注塑模具的CAD_CAM.pdf

第 19卷 第 11期 重 庆 工 学 院 学 报 2005年 11月19 11 2005【 机 械 工 程 】注 塑 模 具 的 ,黄 亚 纯 ,黄 文 权(四 川 理 工 学 院 机 电 工 程 系 ,四 川 自 贡 643000)摘 要 : 介 绍 了 基 于 塑 模 具 ,包 括 模 具 设 计 系 统 、 模 具 设 计 工 作 流程 以 加 工 ,并 通 过 实 例 证 明 了 塑 模 具 设 计 和 制 造 中 的 强 大 功 能 和 高 度集 成 化 词 : 注 塑 模 具 ; 分 类 号 : 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1671 - 0924 (2005) 11 - 0031 - 03On n 43000, of of NC p in 引 言随 着 塑 料 、 橡 胶 、 玻 璃 钢 等 非 金 属 材 料 在 工 业产 品 中 的 广 泛 应 用 ,模 具 工 业 在 国 民 经 济 中 的 比重 也 越 来 越 大 . 在 机 械 、 电 子 等 行 业 中 ,有 一 半 以上 的 产 品 是 采 用 模 具 制 造 的 方 法 . 利 用 模 具 成 型的 生 产 方 法 很 多 ,其 中 注 塑 成 型 具 有 制 成 品 精 度高 、 生 产 效 率 高 和 可 以 用 来 生 产 几 何 形 状 非 常 复杂 的 产 品 等 特 点 ,在 整 个 塑 料 制 品 生 产 行 业 中 具有 非 常 重 要 的 地 位 . 模 具 作 为 成 型 必 须 的 工 艺 装备 ,其 设 计 周 期 、 生 产 效 率 和 质 量 直 接 影 响 产 品 的进 度 、 成 本 和 效 率 . 过 去 模 具 设 计 工 作 主 要 依 靠 设计 人 员 的 经 验 ,模 具 的 加 工 制 造 又 在 很 大 程 度 上依 赖 于 生 产 者 的 操 作 技 能 ,因 此 存 在 模 具 设 计 水平 低 、 加 工 质 量 差 、 生 产 周 期 长 、 使 用 寿 命 短 等 缺陷 . 随 着 计 算 机 硬 件 和 软 件 技 术 的 迅 猛 发 展 , 的 发 展 和 应 用 越 来 越 普 遍 ,出 现 了许 多 可 用 于 注 塑 模 设 计 和 制 造 的 软 件 . 参 数 化 件 的 代 表 ,实 现 了产 品 从 概 念 设 计 到 制 造 全 过 程 的 设 计 制 造 一 体化 . 它 提 供 了 采 用 参 数 化 设 计 的 、 基 于 特 征 的 实 体模 型 化 系 统 和 模 型 间 的 相 关 联 性 设 计 以 及 共 享 数3 收 稿 日 期 : 2005 - 09 - 06作 者 简 介 :石 艳 (1971 - ) ,女 ,四 川 人 ,四 川 大 学 化 学 工 程 学 院 硕 士 研 究 生 ,主 要 从 事 过 程 控 制 和 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 统 之 间 实 现 了 数 据 的 自 动 传 递 和转 换 集 成 1 - 2 . 模 具 检 测 、 自 动分 模 、 模 拟 开 模 和 数 控 加 工 仿 真 的 三 维 动 态 显 示的 设 计 制 造 与 视 频 技 术 的 结 合 ,使 过 程 设 计 生 动地 展 现 出 来 ,极 大 地 提 高 了 产 品 的 设 计 与 生 产 效率 ,同 时 也 保 证 了 产 品 的 生 产 进 度 和 质 量 注 塑 模 具 的 1 具 设 计 系 统 . 提 供 了 模 具 产 品 的 三 维 实 体 造 型 功 能 ,其 就 是 专 门 用 于 注 塑 模 具 设计 . 该 模 块 有 效 地 将 产 品 设 计 与 制 造 工 艺 流 程 结合 起 来 ,可 快 速 完 成 分 模 ,模 具 型 腔 及 型 芯 的 自 动生 成 ,注 塑 成 型 中 的 浇 口 、 流 道 、 凹 凸 模 间 隙 、 模 具分 型 面 的 设 计 以 及 零 件 厚 度 与 拔 模 检 测 . 还 可 以 对 模 具 的 性 能 、 结 构 、 注 塑件 在 成 型 过 程 中 的 温 度 场 进 行 有 限 元 传 热 分 析 和流 道 分 析 3 2 注 塑 模 具 设 计 的 工 作 流 程 . 注 塑 模 具 件 设 计 模 块 和 模 具 设 计 模块 下 交 互 进 行 . 首 先 在 零 件 设 计 模 块 下 创 建 注 塑件 模 型 ,即 要 生 产 的 产 品 原 形 ,并 得 到 一 个 零 件 文件 ;然 后 根 据 标 准 模 架 设 计 模 具 毛 胚 (,定 义 出 所 有 模 具 元 件 的 体 积 . 这 一 步 有 2种 方 法 : 单 独 创 建 模 具 毛 胚 零 件 ,在 模 具 设 计 模 块 下 与参 考 模 型 (即 注 塑 件 模 型 )装 配 ; 直 接 在 模 具 设计 模 块 下 ,装 配 好 参 考 模 型 后 直 接 创 建 模 具 毛 胚 ,再 根 据 不 同 的 收 缩 率 和 脱 模 斜 度 ,通 过 注 塑 件 模型 构 建 型 腔 、 型 芯 特 征 或 尺 寸 ,加 入 模 具 装 配 特 征形 成 浇 注 系 统 ,定 义 分 模 面 、 模 块 和 定 义 模 具 使 用的 步 骤 及 检 查 干 涉 ,而 后 按 照 需 要 装 配 的 模 座 ,完成 冷 却 系 统 设 计 ,生 成 所 有 零 件 的 零 件 图 ,最 后 根据 加 工 需 要 ,形 成 零 件 的 4 - 5 3 注 塑 模 具 设 计 实 例 . 现 以 图 1中 笔 筒 小 抽 屉的 模 具 设 计 过 程 为 例 开 户 界 面 窗 口 ,点 选 ,在 弹 出 选 择 工 作 路 径 对 话框 下 ,专 门 设 置 一 个 文 件 夹 ,这 样 ,小 抽 屉 模 具 设 计过 程 中 所 有 的 文 件 都 会 自 动 保 存 在 该 目 录 下 ,并 且每 一 次 打 开 文 件 ,该 目 录 下 也 会 首 先 弹 出 ,节 省 了查 找 文 件 的 时 间 ,并 且 便 于 文 件 的 管 理 新 建 文 件 对 话 框 中 ,点 选 创 建 拉 伸 特 征 、 抽 壳 特 征 和 孔 特 征 ,调 整 尺 寸 与 小 抽 屉 原 形 一 致 后 ,定 义 出 拔 模 角 ,以着 色 模 式 显 示 模 型 (如 图 1 所 示 ). 模 型 文 件 以D 件 名 保 存 后 ,关 闭 模 型 窗 口 新 建 文 件 对 话 框 中 ,点 选 这 次 ,要 生 成 文 件 名 为 D 件 ,即 模 具 毛 胚 ,在 工 件 模 型 (见 图 2) ,最 后 关 闭 模 型 窗 口 新 建 文 件 对 话 框 中 ,点 选 建 模 具 模 型 . 先 打开 文 件 D 组 件 装 配 对 话 框 的 提 示 下 将该 文 件 的 坐 标 系 和 模 具 模 型 的 坐 标 系 对 齐 ,该 步骤 称 为 加 入 参 考 模 型 . 然 后 加 入 工 件 模 型 ,打 开D ,继 续 将 其 装 配 到 模 具模 型 中 ,检 查 后 ,设 置 收 缩 率 ,保 存 得 到 文 件 D 图 3)工 具 栏 中 选 择 B 关 隐 藏 工 件 模 型D W 样 图 形 窗 口 只 显 示 参 考 模型 ,用 复 制 方 式 建 立 基 本 分 模 面 ,默 认 分 模 面 的 名字 为 用 填 补 破 洞并 延 伸 分 模 面 与 工 件 相 交 ,着 色 观 看 见 图 利 用 分 模 面 将 模 型 D 成 2个 体 积 块 ,默 认 缺 省 名 为 D 图 5)和 D 图 6 ). 再 抽 取 模 具 组 件 ,点 选分 割 的 2个 体 积 块 抽 取 成 功 后 ,在 模 型 树 中 新 产生 2 个 组 件 模 型 文 件 : D 1. 模 具 组 件 已 生 成 ,但 还 应 进 行开 模 动 作 ,以 检 查 是 否 有 干 涉 现 象 庆 工 学 院 学 报7) 开 模 前 还 应 进 行 模 具 的 检 测 分 析 ,主 要 包括 拔 模 检 测 、 厚 度 检 测 、 分 模 面 检 测 和 开 模 分 析 ,然 后 试 模 . 试 模 过 程 是 利 用 已 产 生 的 模 具 组 件 ,模拟 浇 注 成 型 ,产 生 一 个 注 塑 件 ,然 后 进 行 开 模 观 察(见 图 7) ,可 见 模 型 树 中 新 产 生 一 个 注 塑 件 零 件模 型 文 件 成 一 整 套 模 具 的 设 计 ,还 要 加 上 浇 注 系 统 、冷 却 系 统 、 模 架 、 各 种 机 构 设 计 等 例 可 见 ,整 个设 计 完 全 根 据 产 品 模 型 进 行 分 模 ,开 模 时 将 凹 凸 模 一次 设 计 完 成 ,大 大 提 高 了 设 计 效 率 ,缩 短 了 模 具 设 计之 周 期 ,并 为 模 具 制 造 作 好 了 充 分 准 备 注 塑 模 具 的 而 言 ,计 算 机 辅 助 制 造 系 统 由 刀 具 路 径文 件 的 生 成 和 机 床 数 控 代 码 指 令 集 的 生 成 2部 分组 成 . 利 用 ,根 据 加 工 对 象 的 结 构特 征 、 加 工 环 境 的 实 际 要 求 (如 加 工 机 床 的 性 能 和参 数 、 夹 具 、 刀 具 等 ) 和 工 艺 设 计 的 具 体 特 点 生 成描 述 加 工 过 程 的 刀 具 路 径 文 件 之 后 ,就 需 要 用 到称 之 为 “ 后 置 处 理 器 ” 的 模 块 来 读 取 生 成 的 刀 具 路径 文 件 ,从 中 提 取 相 关 的 加 工 信 息 ,并 根 据 指 定 机床 数 控 系 统 的 特 点 以 及 格 式 要 求 进 行 相应 的 分 析 、 判 断 和 处 理 ,从 而 生 成 数 控 机 床 所 能 直接 识 别 的 1 加 工 . 数 控 编 程 是 生成 控 制 数 控 机 床 进 行 零 件 加 工 的 数 控 程 序 的 过程 ,它 是 目 前 统 中 最 能 明 显 发 挥 效益 的 环 节 之 一 . 能 生 成 驱 动 数 控 机 床加 工 所 必 需 的 数 据 和 信 息 . 它 所 提 供 的 工 具 能 够使 加 工 人 员 按 照 合 理 的 工 序 将 设 计 模 型 处 理 成刀 位 数 据 文 件 ,这 些 文 件 经 后 处 理 变 成 数 控加 工 程 序 . C 的 加 工 流 程 包 括 :建立 所 需 要 的 加 工 模 型 ;设 定 加 工 操 作 环 境 ;定 义 ;生 成 刀 位 数 据 文 件 ;后 置 处 理 并 生 成 ,驱 动 数 控 机 床 6 2 加 工 实 例 . 以 图 6中 笔筒 小 抽 屉 的 凹 模 设 计 过 程 为 例 在 建 工件 模 型 D 保 存 在 将 D 参 考 模 型装 配 到 加 工 模 型 ,再 继 续 将 D W 到 加 工 模 型 中 ,完 成 后 工 件 模 型 以 绿 色 显 示 ,图 形 与 图 6一 致 ,保 存 为 就 是加 工 毛 胚 确 定 加 工 方 案 : 粗 加 工 :刀 具 直 径 、 形 状 、进 给 量 、 加 工 余 量 等 . 精 加 工 :刀 具 直 径 、 形 状 等 设 定 加 工 操 作 . 在 对 话 框 中 ,设 置 、 夹 具 设 计 和 设 置提 刀 高 度 和 加 工 余 量 创 建 粗 加 工 行 加 工 程 序 设 计 ,也 是 工最 重 要 、 复 杂 的 部 分 . 在 管 理 器 中 ,系 统 默 认 的 要 设 置 刀 具 、 工 艺 参 数 、 退 刀 面 和 体 积块 ,要 求 设 计 者 根 据 被 加 工 的 几 何 对 象 (点 、 轮 廓 、曲 面 或 实 体 )和 加 工 方 法 (体 积 铣 削 、 曲 面 铣 削 、 钻孔 等 )确 立 合 适 的 切 削 工 艺 参 数 ,如 步 距 、 深 度 、 主轴 转 速 等 制 造 参 数 ,定 义 完 具 路径 已 经 产 生 ,可 以 用 刀 具 路 径 检查 刀 位 不 合 理 之 处 (见 图 8)用 相 同 的 方 法 定 义 精 加 工 利 用 前 面 的 设 置 产 生 刀 具 (下 转 第 43页 )33石 艳 ,等 :注 塑 模 具 的 遗 传 算 法 对 脉 冲 波 形 的 改 善参 考 文 献 : 1 许 慧 波 . 直 接 数 字 式 频 率 合 成 器 综 述 M :西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 , 1999. 2 王 建 新 . 直 接 数 字 频 率 合 成 技 术 及 其 应 用 研 究D . 南 京 :南 京 理 工 大 学 , 1999. 8. 3 刘 勇 ,康 立 山 . 非 数 值 并 行 算 法 遗 传 算 法 M :科 学 出 版 社 , 1997. 4 周 明 ,孙 树 栋 . 遗 传 算 法 原 理 及 应 用 M . 北 京 :国 防工 业 出 版 社 , 1999 . 5 F. of of mp J . N 2003 , 14 (1) : 552.(责 任 编 辑 刘 舸 )(上 接 第 33页 )路 径 文 件 ( 通 过 定义 输 出 ,会 产 生 一 个 序 列 组 ,系 统 缺 省 名 为 出 刀 具 路 径 文 件 缺 省 名 为 该 刀 具 路 径 文 件 不 能 用 来 控 制 数 控 机 床 的运 动 ,必 须 对 刀 具 路 径 文 件 进 行 后 处 理 ,创 建 加 工控 制 数 据 ( 件 理 器 是 一 个 用 来 处 理 由 产 生 的 刀 位 数 据 文 件 的 应 用 程序 数 据 文 件 包 含 着 完 成 某 一 个 零 件 加 工 所 必须 的 加 工 指 令 ,后 处 理 器 就 是 要 把 这 种 加 工 指 令 解释 为 特 定 加 工 机 床 所 能 识 别 的 信 息 ,即 . 后处 理 文 件 名 过 写 字 板 打 开 结 束 语现 代 设 计 技 术 从 并 行 工 程 的 概 念 出 发 进 行 面向 产 品 全 生 命 周 期 的 设 计 ,即 在 设 计 阶 段 就 对 产品 整 个 生 命 周 期 进 行 综 合 考 虑 ,包 括 对 产 品 的 功能 、 外 观 、 可 装 配 性 、 可 生 产 性 、 可 维 持 性 等 进 行 全面 设 计 . 的 设 计 理 念 将 设 计 、 制造 、 装 配 以 及 生 产 管 理 融 为 一 体 ,赋 予 “ 设 计 ” 完 整的 概 念 ,符 合 现 代 设 计 技 术 的 发 展 趋 势 . 它 提 供 的 件 造 型 技 术 能