第19卷第11期重慶工學(xué)院學(xué)報2005年11月Vol.19No.11JournalofChongqingInstituteofTechnologyNov.2005【機械工程】注塑模具的CAD/CAM3石艷,黃亞純,黃文權(quán)(四川理工學(xué)院機電工程系,四川自貢643000)摘要:介紹了基于Pro/Engineer的注塑模具CAD/CAM技術(shù),包括模具設(shè)計系統(tǒng)、模具設(shè)計工作流程以BNC模具加工,并通過實例證明了Pro/Engineer在注塑模具設(shè)計和制造中的強大功能和高度集成化.關(guān)鍵詞:注塑模具；CAD/CAM；Pro/Engineer中圖分類號:TH126；TH164文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-0924(2005)11-0031-03OntheCAD/CAMforInjectionMouldSHIYan,HUANGYa2chun,HUANGWen2quan(DepartmentofElectromechanics,SichuanInstituteofScienceandTechnology,Sichuan643000,China)Abstract:ThispaperintroducesthePro/Engineer-basedCAD/CAMtechnologyofinjectionmouldincludingmoulddesigningsystem,workflowofmoulddesignandBNCmouldprocessing,anddemon2stratesthroughexamplesthepowerfulfunctionsandhighintegrationofPro/Engineerininjectionmoulddesignandmaking.Keywords:injectionmould；CAD/CAM；Pro/Engineer0引言隨著塑料、橡膠、玻璃鋼等非金屬材料在工業(yè)產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用,模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的比重也越來越大.在機械、電子等行業(yè)中,有一半以上的產(chǎn)品是采用模具制造的方法.利用模具成型的生產(chǎn)方法很多,其中注塑成型具有制成品精度高、生產(chǎn)效率高和可以用來生產(chǎn)幾何形狀非常復(fù)雜的產(chǎn)品等特點,在整個塑料制品生產(chǎn)行業(yè)中具有非常重要的地位.模具作為成型必須的工藝裝備,其設(shè)計周期、生產(chǎn)效率和質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的進(jìn)度、成本和效率.過去模具設(shè)計工作主要依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗,模具的加工制造又在很大程度上依賴于生產(chǎn)者的操作技能,因此存在模具設(shè)計水平低、加工質(zhì)量差、生產(chǎn)周期長、使用壽命短等缺陷.隨著計算機硬件和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展,CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用越來越普遍,出現(xiàn)了許多可用于注塑模設(shè)計和制造的軟件.Pro/Engi2neer作為參數(shù)化CAD/CAM軟件的代表,實現(xiàn)了產(chǎn)品從概念設(shè)計到制造全過程的設(shè)計制造一體化.它提供了采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)和模型間的相關(guān)聯(lián)性設(shè)計以及共享數(shù)3收稿日期:2005-09-06作者簡介:石艷(1971-),女,四川人,四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院碩士研究生,主要從事過程控制和CAD研究.據(jù)庫和強大的分析系統(tǒng)等技術(shù),為產(chǎn)品的設(shè)計、分析和制造的一體化提供了平臺,使產(chǎn)品CAD/CAE/CAM各系統(tǒng)之間實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動傳遞和轉(zhuǎn)換集成1-2.Pro/Engineer通過模具檢測、自動分模、模擬開模和數(shù)控加工仿真的三維動態(tài)顯示的設(shè)計制造與視頻技術(shù)的結(jié)合,使過程設(shè)計生動地展現(xiàn)出來,極大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)效率,同時也保證了產(chǎn)品的生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量.1注塑模具的CAD1.1Pro/Engineer的模具設(shè)計系統(tǒng).Pro/Engi2neer軟件提供了模具產(chǎn)品的三維實體造型功能,其Pro/MoldDesign模塊就是專門用于注塑模具設(shè)計.該模塊有效地將產(chǎn)品設(shè)計與制造工藝流程結(jié)合起來,可快速完成分模,模具型腔及型芯的自動生成,注塑成型中的澆口、流道、凹凸模間隙、模具分型面的設(shè)計以及零件厚度與拔模檢測.Pro/Plas2ticAdvisor模塊還可以對模具的性能、結(jié)構(gòu)、注塑件在成型過程中的溫度場進(jìn)行有限元傳熱分析和流道分析3.1.2注塑模具設(shè)計的工作流程.注塑模具CAD要在Pro/Engineer的零件設(shè)計模塊和模具設(shè)計模塊下交互進(jìn)行.首先在零件設(shè)計模塊下創(chuàng)建注塑件模型,即要生產(chǎn)的產(chǎn)品原形,并得到一個零件文件；然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計模具毛胚(workpiece),定義出所有模具元件的體積.這一步有2種方法:單獨創(chuàng)建模具毛胚零件,在模具設(shè)計模塊下與參考模型(即注塑件模型)裝配；直接在模具設(shè)計模塊下,裝配好參考模型后直接創(chuàng)建模具毛胚,再根據(jù)不同的收縮率和脫模斜度,通過注塑件模型構(gòu)建型腔、型芯特征或尺寸,加入模具裝配特征形成澆注系統(tǒng),定義分模面、模塊和定義模具使用的步驟及檢查干涉,而后按照需要裝配的模座,完成冷卻系統(tǒng)設(shè)計,生成所有零件的零件圖,最后根據(jù)加工需要,形成零件的NC代碼4-5.1.3注塑模具設(shè)計實例.現(xiàn)以圖1中筆筒小抽屜的模具設(shè)計過程為例.1)開Pro/Engineer的用戶界面窗口,點選FileSetWorkingDirectory,在彈出選擇工作路徑對話框下,專門設(shè)置一個文件夾,這樣,小抽屜模具設(shè)計過程中所有的文件都會自動保存在該目錄下,并且每一次打開文件,該目錄下也會首先彈出,節(jié)省了查找文件的時間,并且便于文件的管理.2)新建文件對話框中,點選TypePart和Sub-TypeSolid.創(chuàng)建拉伸特征、抽殼特征和孔特征,調(diào)整尺寸與小抽屜原形一致后,定義出拔模角,以著色模式顯示模型(如圖1所示).模型文件以Drawer.Prt作文件名保存后,關(guān)閉模型窗口.3)新建文件對話框中,點選TypePart和Sub-TypeSolid.這次,要生成文件名為Drawer_Mold_Wrk.Prt的零件,即模具毛胚,在Pro/Engineer中稱為工件模型(見圖2),最后關(guān)閉模型窗口.4)新建文件對話框中,點選TypeManufactur2ing和Sub-TypeMoldCavity,創(chuàng)建模具模型.先打開文件Drawer.Prt,在組件裝配對話框的提示下將該文件的坐標(biāo)系和模具模型的坐標(biāo)系對齊,該步驟稱為加入?yún)⒖寄Ｐ?然后加入工件模型,打開Drawer_Mold_Wrk.Prt文件,繼續(xù)將其裝配到模具模型中,檢查后,設(shè)置收縮率,保存得到文件Draw2er_Mold.Mfg(見圖3).5)工具欄中選擇Blank圖標(biāo)關(guān)隱藏工件模型Drawer_Mold_Wrp,這樣圖形窗口只顯示參考模型,用復(fù)制方式建立基本分模面,默認(rèn)分模面的名字為PART_SURF_1,再用FillLoop命令填補破洞并延伸分模面與工件相交,著色觀看見圖4.6)利用分模面將模型Drawer_Mold.Mfg分割成2個體積塊,默認(rèn)缺省名為Drawer_Mold_1(圖5)和Drawer_Mold_2(圖6).再抽取模具組件,點選分割的2個體積塊抽取成功后,在模型樹中新產(chǎn)生2個組件模型文件:Drawer_Mold_1.Prt和Drawer_Mold_2.Prt.模具組件已生成,但還應(yīng)進(jìn)行開模動作,以檢查是否有干涉現(xiàn)象.23重慶工學(xué)院學(xué)報7)開模前還應(yīng)進(jìn)行模具的檢測分析,主要包括拔模檢測、厚度檢測、分模面檢測和開模分析,然后試模.試模過程是利用已產(chǎn)生的模具組件,模擬澆注成型,產(chǎn)生一個注塑件,然后進(jìn)行開模觀察(見圖7),可見模型樹中新產(chǎn)生一個注塑件零件模型文件.要完成一整套模具的設(shè)計,還要加上澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、模架、各種機構(gòu)設(shè)計等.從該例可見,整個設(shè)計完全根據(jù)產(chǎn)品模型進(jìn)行分模,開模時將凹凸模一次設(shè)計完成,大大提高了設(shè)計效率,縮短了模具設(shè)計之周期,并為模具制造作好了充分準(zhǔn)備.2注塑模具的CAM一般而言,計算機輔助制造系統(tǒng)由刀具路徑文件的生成和機床數(shù)控代碼指令集的生成2部分組成.利用CAD/CAM軟件,根據(jù)加工對象的結(jié)構(gòu)特征、加工環(huán)境的實際要求(如加工機床的性能和參數(shù)、夾具、刀具等)和工藝設(shè)計的具體特點生成描述加工過程的刀具路徑文件之后,就需要用到稱之為“后置處理器”的模塊來讀取生成的刀具路徑文件,從中提取相關(guān)的加工信息,并根據(jù)指定機床數(shù)控系統(tǒng)的特點以及NC程序格式要求進(jìn)行相應(yīng)的分析、判斷和處理,從而生成數(shù)控機床所能直接識別的NC程序.2.1Pro/EngineerNC模具加工.數(shù)控編程是生成控制數(shù)控機床進(jìn)行零件加工的數(shù)控程序的過程,它是目前CAD/CAM系統(tǒng)中最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一.Pro/NC模塊能生成驅(qū)動數(shù)控機床加工所必需的數(shù)據(jù)和信息.它所提供的工具能夠使加工人員按照合理的工序?qū)⒃O(shè)計模型處理成ASC刀位數(shù)據(jù)文件,這些文件經(jīng)后處理變成數(shù)控加工程序.Pro/EngineerNC的加工流程包括:建立所需要的加工模型；設(shè)定加工操作環(huán)境；定義NC序列；生成刀位數(shù)據(jù)文件；后置處理并生成NC代碼,驅(qū)動數(shù)控機床6.2.2Pro/EngineerNC模具加工實例.以圖6中筆筒小抽屜的凹模設(shè)計過程為例.1)在TypePart和Sub-TypeSolid下新建工件模型Drawer_NC_Wrk.Prt,保存.2)在TypeManufacturing和Sub-TypeNCAssemble下,將Drawer_Mold_1.Prt作為參考模型裝配到加工模型,再繼續(xù)將Drawer_NC_Wrk.Prt裝配到加工模型中,完成后工件模型以綠色顯示,圖形與圖6一致,保存為NC_Drawer.Mfg,這就是加工毛胚.3)確定加工方案:粗加工:刀具直徑、形狀、進(jìn)給量、加工余量等.精加工:刀具直徑、形狀等.4)設(shè)定加工操作.在MachiningOperationSetup對話框中,設(shè)置NC機床、夾具設(shè)計和設(shè)置提刀高度和加工余量.5)創(chuàng)建粗加工NCSequence.NCSequence用于進(jìn)行加工程序設(shè)計,也是Pro/Engineer中加工最重要、復(fù)雜的部分.在SeqSetup菜單管理器中,系統(tǒng)默認(rèn)的要設(shè)置刀具、工藝參數(shù)、退刀面和體積塊,要求設(shè)計者根據(jù)被加工的幾何對象(點、輪廓、曲面或?qū)嶓w)和加工方法(體積銑削、曲面銑削、鉆孔等)確立合適的切削工藝參數(shù),如步距、深度、主軸轉(zhuǎn)速等制造參數(shù),定義完NCSequence,刀具路徑已經(jīng)產(chǎn)生,可以用ScreenPlay進(jìn)行刀具路徑檢查刀位不合理之處(見圖8).6)用相同的方法定義精加工NCSequence.7)利用前面的設(shè)置產(chǎn)生刀具(下轉(zhuǎn)第43頁)33石艷,等:注塑模具的CAD/CAM圖7遺傳算法對脈沖波形的改善參考文獻(xiàn):1許慧波.DDS直接數(shù)字式頻率合成器綜述M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1999.2王建新.直接數(shù)字頻率合成技術(shù)及其應(yīng)用研究D.南京:南京理工大學(xué),1999.8.3劉勇,康立山.非數(shù)值并行算法遺傳算法M.北京:科學(xué)出版社,1997.4周明,孫樹棟.遺傳算法原理及應(yīng)用M.北京:國防工業(yè)出版社,1999.5FrankHF.TuningoftheStructureandParametersofaNeuralNetworkUsinganImprovedGeneticAlgorithmJ.IEEETRANSACTIONSONNEURALNET2WORKS,2003,14(1):552.(責(zé)任編輯劉舸)(上接第33頁)路徑文件(CLDateFile).通過定義輸出,會產(chǎn)生一個序列組,系統(tǒng)缺省名為Set01,輸出刀具路徑文件缺省名為op010.ncl.8)該刀具路徑文件不能用來控制數(shù)控機床的運動,必須對刀具路徑文件進(jìn)行后處理,創(chuàng)建加工控制數(shù)據(jù)(MCD)文件.后處理器是一個用來處理由CAD或APT系統(tǒng)產(chǎn)生的刀位數(shù)據(jù)文件的應(yīng)用程序.刀位數(shù)據(jù)文件包含著完成某一個零件加工所必須的加工指令,后處理器就是要把這種加工指令解釋為特定加工機床所能識別的信息,即NC程序.后處理文件名op010.tap可通過寫字板打開.3結(jié)束語現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)從并行工程的概念出發(fā)進(jìn)行面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計,即在設(shè)計階段就對產(chǎn)品整個生命周期進(jìn)行綜合考慮,包括對產(chǎn)品的功能、外觀、可裝配性、可生產(chǎn)性、可維持性等進(jìn)行全面設(shè)計.Pro/Engineer提供的設(shè)計理念將設(shè)計、制造、裝配以及生產(chǎn)管理融為一體,賦予“設(shè)計”完整的概念,符合現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的發(fā)展趨勢.它提供的CAD軟件造型技術(shù)能方便快捷地實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計,在設(shè)計過程中,可以直接修改模型,縮短了產(chǎn)品開發(fā)的周期,而且能直接為后期的模具設(shè)計提供準(zhǔn)確的三維數(shù)據(jù).強大的CAD/CAM集成功能模地使模具設(shè)計技術(shù)人員的設(shè)計更加快捷、方便,大大縮短了模具設(shè)計周期,提高了模具設(shè)計的準(zhǔn)確性,降低了模具設(shè)計成本,同時也為工程技術(shù)人員和生產(chǎn)管理人員在短期內(nèi)完成高質(zhì)量的產(chǎn)品開發(fā)提供了