程的操作类型名相同 对于NC CNC编 程员来说 应当了解每一步加工工序后哪些材料 还没有被加工掉 在U G中 每个加工工序完成 以后 都有一个零件的中间过程 称为IPW In2 Process Workpiece IPM可以作为下一道工序 毛坯 编程人员可以通过对IPM的观察来确定 加工情况 同时 为了确保程序的安全性 必须 对生成的刀轨进行检查校验 检查刀具路径有无 明显过切或者加工不到位 同时检查是否发生与 工件及夹具的干涉 校验的方式有 1 直接查 看 通过对视角的转换 旋转 放大 平移直接查 看生成的刀具路径 适于观察其切削范围有无越 界 以及有无明显异常的刀具轨迹 2 手工检 查 对刀具路径进行逐步观察 3 模拟实体切 削 进行仿真加工 直接在计算机屏幕上观察加 工效果 这个过程与实际加工十分类似 利用第 5道工序后生成的IPM作为毛坯 对第6道工 序 精加工 进行数控加工模拟仿真 4 2 3 程序后处理 在用U G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 5 这是因为由U G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要求 比如对同一行中 不同G代码的输出顺序有不同的要求 在U G 中 U G为用户提供了一个后处理器 U G Post来帮助用户完成后处理 通过建立跟机床 25 现 代 塑 料 加 工 应 用 2005年12月 1995 2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co Ltd All rights reserved 数控系统相匹配的2个文件 事件处理文件 Event handler后缀是 tcl 和定义文件 Defini2 tion file后缀是 def 这2个文件由U G后处理 编辑器U G Post Builder来完成 U G Post可以 完成从简单到任意复杂机床 数控系统的后处 理 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 3 结论 a 以手机外壳为例 利用U G软件提供的 MoldWizard和CAM数控编程两大模块 完成 了从模具设计到数控铣加工的全过程 U G等 CAD CAM一体化软件为代表的CAD CAM技 术在模具行业中的应用 大大提高了模具设计制 造的效率 取得显著的经济效益 从根本上改变 了传统的模具生产方式 b 为了最大程度地提高模具制造的效率 减少模具修改的时间 CAE技术也被广泛地应 用到了模具的设计制造分析过程中 如在注塑模 分析中广泛应用的CAE技术的代表著名的 Moldflow软件 模具行业的飞速发展迫切要求 CAD CAM技术向着CAD CAE CAM技术集 成化的方向发展 参 考 文 献 1 康亚鹏 UG MoldWizard模具设计基础教程 北京 人民邮 电出版社 2003 4 8 2 唐春文 中文Unigraphics NX高级应用与实例 北京 冶金 工业出版社 2004 399 419 3 王文广 塑料注射模具设计技巧与实例 北京 化学工业出 版社 2004 16 4 王卫兵 UG NX数控编程实用教程 北京 清华大学出版 社 2004 3 5 安杰 邹昱章 UG后处理技术 北京 清华大学出版社 2003 3 4 THE APPLICATION OF CAD CAM TECHNOLOGY IN UGSOFTWARE FOR MOBILE PHONE CRUST Wang Xiaofeng Chen Jianhua Hefei University of Technology 230009 ABSTRACT Taking the mobile phone s crust for exampl