教学材料《CAD技术概论》-CAD-5

第5章CAD技术在注塑模具设计中的运用5.6Pro/E和Mastercam在模具设计及制造中的应用5.7Pro/ENGINEER电极设计5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用下一页第5章CAD技术在注塑模具设计中的运用5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用5.11塑件的拔模5.12Pro/ENGINEER动画设计模块在产品开发过程中的应用上一页5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的，它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供了一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM在技术中的迅猛发展，软件/硬件水平的进一步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化，集成化、网络化的最优选择5.1.1模具CAD/CAM的发展概况下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。目前通用CAD/CAM软件的发展现状如下:CAD技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技术等。随着互联网的普及，智能化(intelligent)、协同化(collaborative)、集成化(integrated)成为技术新的发展特点，使CAD技术得以更广泛的应用，发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD5.1.2模具CAD/CAM的特点一个稳定的、可以满足实际生产设计需要的模具上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状CAD/CAM系统应该具备下列特点:①模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力。模具设计中因为模具的工作部分(如拉深模、锻模和注射模的型腔)是根据产品零件的形状设计的。所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。否则，就无法输人关于产品零件的几何信息，设计程序便无法运行。另外，为了编制NC加工程序，计算刀具轨迹，也需要建立模具零件的几何模型。因此，几何造型是模具CAD/CAM中的一个重要问题。②标准化是实现模具CAD的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。为了便于实现模具CAD,减少数据的存储量，在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准模具零件，需要设计的只是少数工作零件③设计准则的处理是模具CAD中的一个重要问题。人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。5.1.3模具CAD/CAM的优势计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制造工艺更加合理化。系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。

①CAD/CAM可以节省时间，提高生产率。设计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间。CAD与CAM的一体化可显著缩短从设计到制造的周期。上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状②CAD/CAM可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。优化设计带来了原材料的节省，例如，冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高5%~7%。采用CAM可加工传统方法难以加工的复杂模具型面，可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。CAD/CAM的经济效益有些可以估算、有些则难以估算。由于采用CAD/CAM技术，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力。③CAD/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来，使其可以从事更多的创造性劳动。④随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高，模具上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状CAD/CAM/CAE一体化技术可以大大增加模具的可靠性，减少直至不需要试模修模过程，提高模具设计、制造的一次成功率。5.1.4模具行业采用模具CAD/CAM技术的原因传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。因此，国内外企业纷纷采用模具CAD/CAM技术。模具行业采用模具CAD/CAM技术的主要理由是:①利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。②可以缩短新产品的试制周期，例如，在汽车工业中，可上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状缩短模具的设计制造周期。③提高产品质量的需要，如汽车车身表面等形状，需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。④模具制造厂和用户对CAD/CAM的需要增加。例如，利用磁盘进行数据传送，用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。⑤模具加工设备的效率不断提高，需要计算机辅助处理数据，以提高设备的利用率。⑥在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。5.1.5模具CAD/CAM技术在模具行业的应用现状上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状模具CAD/CAM技术发展很快。应用范围日益扩大。在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。采用CAD/CAM技术是模具技术、生产革新化的措施，是模具技术发展的一个显著特点。目前我国模具行业应用的模具CAD/CAM软件可以分为两大类:一是机械行业内通用的CAD/CAM，如前面介绍的Unigraphics(UG),SOLIDEDGE,AutoCAD,SolidWorks,Pro/ENGINEER等。二是专门针对模具行业开发的模具CAD/CAM系统，如上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等。

1.国外模具CAD/CAM技术的应用现状工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/CAM上进行上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状了较大的投资，正大力开发这一技术。目前，应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。例如，日本丰田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。20世纪80年代初期开始采用覆盖件冲模CAD/CAM系统。该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADEIT软件和加工凸、凹模的TINCA软件利用三坐标测量仪测量钻土模型，并将数据送人计算机。将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在数据库中，TINCA软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状

2.国内模具CAD/CAM技术的应用现状经过近几十年的发展，在国内的模具生产中，CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。模具行业已引进相当数量的国外CAD/CAE系统，例:Unigraphics(UG),SOLIDEDGE，AutoCAD，SolidForks,Pro/ENGINEER等，并配置了运行速度快、性能高的计算机。但是对于国内一些大型模具企业，它们的CAD/CAM应用状况多停留在从国外购买先进的CAD/CAM系统和设备，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率低，对于国内一些中小型模具企业，它们的CAD/CAM应用很少，有些仅停留在以计算机代替画板绘图。所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况，使它们真正做到快速、准确地对市场做出反应，并使制造的模具产品质量高、成本低，即达到上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状敏捷制造的目的。5.1.6我国模具CAD/CAM软件自主开发和二次开发情况我国模具CAD/CAE的开发开始于20世纪70年代末，发展也很迅速。在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多，都是使用VisualC++，OpenGL等工具进行软件开发，国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的，有自己特色，符合中国用户习惯的CAD/CAE软件或模块，其中有一些成果已经得到了推广和使用。国内开发适合模具行业的CAD/CAM软件，主要采用两种途径—在现有CAD/CAM平台上进行二次开发和开发拥有自主版权的CAD/CAM系统。上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状

1.基于现有模具CAD/CAM平台二次开发成果华中科技大学1997推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统，HSC2.0系统以AutoCAD软件包为图形支撑平台，包括模具结构设计子系统，结构及工艺参数计算较核子系统，塑料流动、冷却等子系统。合肥工业大学基于AutoCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCADV4.002.自行开发的拥有自主版权的模其CAD/CAM系统由北京北航海尔软件有限公司推出的三维电子图板和CAXA-ME制造工程师2008，能进行3D零件设计与NC加工，其特点是基于3D参数化的特征设计，实现了实体、曲面和NC加工的协调与统一。上海交通大学中模公司开发的上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状金属塑性成形三维有限元仿真系统，其刚(钻)塑性有限元分析器和动态边界处理技术达到了国际先进水平。吉林金网格模具工程研究中心所开发的冲压模具CAD/CAE/CAM一体化系统。浙江大大电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统GS-CAD08。金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。开日CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件。中科院凯思软件集成及北京凯思博宏应用工程公司开发了具有自主版权的PICAD系统及系列软件。这些软件已经在许多模具行业中的企业得到推广和应用。上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状5.1.7我国模具CAD/CAM软件应用与开发中存在的主要不足近几年来，我国CAD/CAM系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了CAD/CAM商品化软件市场。在CAD/CAM软件应用与开发存在的不足主要有以下几点:①不少的企业对CAD的认识还仅仅停留在绘图阶段，缺乏设计方法和设计理论的指导，从而使CAD产生的效益尚未得到充分发挥②CAD/CAM软件应用人员参差不齐，不能让CAD软件得到高效率应用。③在引进模具CAD/CAM技术时存在着盲日性倾向，许多企业没有充分考虑各种CAD/CAM软件的特点，购买回来上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状的CAD/CAM软件不能完全适用于本企业的产品设计与开发工作。④引进的模具CAD/CAM系统的二次开发跟不上，致使引进软件的效率不能完全发挥。⑤国内模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期，自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高，功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。⑥我国CAD技术开发创新少而仿制多。没有创新就没有竞争力，只仿制就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这一问题⑦我国CAD软件的开发缺乏理论的研究。CAD技术是一项综合性的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争上一页下一页返回5.1模具CAD/CAM软件的应用与开发现状激烈。⑧信息集成技术落后。信息技术的广泛集成是以产品数据管理(PDM)和过程管理(PM)为基础，实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成，在并行工程中PDM也是重要的基础。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场。而我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又是建立在国外基础系统上。在模具CAD/CAM的应用方面，我国模具CAD/CAM的应用有了长足的发展，模具CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。我国模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，自主开发的CAD/CAM软件的开发水平以及商品化、市场化程度都不如发达国家。软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距。上一页返回5.2Pro/ENGINEER注塑模具的设计流程对于注塑模具设计，传统的设计方法主要依靠模具设计师的直觉和经验，模具通常经过反复的试模和修正才能投人生产，模具的设计周期长，成本高。而利用Pro/ENGINEER软件设计，通过仿真注塑零件的塑料填充过程，借助Pro/ENGINEER塑料设计顾问使设计者能够以可制造性为导向进行设计，揭示问题并提出补救建议，不至于在模具开发制造之后才发现问题。同时Pro/ENGINEER的相关性使得即使有必要更改设计也变得很容易实施。随着对零件的每处变动，设计的每个其他方面，如模具设计、数据分析和制造信息，都将自动更新，从而节省产品的研发时间5.2.1注塑模具设计的流程下一页返回5.2Pro/ENGINEER注塑模具的设计流程模具的设计与普通产品的设计之间存在一定的差异。对于模具的设计，在设计之前，必须要把使用该副模具生产出来的产品设计好，之后才能设计这副模具①产品的设计，即设计“设计模型”，既可以直接在模具模式中创建，也可以在零件模式中创建，再将其装配到模具模式中。②设计模型的预处理，包括复制实体曲面，避免分型过程中可能出现分模失败;设计放置模型的基准平面和基准坐标系，便于参照模型在模具组件中的定位，做到设置模具绝对精度，保证几何计算正确。由于塑件和工件上必须有适当的拔模斜度，才能从模具中顺利脱出。因此还必须对参照零件进行拔模检测，并对参考零件上的各部位进行厚度检测。对检测不合理的地方，需要更改零件的设计。上一页下一页返回5.2Pro/ENGINEER注塑模具的设计流程③模具的布局、工件模型的设计和收缩率的设定。把经过顶处理的设计模型加载到模具模块中开始模具设计，此时加载到模具模块中的设计模型叫参照模型。设计模型的修改可以反映到参照模型，但参照模型的修改却不会引起设计模型的修改，这有利于一个设计模型可以应用到多个不同的模具模型文件中。模具的布局就是根据注塑机的最大注射量、最大锁模力或塑件的精度要求来计算模具的型腔数。根据加载后的参照模型，在模具设计文件中添加工件，即用以包裹参照模型构成形腔的“毛坯”也称为工件模型。由于塑料件从热模具中取出并冷却到室温时会发生收缩，还需要设计模具收缩率以反映这一变化。④分型面设计及检测。塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了取出塑件，必须将模具型腔打开，型腔就是沿着分型面上一页下一页返回5.2Pro/ENGINEER注塑模具的设计流程分割开来的。在模具设计的过程中，分型面的设计是最复杂、最重要的，它决定了设计模具的结构与模具开模是否成功。创建分型面时，应该综合考虑各方面的因素，如便于脱模，便于加工，模具结构尽量简单等来建立合理的分型面。⑤模具体积块的分割及抽取。借助于分型面来分割工件或利用现有的体积块来创建模具体积块，进行抽取得到上下模和铸模的实体零件，并且通过分离打开模型，形成爆炸图。⑥浇注与冷却系统的设计。浇注系统是指从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。冷却系统则是指存在于型芯、型腔等部分，通过冷却液的流量及流速来控制模温的冷却管道。⑦仿真开模。定义打开模具的步骤，并对每一步骤进行上一页下一页返回5.2Pro/ENGINEER注塑模具的设计流程是否与静态零件相干涉的检验。⑧创建其他部件。通过前面的步骤，创建出了模具的型腔部分。对于模具的其他部件(如模架、滑块等)，可以在模具模式下创建，也可以在组件模式中创建。5.2.2图示注塑模具设计的流程(图5-1)上一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法模具CAD/CAM/CAE技术的应用是提高设计效率、缩短制造时间、保证加工精度的重要手段。Pro/ENGINEER作为当今最流行的二维实体建模软件之一，内容丰富、功能强大，在模具设计制造领域的应用日益广泛。Pro/ENGINEER软件中的模具分模模块大大地方便了模具设计制造过程，已被越来越多的模具技术人员所喜爱，但该模块在实际运用中具有一定的复杂性，需要设计者针对设计对象的具体情况，结合已有的各种模具设计及加工方面的知识经验，灵活地选择合适的分模方式。以下归纳总结了几种常用的Pro/ENGINEER分模方法和技巧，并对其具体操作步骤和使用特点进行介绍。下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法5.3.1常见的Pro/ENGINEER分模方法所谓分模就是指模具分型面的创建，是确定模具型腔、型芯，进行模具结构设计的前提和基础，是模具设计制造的关键步骤。Pro/ENGINEER分模模块除了利用其基本的曲面创建和操作功能外，还提供了一些巧妙、快捷的方法进行分模。

1.Copy(复制)法在对产品零件进行工艺分析，确定分型面方案之后，可以采用直接复制零件表面的方法，获得曲面，再通过对其进行合并，延拓等操作，创建出所需的分型面。该方法需要严格按照分型而所在位置作出完整的曲面，而且需要对有靠破孔上一页下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法的地方进行填补，过程比较烦琐，但是准确可靠、机动灵活，因此是最常用的分模方法

2.Skirt(裙边)法

Skirt(裙边)法的原理是:先以一定的方法创建分型线曲线，之后再利用Skirt命令，通过选取所作的分型线曲线，指定相应的方向，即可生成裙边曲面，并自动延拓到模具胚件的边缘，从而获得所需的分型面。由于分型线必须位于零件在分型方向的最大截面处，因此，通常可使用侧面影像命令来创建，自动生成的侧面影像曲线就是零件在分型方向上的最大轮廓曲线，而且通过定义该命令对话框中的选项，可以删除其中不必要的曲线，检查曲线是否封闭，并选择是产生外形轮廓还是内形轮廓。当然，创建裙边曲面所用的分型线也可以是其他类型的曲线，如草绘曲线、复合曲线等，需根据上一页下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法具体情况而定。因此，裙边法具有自动分模的功能，这使得它的应用广泛，尤其是对于那些外形比较规则、曲而复杂程度不是很大的零件用得很多。但对于那些外形不规范、曲面复杂的零件，使用裙边法时要特别注意，其生成的分型面容易扭曲变形，这样会给模具型腔布置及分型面加工造成较大的麻烦，此时宜采用其他方式的分模方法。

3.Shadow(阴影)法对于形状简单、曲面单纯的零件，亦可采用Shadow(阴影)法分模，自动、方便、快捷。但其适应范围比较狭窄，零件复杂时不太好用。以上所叙是Pro/ENGINEER模具设计中使用较多的几种分模方法，除此之外还有其他一些方法，各有特点，需结合实际情况，灵活地选择应用。其最终目的都是为了能够上一页下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法准确、可靠、迅速地分割拆取模具型芯、型腔、滑块等零件，为后续的模具设计和制造工作取得良好的开端，从而实现高速度、高质量、高效率的现代化模具生产5.3.2分模技巧的运用

1.复制分型面法一般开始接触的方法往往是进人Pro/ENGINEER分模板块MoldCavity，在软件提供的环境下进行对参考零件的拷面。拷面法其实就是事先想好分型面的形状，直接在参考零件上进行拷面操作，在复制分型面的方法中，经常用到的命令有曲面复制、曲面造型(如曲面拉伸)、曲面编辑(如曲面沿拓和曲面合并)。特别是在进行拷面的时候，要灵活掌握选面的技巧，一般有两种方法进行选择:配合(Ctrl键重复一上一页下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法个一个面的选择和配合Shift键边界面与种子面的选择。到底运用哪种方法完全取决于用哪个更方便。当然曲面合并也要讲求场合，否则容易出错。

2.组件法组件法是在装配环境下进行，即进入Assemble/Dsign板块。此方法的核心也是要做出分型面，但做的方法可以是复制面，也可以是重新造型曲面，甚至可以复制和造型面交叉进行。做好了分型面后直接利用它对坯料进行实体化分割，得到的上、下模型芯和其他板块另存起来，再返回装配环境把刚才保存的板块组装在一起。

3.Part环境做面法此方法一般用于复杂产品的分模比较适合，如果产品简单上一页下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法还要到part环境下分模，势必会影响分模效率。因为在part环境下进行分模的主要思想是:做出一个大致的分型面，把大部分特征分割开，再在分好的板块上进行切割。特别强调的是:当零件造型有问题时，如零件造型的时候有曲面自相交，此时有两种选择:重新修改零件或者在part环境下直接切出所需的模芯。5.3.3分模纠错方法在分模的过程中，经常出现错误的步骤是在分割体积块。虽然在这一步骤出错，但是真正的问题往往是在前面做的分型面不正确，主要的表现是分型面有破孔没有填补上、分型面有自相交的现象、没有把分型面进行合并，等等。解决的办法是回到分型面的步骤，对分型面进行着色检查，分析它上一页下一页返回5.3Pro/ENGINEER分模方法有无红边(红边代表破孔或边界)，只要找到了问题的根源，解决起来就可以对症下药。还有另外一个经常出现的错误也是表现在无法分割出体积块，但是它的问题根源不是分型面，而是零件本身造型存在的问题(如曲面自相交)，此时就只能有如上所说的两种选择:重新修改零件或者在part环境下直接切出所需的型芯。总地来说，分模方法的目的其实都是相同的，具体采用哪种方法来分模要视具体情况，但一般情况下，简单的零件，首先用复制分型面法和组件法，制件复杂可以考虑Part环境做面法。需要强调的是，不要死记方法和步骤，重要的是理解各种分模的核心思想。上一页返回5.4一模多腔模具设计

Pro/ENGINEER一模多腔设计主要有这样两种方法:一是分型面直接分割法;二是单腔模仁实体曲面法。5.4.1分型面直接分割法的原理分型面直接分割法的原理和单型腔分模的方法基本一致，只是分型面的设计由于一模多腔的原因更加复杂。其分模的步骤为:①进入模具设计模块定位参照零件，进行型腔布局;②应用收缩率对参照零件进行收缩处理;③增加毛坯工件;④进行主分型面和次分型面的设计;⑤分割模具体积块;⑥抽取模具元件;⑦流道系统设计;⑧开模。5.4.2单腔模仁实体曲面法的原理单腔模仁实体曲面法的原理:首先进行一模一腔的模具下一页返回5.4一模多腔模具设计设计(包括流道系统的设计)，其次单独打开分割出的模具元件，对他们进行曲面实体化的操作以完成一模多腔设计。其分模的步骤为:①进入模具设计模块装配参照零件;②应用收缩率对参照零件进行收缩处理;③增加毛坯工件;④进行分型面的设计;⑤分割模具体积块;⑥抽取模具元件;⑦流道系统设计;⑧单独打开模具元件进行实体曲面操作;⑨根据具体情况对实体曲面进行镜像或旋转复制操作，并实体化;⑩对模具元件进行局部细化处理;⑩开模。除了以上介绍的两种方法以外，我们还可以在Pro/ENGINEER的装配模块下通过Insert插入)-SharedData(共享数据)-CopyGeometryfromOtherModel(从其他模型复制几何)，复制在一模一腔设计中的分模面，并进行镜像、合并操作形成一模多上一页下一页返回5.4一模多腔模具设计腔的分型面，从而分割出一模多腔的模仁。但此方法没有实体曲面法简单和易掌握。分型面直接分割法和单腔模仁实体曲面法，是Pro/ENGINEER一模多腔设计的主要方法。分型面直接分割法适用于分模面比较简单、破孔填充较少的一模多腔模具设计。而单腔模仁实体曲面法适用于分模面比较复杂、创建过程较多的一模多腔模具设计。上一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤

Pro/ENGINEER是当今最好的三维设计和制造软件之一，其NC加工模块具有强大的加工、后置处理功能。Pro/NC为机械工程人员的设计开发工作提供了有利的工具，但由于其级联菜单复杂，加工种类繁多，设置步骤冗长等一些问题，使刚接触Pro/NC的操作者常常无处下手，其实利用Pro/NC设计加工程序的流程与实际加工的思维逻辑是相似的，下面概述了Pro加工程序的设计步骤。5.5.1设定加工操作环境

1.打开制造菜单选文件一新建指令，打开新建对话框，选“制造”，在对话框右边显示子文件格式的内容。

2.取出工件图形下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤①在NC组装子文件格式模式下，制造模型在创建过程中并不会有太多的限制条件，参考模型可为一般的零件文件，也可以是组装文件，毛坯则视情况可省略，但同时Manufacturing中将因为缺少Workpiece数据而无法做实体切削模拟。②若选择NCPart子文件格式，系统一开始就会要求用户设计ManufacturingModel，因此，在NCPart模式下进行加工程序的设计时，需要在设计前就完成产品及零件的几何模型设计。操作过程为:选择NCPart,输入文件名，按“OIL"，打开“Open”对话框。在对话框中选取需要的工件文件，按“Open"，工件图形便显示在屏幕上，同时显示MAN-UFACTURE(制造)菜单上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤

3.加工机床设置

MfgSetup-Machining-peration-DEFINEOPER(加工设置一加工一操作一定义操作)指令。在DEFINEOPER(定义操作)菜单中有若干Operation选项，有些选项是必要的，有些是选择性的。系统会自动强制性地选中必要的设置选项，如DEFINEOPER菜单中Workcell(机床型号)，MachCsys(加工基准坐标系统)两项已有√标记，是系统自动选定的必要的定义项目。若操作者需要进行其他项目设置，则用鼠标选中所需选项，以加入设置程序的项目。按执行操作，显示机床形式菜单，选择加工所需机床。4.设置加工基准坐标系统上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤在加工程序的设计及实际进行加工的过程中，加工基准坐标系统的设置是一项非常重要的数据。因为设计好加工程序后将得到加工刀具路径参数，而该参数就是加工刀具相对于加工基准坐标的位置及运动参数。设定机床后，系统显示MACHCSYS(加工坐标系统)菜单。在该菜单中选创建指令，创建坐标系，选model模型指令，在屏幕上选定要加工的模型，模型反自，系统打开选项菜单，列出创建坐标系的9种选项，操作者可选择一种自己习惯而便捷的方式完成加工基准坐标系统的设置。5.5.2设置加工方法

Pro/Nc有11种加工方法，充分地满足了加工中的设计需要，这些方法在设置步骤上大体相同。操作者应根据工件上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤加工的工艺要求、加工条件等因素选择相应的加工方法。选“Machining-NCSequence”(加工一NC序列)指令。选择一种加工方法，按“Done”(执行)，在序列设置菜单中有许多有V标记的项目，是系统自动选定的，告诉操作者按已选定的顺序进行工作，按“Done”(执行)。5.5.3设置加工参数

1.设置加工刀具加工刀具是一项相当重要的设置参数，因为加工刀具的设置和选择会影响到加工结果。在SEQSETUP(程序设置)菜单中按“执行”后，弹出刀具设置对话框.在刀具设置对话框中，选图形，可以设置编号、刀具名称、刀具形式、铣刀直径、铣刀长度等项目。选先进的标签，可设置长度单位、上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤刀具材料，刀具注释等项目。按预览，在对话框下方预览窗口中可以观察所设置刀具的几何形状及尺寸信息。按应用接受设置，在对话框上面空自处显示刀具号和刀具名称，然后单击对话框菜单中执行选项完成加工刀具设置。

2.设定加工参数在设计加工程序时，Pro/NC会根据刀具几何模型及加工参数产生加工刀具的路径参数，加工参数的设置会影响所产生的加工刀具路径参数。因此在设置加工参数时，要根据加工的状况及精度的要求，设置适当的加工参数。选加工参数菜单中的“设置”指令，弹出参数树对话框，“-1”的参数项为必须定义的项，而显示“-”的项为不定义的项，此外还有一些参数项有缺省值。完成各项参数内容的设置后，单击对话框文件菜单中的“退出”选加工参数设置不合理，上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤系统会用信息窗给出出错指示。

3.设置退刀高度为了避免刀具移动路径与未加工材料或其他工具发生碰撞的危险，需要设置安全退刀面。完成加工程序设计参数设置后，按“执行”，系统弹出退刀选择对话框，以设置安全退刀面。按沿z轴方向按钮，在输入z向深度文本行中输入欲设置退刀平面的Z坐标值。按“预览”，在屏幕上观察退刀平面设定是否符合要求。接受设置则按“OK”完成，退出对话框。

4.选择加工平面完成退刀平面的构建，系统进入“制造”菜单，显示“选择加工面”菜单，用鼠标在屏幕上选取本程序中所有欲加工的表面，完成加工面的选择，按“完成”返回。上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤5.5.4生成刀具路径在NC程序菜单中，选“演示刀具路径”指令，系统显示“演示刀具路径”菜单，在演示路径对话框中单击“向前演示”按钮，屏幕上开始动画演示刀具铣削工件的加工过程。步幅用来控制动画演示的步长大小。选菜单中“完成序列”指令，完成本程序设置。5.5.5生成后置处理一NC文件系统显示加工菜单，选“刀位数据一NC列序”指令，在NC程序列表中选择前面生成程序的文件名。在输出路径菜单中选“文件”指令，选中MCD文件，按“OK”完成设置，系统打开保存对话框，在选定的子日录中下，输入要生成上一页下一页返回5.5Pro/ENGINEER数控加工基本步骤文件的文件名，按“OK”完成设置，退出对话框。接受后置处理菜单中系统提供的项目执行。系统显示后置处理列表菜单，从中选择一种生成后置处理文件的数控系统格式，系统在后台生成所需格式的NC代码文件，文件后缀为“tap”。选结束输出指令，完成后置处理。上一页返回5.6Pro/E和Mastercam在模具设计及制造中的应用

Pro/ENGINEER和Mastecam作为当今两个最优秀的机械设计软件在模具CAD/CAM中被广泛的使用。Pro/ENGINEER是美国PTC公司的三维CAD/CAM软件，可广泛应用于各行业的产品设计，是目前高端CAD/CAM软件的代表之一，它提供了采用参数化的基本特征的实体模型化系统，模型间的相关联性设计，共享数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/CAM各系统之间实现了数据的自动传递和转换集成。正是因为其具有强大的功能，所以被大型公司广泛地使用。Pro/ENGINEER软件要求计算机的配置较高，一些装有Mastercam软件并能控制数据机床的计算机却无法正常运行Pro/ENGINEER，而Mastercam容易掌握，使用方便，完全适合一般模具和所有机械零件的制造，并且下一页返回5.6Pro/E和Mastercam在模具设计及制造中的应用可以用于加工中心、数控铣床、数控锉床、数控车床及数控线切割机床等，所以Mastercam主要用于中小型工厂的模具制造。设计人员使用Pro/ENGINEER软件设计零件和模具，而模具加工的人员使用Mastercam软件编制模具加工工艺、编制刀具路径、转化成NC码。因此，将Pro/ENGINEER格式的图形转化成Mastercam格式的图形将能够在产品设计中最大限度地发挥其潜力和创造效益。1.使用Pro/ENGINEER设计零件三维图形

2.分模流程使用Pro/ENGINEER的Manufacturing模块进行分模，生成上下模型腔，其工艺流程如下:①建立产品零件;②建立用于分模的毛坯;③设置塑件收缩率;④建立分模面;⑤上一页下一页返回5.6Pro/E和Mastercam在模具设计及制造中的应用分割模具体积块;⑥生成上下模体积型腔。

3.将上下模体存为iges格式在Pro/ENGINEER主窗口，选择“File-SaveaCopy-PhotoRander(*.iges)-Ok命令”，将上下模体存为iges图形格式文件。另注:也可以不存iges格式文档，在Mastercam中选择“MAINMENU-File-Converters-Pro/ENGINEER-Readfile”命令，直接读取完成文档的转换。

4.使用Mastercam读取模体图形打开Mastercam软件，选择“MAINMENU-File-Converters-IGES-Readfile”命令，打开模体图形文件。

5.粗加工上一页下一页返回5.6Pro/E和Mastercam在模具设计及制造中的应用选择“MAINMENU-Toolpaths-Surface-Rough-Parallel-cavity”命令，点选要加工的型腔表面，然后选择“Done”命令，选择适当的刀具、进刀量、转速等参数，最后按“确定”。再选择“MAINMENU-Toolpaths-Operations”命令，生成的NC文件，用来控制加工中心或数控铣床完成模腔的粗加工。

6.精加工选择“MAINMENU-Toolpath-Surface-Finish-Scallop”命令，点选要加工的型腔表面，然后选择“Done”命令，得到精加工NC文件，用来控制加工中心或数控铣床完成模腔的精加工。

Pro/ENGINEER和Mastercam已广泛地被国内外的上一页下一页返回5.6Pro/E和Mastercam在模具设计及制造中的应用机械制造工业、汽车工业、家电工业、航空工业等认可，软件本身仍在不断地更新完善，在模具设计及制造过程中，掌握两个软件的转换，能够更有效的发挥软件的功能和潜力，提高模具设计及制造的质量和效率。上一页返回5.7Pro/ENGINEER电极设计5.7.1电火花加工的原理电火花加工是基于电火花腐蚀原理，将工件上的部分金属蚀除，从而形成与电极一样的形状。电火花加工在模具制造过程中占有重要的地位，主要用于加工模具型腔中的深腔部位(如筋槽)及复杂形状。5.7.2电极的材料选择在加工模具型腔时，一般选用紫铜和石墨作为电极材料。随着对模具制造的要求越来越高，紫铜电极已经远远不能满足模具行业的发展。使用石墨作为电极材料具有加工制造速度快，并且手工容易修整;具有放电加工速度快、损耗低、质量轻、价格低等优点。基于这些优点，石墨电极在模具行业下一页返回5.7Pro/ENGINEER电极设计中已经得到了广泛的应用，大有代替紫铜电极之势。现在模具制造厂家大都采用石墨材料来设计整体电极，并采用数控铣或加工中心对其加工制造，以便保证电极的制造精度。5.7.3电极设计在设计电极时，应该考虑在不同的加工规准下，各种电极材料的损耗值;不同加工规准的放电间隙;所采用的加工工艺方法等因素。电极的结构应该根据采用的电极材料、型腔形状与尺寸以及加工方法而定。如果只采用一个电极一次加工成形，则只考虑电极与主轴头的连接方式和找正加工基准。如果采用多电极加工，则还需要考虑更换电极时的重复定位问题。上一页下一页返回5.7Pro/ENGINEER电极设计5.7.4在组件模式中设计电极

Pro/ENGINEERWildfire软件没有提供专门用于设计电极的功能模块，可以在组件模式中利用切除功能(即采用布尔运算的方法)和实体化功能来设计电极。

1.利用切除功能设计电极在组件模式中，可以使用切除功能从基础零件中减去参照零件的材料，这样就可以创建出电极。而对于电极的放电间隙则在对其进行数控加工时通过设置刀补来考虑。

2.利用实体化功能来设计电极使用切除功能创建电极时，在某些情况下会出现由于基础零件和参照零件的精度不同而导致切除操作失败，此时，可以设置基础零件的精度与参照零件相同，以便能够进行切除上一页下一页返回5.7Pro/ENGINEER电极设计操作然而在有些时候，即使改变了基础零件的精度，系统还是不能进行切除操作。这时，可以先复制模具型腔的表面，然后使用实体化功能对电极进行切除操作，这样就可以创建出电极。在组件模式中利用实体化功能设计电极的操作步骤如下:

新建一个组件文件;将模具型腔装配到组件文件中;在组件模式中创建一个新的零件;创建电极的工作部分;创建电极的装夹与定位部分;制模具型腔的表面;利用实体化功能创建电极。利用Pro/ENGINEERWildfire软件的强大功能来进行模具与制造，可以缩短模具设计及制造周期，降低生产成本，为模具制造厂家占领市场创造了有利条件。上一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工

UGNX是当前先进的面向制造业的CAD/CAM/CAE高端软件之一。它集设计、分析和制造等功能于一体，为工程技术人员提供了丰富的三维图形资源库，可以用于机械制造领域的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)等方面更为可贵的是UGNX实现了上面三种功能的有机集成，可以实现虚拟产品开发、精确装配、加工仿真、运动仿真等过程。从而实现机械设计和制造集成化，大大缩短了产品的开发设计周期，节省了大量的材料、资金和人力，给机械设计和加工带来了革命性的变革。5.8.1基于UGNX型腔零件的3D建模

UGNX建模模块基本上是一个建模系统，它提供的功能可以帮助工程师快速地进行概念设计和详细设计。可以通过下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工定义设计与不同部件之间的数学关系使用户的要求与设计约束结合起来。在建模这一模块由形式建模和用户自定义特征等应用模块，各个模块之间有各自的功能。其基本的建模方法包括体索法、扫描法、曲面建模、实体操作和形状特征造型等。5.8.2型腔零件的NC加工

1.NC编程的基本概念

NC编程是从零件图到获得数控加工程序的全过程。它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点(CuttcrLocationPoint,CL)刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。NC编程是目前CAD/CAM/CAPP系统中最能明显发挥效益的环节之一，上一页下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工它在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工品质、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用，在航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。

2.NC刀具轨迹生成方法数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理生成数控加工程序。

(1)基于点、线、面、体的NC刀轨生成方法

CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，一直到现在的参数化特征造型。在二维绘图与三维线框阶段，数控加工主要以点、线为驱动对象，有孔加工、轮廓加工、平面区域加工等。在曲面和实体造型发展阶段，出现了基于实体的加工实体加工的对象是一个实体，上一页下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工它由一些基本体经集合运算(并、交、差运算)而得。实体加工不仅可用于零件的粗加工和半精加工，大面积切削掉余量，提高加工效率，而且可用于基于特征的数控编程系统的研究与开发，是特征加工的基础。实体加工一般有实体轮廓加工和实体区域加工两种。实体加工的实现方法为层切削法(SLICE)，即用一组水平面去切削被加工实体，然后对得到的交线产生等距线作为走刀轨迹。

(2)基于特征的NC刀轨生成方法参数化特征造型的发展促进了基于特征的刀具轨迹生成方法的研究。特征加工使数控编程人员不再对那些低层次的几何信息(点、线、面、实体)进行操作，而转为直接对符合工程技术人员习惯的特征进行数控编程，大大提高了编程效率。其基本原理是:零件的何个加工过程都可以看成对组成该零件上一页下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工的形状特征组进行加工的总和。那么整个形状特征或形状特征组分别加工后即完成了零件的加工。而每一形状特征或形状特征组的NC代码可自动生成。特征加工有利于实现CAD/CAPP/NCP及CNC系统的全面集成，实现信息的双向流动，为(CIMS乃至并行工程(CE)奠定了良好的基础

3.数控加工的几种走刀模式

(1)平面凸多边形的走刀模式平面凸多边形轮廓的加工主要采用已形法和环形法。已形法走刀模式在确定走刀起始点和刀具运动方向后，刀具沿着指定方向在整个加工平面以平行轨迹线方式加工，相邻轨迹间距离由刀具直径确定。环形法走刀模式是刀具沿加工件的周边螺旋式地逐步向加工件中、自运动，相邻轨迹间的距离也由刀具直径确定。上一页下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工

(2)平面铣加工的切削方式对于型腔加工主要采用行切法和环切法。行切法走刀模式是刀具沿着平行于选定方向的线段加工，当加工到型腔边界后，刀具可采用抬刀快速返回的断续切削方式，也可以采用往复式连续切削的方式，对于型腔中的岛屿，需作抬刀处理;环切法走刀模式可分为Pairwiseintersection法和Voronoidiagrams法两种方法，实际上前一种算法可以看做是后一种算法的特例。Voronoidiagrams法利用型腔的贴近图(Proxmtymap)来处理型腔中局部和全局的贴近关系，将这一复杂型腔分解成简单的单调区域(Monotonicpouches)，然后用常规的环切法进行处理。

4.型腔零件的NC加工上一页下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工

UGNX非常好地实现了CAD/CAM功能的集成，能够实现零件的CAD三维造型与CAM仿真加工在同一软件平台进行，有效地解决了几何造型、零件几何形状的显示、交互设计及修改、刀具轨迹的生成、走刀过程的仿真显示等问题。我们在其Manufacturing模块下打开在Modeling模块下构建的型腔零件的三维模型的CAD文件，直接进行CAM加工即可。

(1)型腔零件的数控加工刀具轨迹的生成刀具轨迹包括粗加工、精加工、残料加工的轨迹。

(2)数控加工后置处理程序的生成利用UGNX的后置处理器生成后置处理程序。

上一页下一页返回5.8基于UGNX的型腔零件3D建模与NC加工目前，为了适应(IMS及CE发展的需要，数控编程系统正在向集成化和智能化的方向发展，很好地利用UGNX软件CAD/CAM功能无缝结合的特点，随时对模型进行修改，使加工变得更加灵活；在加工前进行仿真，提前发现问题并及时进行修改，这样会提高效率，降低次品率。上一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用随着计算机技术的迅猛发展，工业设计领域的CAD/CAM软件也得到了前所未有的发展，各种三维CAD/CAM软件应运而生，且各具特色。Pro/ENGINEER是美国参数技术公司(PTC)推出的一套三维的CAD/CAM参数化软件系统，它功能强大、内容丰富，已被广泛地应用于机械、汽车、航大、家电、玩具、模具、工业设计等行业。尤其它强大的设计功能，为广大的设计者所喜爱。CAXA制造工程师是在Windows环境下运行的CAD/CAM一体化的数控加工编程软件，软件集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成及加工工艺单生成等一套面向复杂零件和模具的数控编程功能。其电子图板在制作工程图样时非常简单实用。在模具设计与制造中，设计人员使用Pro/ENGINEER软件设计零件和模具，而模具加工的下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用人员使用CAXA软件编制模具加工工艺、编制刀具路径、转化成数控加工代码，并制作二维零件图和装配图样。因此，将Pro/ENGINEER格式的图形转化成CAXA格式的图形将能够在产品设计与制造中最大限度地发挥其潜力和创造效益。本例以湖南省2008年春季高职学生模具设计与主要零件加工大赛的一道试题，介绍了使用Pro/ENGINEER中Manufacturin。模块分模，再将分模后得到的上下模体转化成CAXA图形格式，然后使用CAXA编制加工工艺并生成可以控制加工中心的数控代码的过程。5.9.1模具分模流程利用Pro/ENGINEER系统下的模具设计模块进行模具组件设计，简单概述如下:上一页下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用①进入[制造]/[模具型腔]模块，新建模具型腔文件，直接调入零件模型并定义为其参考模型，将其布局定位为一模两穴。②设置收缩率为0.005。③毛坯工件设计。工件模型从外部导入，也可以在当前文件下建立，在此选择自动创建工件，比利用[拉伸]工件更简便。④分型面的设计。Pro/ENGINEER中有很多种方法，在此用复制曲面的方法，复制所有外部面并填充破孔，以复制的曲面底部向四周延伸曲面，并拉伸曲面作为抽芯的分型面，如图5-2所示。⑤分割体积块。利用刚才建立的分型面将参考工件拆分成上一页下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用四个体积块，本模具设计采用镶嵌的方法，有利于模具的顺利脱模。⑥抽取模具元件。将体积块转成零件模型。⑦设计滑块，进人[模具型腔]/[创建][模具基础元件]，设计滑块，如图5-3所示。⑧铸模并开模，最后进行铸模开模检查。5.9.2将上下模文件生成IGES格式文件模具设计完成后，将上下模文件转换成IGES格式文件。首先打开所要转换的文件，选择[文件]/[保存副本]命令，在[类型]栏选择“IGES”格式，即可将零件输出为IGES格式的曲面格式文件。上一页下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用5.9.3使用CAXA读取模体图形及规划数控加工程序(以上模为例)1.粗加工使用CAXA制造工程师打开保存的IGES格式文件(上模)，使用CAXA制造工程师对型腔进行数控粗加工方法如下:

双击左边加工栏【模型】会出现模型参数对话利以寸几何精度进行设置，双击【毛坯】会出现定义毛坯的对话框，在对话框中选择参照模型，毛坯类型为铸件并进行其他相关设定。双击【机床】会弹出机床设置对话框并对其进行相关设定，这里选择FANUC机床，其参数设定系统默认。上一页下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用双击[刀具库]选择合适的加工刀具，这里选择的刀具半径为R5倒角半径r5的球头铣刀进行粗加工。双击[加工]/[粗加工]/[等高线粗加工]，对弹出的对话框进行相关的设定，加工方向为逆铣，层高与行距均为1，切削方式为环切，加工精度设为0.1，加工余量设为1，下刀方式为螺旋下刀，刀具选择D10号(即刀具半径R5倒角半径r5的球头铣刀)，其他参数系统默认。右下角会提示拾取要加工零件的曲面，所选的曲面为红色，然后单击鼠标右键确定系统自动开始编程。生成G代码，单击[加工]/[后置处理]/[生成G代码]，将生成的G代码保存到拟定的文件夹。上一页下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用

2.精加工使用CAXA制造工程师对型腔进行数控加工精加工具体方法如下:

单击[加工]/[精加工]/[等高线精加工]，对弹出的对话框进行相关设置，加工方向为逆铣，层设为0.5，加工余量为0.025(后面要进行电火花精加工如图5-4所示)、加工边界设为参照模型，刀具选择D11号(即刀具半径R3倒角半径:3的球头铣刀)，其他参数系统默认右下角会提示拾取要加工零件的曲面，所选的曲面为红色，然后单击鼠标右键确定系统会自动开始编程。生成G代码，单击[加工]/[后置处理]/[生成G代码]，将生成的G代码保存到拟定的文件夹。上一页下一页返回5.9Pro/ENGINEER与CAXA在塑料模具中的运用对精加工所生成的G代码进行保存。真加工如图5-5所示。随着CAD/CAM技术的迅猛发展以及软硬件水平的进一步完善，为模具工业提供了强有力的技术支持。Pro/ENGINEER是当今世纪最普及的三维系统软件之一，具有零件设计、造型设计、模具开发等强大功能。CAXA制造工程师是一款国产软件，易学易懂，具有高效简洁的数控加工编程和后处理功能，掌握运用Pro/ENGINEER与CAXA等软件之间图样的互相转换，可以提高设计和编程效率，缩短模具开发时间，加快模具加工进程，在当今激烈的市场竟争当中立于不败之地。上一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用如何准确而有效地建立零件信息模型是CAD/CAPP/CAM集成的核心内容，目前零件信息模型是基于特征造型技术。最通常的做法是:先按照特征分类建立特征库，然后根据造型的实际需要进行基本特征调用，利用特征之间的布尔运算建立零件模型。这种方法有几点不足之处。①为了方便地构造各种复杂零件模型，特征库尽可能包含所有的基本特征，这一点目前做起来是比较困难的。②当前特征识别技术还不够成熟，如何对特征库进行有效的管理和控制存在一定的难度。③在实际进行零件造型过程中，设计者很难在短时间内快速而准确地选择所想要的特征，大大影响建模速度④现有的特征分类方法与机械加工方法并不是一一对应，下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用一种加工方法可能对应几个基本特征，根据特征和加工方法一一对应的原理，应将其作为复合特征存储在特征库中，这显然是不现实的，对于这类矛盾还有待解决针对上述不足之处，本文首先明确零件信息模型内涵，并在分析连杆加工工艺的基础上，进行特征规划和设计，然后利用特征减造型的方法(DestructiveModelingwithFeature)，直接构造零件模型，进而建立零件信息模型，而不是遵循常规的特征分类与造型的方法，较成功地实现特征设计与机械加工过程的统一，即每一个特征与连杆每一种加工方法保持一致。5.10.1基于特征的零件信息模型特征是用于完整表达零件信息的集合单元，是一定形状、上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用语义和抽象的结合。一个完整的零件模型不仅是零件数据的集合，还应反映出各类数据的表达方式及相互间的关系。只有建立在一定表达方式基础上的零件模型，才能有效地被各种应用系统所接受，完整的零件信息模型应包括:管理特征、形状特征、精度特征、材料特征和技术特征，如图5-6所示。①形状特征:描述具有一定工程意义的功能几何形状信息，分为主特征和辅特征。主特征用于构造零件的主体形状结构:辅特征用于对主特征的修饰，它附加于主特征之上，也可附加于另一辅特征之上。形状特征是产品设计、制造人员考虑问题的焦点，也是其他信息的载体②精度特征:用于描述零件的尺寸公差、形位公差和粗糙度公差等信息，尺寸与公差特征是联系设计与制造的重要属性，在特征设计中，对尺寸与公差特征进行分析，并直接对上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用零件信息模型建立尺寸与公差特征，可以清楚地表示形状特征的非几何属性以及形状特征之间的相互关系。③材料特征:用于描述零件材料的种类代号、性能、热处理方法，表面处理方式等信息④技术特征:用于描述零件的性能、功能等信息⑤管理特征:用于描述零件的管理特征，如零件名称、设计者、设计日期、数量、图号、版本等信息。零件的几何/拓扑信息是基础。特征层是核心，特征层中各种特征子模型之间的相互联系反映了特征间的语义关系，使特征成为构造零件的基本单元具有高层次的工程含义，从而支持CAPP,NC编程，加工仿真对零件数据的需求上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用5.10.2三维零件信息模型的建立建立零件信息模型的关键是做好特征规划，如图5-6所示。采用直接建模技术可以分层次对结构进行设计，在不同层次建立相应的参数化特征模块，每一个特征由一组唯一决定该特征的参数来描述。现以柴油机中的连杆为例，利用Pro/ENGINEER软件，对三维零件信息模型的建模方法和设计步骤加以说明。

1.连杆功能和结构分析连杆是发动机中的重要零件，如图5-7所示。它将作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，推动曲轴旋转，同时受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸内的气体。连杆结构复杂，其通常在大头处分开为连杆体和连杆盖两部分，连杆杆上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用身是工字形截面，而且从大头到小头逐步变小。如果不作任何特征规划，直接运用特征造型技术构建连杆三维模型，造型很容易失败，难以获得较理想的结果，因为连杆结构复杂，不是简单的特征加减就可以完成的。

2.连杆的机械加工工艺过程分析连杆特征设计与机械加工密切相关，每一种加工方法与一个特征相对应，这是特征规划的基本原则。连杆毛坯是锻造件，连杆体和连杆盖整体锻造。连杆的主要加工工艺过程如下:铣连杆大小两端面、钻小头孔，扩至尺寸值，拉小头孔，并保证尺寸和表面粗糙值、铣大头定位凸台、从连杆上切下连杆盖、惚连杆盖上的螺帽凸台，钻螺栓孔，加工螺纹、把连杆和连杆盖用螺栓固定在一起，锁大头孔。上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用

3.特征规划和设计通过以上对连杆功能、结构及加工工艺特点的分析，将连杆模型分成图5-7所示的特征层次，连杆的模型由这些各自独立的特征组合而成

4.基于Pro/ENGINEER平台下连杆的特征造型

(1)实体模型本文连杆的实体模型采用特征减造型方法。所谓特征减造型方法就是先建立零件的毛坯模型，然后用逐步除去特征的方式来建立零件模型。下面介绍连杆具体造型过程。

(2)连杆的毛坯造型过程确定分模面和拔模斜度，选择合理的分模面是毛坯锻造生产的第一步，所以造型过程也应最先确定分模面和拔模斜度。上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用采用“拉伸”方法，生成连杆的下料模型。使用“拔摸”方式，生成7°的拔模斜度。采用“曲面减切材料”的方法，及使用“倒圆角”的功能，产生连杆体中间的连接部分。采用“减切材料”的方式，得到连杆大头形状。采用“减切材料”的方式，在大头孔的位置形成冲孔连皮。连杆的毛坯如图5-8所示。

5.按照连杆的机械加工工艺过程，进行的连杆造型①用“减切材料”方式生成铣大、小头两端面，保证尺寸要求。连杆的大、小头端面的加工通常是连杆加工过程的最初程序，因为这是整个加工过程中的主要定位基面，它的加工质量对整个连杆的加工质量都有重要的影响。因此，上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用在造型过程中，要特别注意大、小头两端面的构建。②选取同轴“孔”方式生成小头孔，并保证尺寸和表面粗糙值。③以“旋转减切材料”的方式生成大头定位凸台。④以“CUT”方式切开连杆大头，将连杆分成连杆盖和连杆体，把连杆分为两部分是为了能够满足后续加工和装配的需要。⑤以“拉伸减切材料”的方式惚连杆盖上的螺帽凸台，“孔”方式钻螺栓孔，采用“螺旋扫描减切材料”的方式生成螺纹。⑥把连杆和连杆盖用螺栓装配在一起，锁大头孔。使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能紧密配合，减少冲击的上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用不良影响和便于传热，必须要保证大头孔与小头孔的形状、公差，所以在造型中要建好大头孔与小头孔的模型。至此，连杆的三维几何模型已建立。

6.其他特征构建连杆的精度特征建立，利用Pro/ENGINEER直接在几何模型上进行操作。Pro/ENGINEER中材料特征以文本形式附加在模型中，采用“设置”、“材料”可以直接在文本文件中对材料参数进行定义、修改、删除等操作。根据连杆的性能要求，选择连杆的材料为45钢。技术特征和管理特征可以通过外部程序对其进行添加。通过以上步骤，已经完整地建立了一个零件的三维信息模型，可自动生成零件图。5.10.3数控程序和加工仿真上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用

Pro/ENGINEER在设计NC加工制造程序上提供了功能强大的Pro/NC模块。利用它可以建立一个三维加工仿真环境，自动编制的数控加工程序，对刀具的走刀路线进行仿真，观察工件的切削情况，证是否发生过切及干涉和预测误差，避免加工失败。Pro/NC运用图像法编程技术进行自动编程，由软件引导编程，因此编程思路清晰。避免了人工编程过程中各种不确定因素的干扰，最大程度地避免了人为误差。图像法自动编程技术就是把零件的每个加工过程都可以看成对组成该零件的形状特征组进行加工。利用CAPP将CAD和CAM的信息连接起来，即CAPP能够直接从CAD接受零件信息，生成有关工艺规程文件，并依此为依据，生成NC代码。利用该技术，使数控编程人员不再对那些低层次的几何信息(如点、线、面、实体)进行操作，而转变为直接对符合上一页下一页返回5.10基于Pro/ENGINEER的只维零件信息模型的建立与应用工程技术人员习惯的特征进行数控编程，大大提高了编程效率。在数控程序验证后，将设计加工制造程序所产生的CLDATA,经Pro/NCPOST进行数据转换，可直接得到适用于实际加工所需的NCCODE。

利用Pro/NC模块完成连杆的加工仿真与自动编程，验证了基于特征建造型方法的正确性，基本实现连杆CAD/CAM的集成，提高设计效率。上一页返回5.11塑件的拔模为便于将塑料件从模型中取出，设计塑件原型时应在平行与脱模方向的塑件表面上设计一定的斜度，如果不设计拔模斜度，或者设计不当往往会造成脱模阻力加大，划伤塑件表面，脱模时使塑件发生变形，从而影响了其质