Pro_E_Cimatron環(huán)境下塑料模具設(shè)計(jì)與加工模擬.pdf

Pro/E、Cimatron環(huán)境下塑料模具設(shè)計(jì)與加工模擬肖正明劉建雄(昆明理工大學(xué),云南昆明650093)摘要:介紹了Pro/E在模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用以及CimatronV12環(huán)境下的CAM實(shí)現(xiàn)。通過(guò)手機(jī)面板的模具設(shè)計(jì),闡述了Pro/Moldesign的模具設(shè)計(jì)流程與技術(shù)優(yōu)勢(shì),并運(yùn)用Cimatron對(duì)手機(jī)凸模進(jìn)行了加工刀路設(shè)計(jì),并模擬了其加工過(guò)程。關(guān)鍵詞:模具設(shè)計(jì)；加工模擬；Pro/E；Cimatron；刀路PlasticMouldDesignandMachiningSimulationBasedonPro/E&CimatronConditionXiaoZhengming,LiuJianxiong(KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)Abstract:TheapplicationofPro/EsoftwareusinginmoulddesignandtheofCAMrealizationunderCimaronV12softwareconditionwereintroduced.Throughdesigningthemouldofamobile2phonefaceplatetostatethemoulddesignprocessandtechniquesuperioritybyusingthePro/Moldesignmodule.Thetoolpathofthecoreofmobilephonemouldhasdesigned,andthemachiningprocesshassimulatedbyusingCimatronsoftware.Keywords:moulddesign；machiningsimulation；Pro/E；Cimatron；toolpath隨著CAD/CAM、數(shù)控加工及快速成形等先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展,模具設(shè)計(jì)與制造行業(yè)正發(fā)生一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命,傳統(tǒng)的二維模具設(shè)計(jì)及模擬量加工方式越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)的要求。在產(chǎn)品需求多樣性、客戶要求多變性的市場(chǎng)大環(huán)境下,模具供應(yīng)商必須運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)及制造手段,特別是現(xiàn)今的塑料型腔模多為復(fù)雜的曲面構(gòu)建,傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法難以表達(dá)其外形,普通制造手段收稿日期:2005-05-11第一作者簡(jiǎn)介:肖正明,男,1982年生,碩士研究生。難以精確加工成形,所以模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造勢(shì)在必行。如今在模具制造行業(yè),普遍采用Pro/E造型及分模,然后將生成的模具元件進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換,在Cimatron環(huán)境中進(jìn)行刀路設(shè)計(jì)及加工模擬。1Pro/E、Cimatron在模具CAD/CAM中的運(yùn)用1.1Pro/E模具設(shè)計(jì)功能簡(jiǎn)介Pro/E憑借其強(qiáng)大的特征造型功能,很快贏得了用戶的青睞,現(xiàn)已成為世界上最普及的模具三維CAD標(biāo)準(zhǔn)軟件。Pro/Moldesign是Pro/E的可選模參考文獻(xiàn):1林河成.稀土永磁材料的發(fā)展.金屬材料研究,1994(4):70712周壽增,董清飛.超強(qiáng)永磁體.第2版.北京:冶金工業(yè)出版社,20043KitajimaK,CaiGQ,KumagaiN,et.al.Studyonmechanismofceramicsgrinding.AnnalsoftheCIRP,1992,41(1):3673714牛文鐵,徐燕申.工程陶瓷緩進(jìn)給磨削磨削力的試驗(yàn)研究.金剛石與磨料磨具工程,2003(2):24275TnasakiI.MechanicalgrindingofNd2Fe2Balloysproducedbysinteredsolidificationprocessing.AnnalsoftheCIRP,1987,36:4636LawnBR,EvansAG,MarshallDB.Hotdeformationofnano2crystallineNd2Fe2Balloys.JournalofAmericanCeramicSociety,1980,63:5747DietzM,TietzHD.MagneticandcorrosioncharacteristicsofNd2Fe2Bmagnetwithvarioussurfacecoatings.JournalofMateri2alsScience,1990,25:373183電加工與模具2005年第5期設(shè)計(jì)研究1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.塊,主要用于塑料模具和壓鑄模具的設(shè)計(jì)。工業(yè)產(chǎn)品在完成造型設(shè)計(jì)后,要使其轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品,通常都需要利用模具來(lái)實(shí)現(xiàn)(如塑料產(chǎn)品利用注塑模具、金屬板料利用沖壓模具、壓鑄合金利用壓鑄模具等)。因此,依據(jù)產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)、加工出模具,是產(chǎn)品批量生產(chǎn)的關(guān)鍵。在Pro/E等大型模具設(shè)計(jì)軟件出現(xiàn)之前,復(fù)雜曲面模具的型腔設(shè)計(jì)是非常困難的。Pro/Moldesign為塑料制品模具的型腔設(shè)計(jì)提供了簡(jiǎn)單可靠的功能模塊,圖1是Pro/E中模具設(shè)計(jì)模塊的主菜單。圖1Pro/E模具設(shè)計(jì)模塊的主菜單Pro/Moldesign模具設(shè)計(jì)流程如下1:(1)立模具模型:包括參考模型的導(dǎo)入、毛坯模型的創(chuàng)建、成形收縮率的設(shè)定。(2)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(3)利用PartingSurf定義分模面。(4)運(yùn)用MoldVolume命令拆模,產(chǎn)生體積塊抽取模具元件。(5)試模、開模、檢測(cè)。(6)將各模具元件導(dǎo)入CAM軟件編制加工程序。1.2Cimatron數(shù)控加工模擬及編程Cimatron軟件是以色列Cimatron公司的產(chǎn)品,系統(tǒng)共有4個(gè)模塊,其中NC模塊為加工制造業(yè)提供了從2軸到5軸的可靠的智能加工功能。系統(tǒng)具有良好的數(shù)據(jù)交換接口,支持工業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)格式,包括IGES、STEP、DXF、DWG、VDA等,可以同PRO/E、UG、CATIA、MASTERCAM、AutoCAD等常用行業(yè)軟件進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換2。CimatronNC加工的杰出特性是工業(yè)界普遍認(rèn)同的,目前在模具加工行業(yè)應(yīng)用極其廣泛。Cima2tronNC可直接按照模具設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)為數(shù)控加工過(guò)程生成精確的刀具軌跡,并對(duì)其所生成的刀具軌跡和沿軌跡加工過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化,提高其計(jì)算速度。Cimatron提供了可靠而直觀的軌跡校驗(yàn)和仿真模擬,經(jīng)Simulator加工仿真滿足要求后,則可利用后置處理模塊POST生成NC加工代碼,極大地提高了模具的加工速度和精度。CimatronNC的加工編程流程可如下所示:導(dǎo)入PFM文件進(jìn)入NC模塊定義路徑建立工序定義加工對(duì)象設(shè)定加工參數(shù)執(zhí)行、生成刀路加工模擬后置處理、生成G加工代碼。2Pro/E手機(jī)面板分模2.1模具模型的建立在建立手機(jī)模具模型(MoldModel)過(guò)程時(shí),首先應(yīng)調(diào)入產(chǎn)品模型(ReferenceMode1)和模具胚料模型(Workpiece),也可直接在Mold模塊下創(chuàng)建。執(zhí)行【新建】命令,選擇【制造模具型腔】,創(chuàng)建一名為moto-mold模具型腔設(shè)計(jì)文件。圖2是一款手機(jī)面板在Pro/E環(huán)境下的三維效果圖,可直接調(diào)入手機(jī)面板文件,并定義其為參考模型,將其定位,然后設(shè)置注射材料(ABS)、成形收縮率5。創(chuàng)建工件模型,工件可從外部導(dǎo)入也可在當(dāng)前文件下建立,在此選擇自動(dòng)創(chuàng)建工件比草繪更簡(jiǎn)便,最后建立的模具模型如圖3所示。圖2手機(jī)面板三維效果圖圖3建立的模具模型93設(shè)計(jì)研究電加工與模具2005年第5期1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.2.2分型面的建立在Pro/E里模具分型面的定義有多種方法,其中包括【平整】、【復(fù)制】、【混合】、【裙邊】等。對(duì)于手機(jī)面板,由于表面有許多靠破孔,采用裙邊方法定義分型面相對(duì)比較簡(jiǎn)單。首先生成模型的側(cè)面影像線,再利用裙邊曲面建立主分型面。圖4是利用裙邊方法創(chuàng)建的手機(jī)面板模具分型面。圖4模具分型面2.3拆模、抽取模具型腔利用剛才建立的分型面將參考工件拆分成形腔、型芯體積。依次單擊【MoldVolume】-【Split】-【TwoVolumes】-【AllWrkpcs】-【Done】,在VolumeName文本框中輸入生成的體積塊名稱,分別可默認(rèn)為MOLD2VOL21和MOLD2VOL22。體積塊只是一個(gè)有體積無(wú)質(zhì)量的虛擬體,不是實(shí)體Part模具組件,所以接下來(lái)要進(jìn)行實(shí)體元件抽取工作。運(yùn)用【MoldComp】菜單項(xiàng)將MoldVolume(模具體積)精確地轉(zhuǎn)換成實(shí)際的模具型腔,圖5為拆模后的開模狀態(tài)圖,圖6a、圖6b分別為手機(jī)面板的型芯(公模)與型腔(母模)。3Cimatron環(huán)境下的加工模擬3.1型腔NC加工前處理對(duì)這副模具而言,型芯模相比型腔模較為復(fù)雜,加工過(guò)程細(xì)節(jié)考慮也較多,因此在這里只對(duì)型芯模進(jìn)行加工模擬及數(shù)控編程。根據(jù)動(dòng)模外形結(jié)構(gòu),應(yīng)采用環(huán)繞等高的加工程式。環(huán)繞等高(WCUT)是最常用的一種加工程序,可以用來(lái)進(jìn)行粗銑、半精銑圖5模具開模狀態(tài)圖(a)型芯(公模)(b)型腔(母模)圖6型芯與型腔圖和精銑(或稱為精修)。由于手機(jī)面板密布著許多細(xì)小按鈕孔,因而凸模上分布了間隙較小的小凸臺(tái),只能允許小刀徑的刀具介入加工,所以在粗銑與精銑后需要增加一個(gè)清角工序。整個(gè)加工程序過(guò)程設(shè)置如圖7所示。圖7程序模式下的管理表單3.2加工刀路模擬根據(jù)成形零件輪廓,建立相應(yīng)毛坯。點(diǎn)擊CREATESTOCK,按中鍵確定后彈出毛坯建立方法選項(xiàng)。在此可選擇BYBOX(MIN2MAX)項(xiàng)建立04電加工與模具2005年第5期設(shè)計(jì)研究1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.動(dòng)模毛坯,定義好兩角點(diǎn)后出現(xiàn)毛坯參數(shù)表,確認(rèn)無(wú)誤后,回到程式定義模式,同時(shí)將毛坯工序移動(dòng)到所有加工工序前面。執(zhí)行所有建立的工序,生成刀具路徑。最后選中毛坯工序和所有加工工序,點(diǎn)擊SIMULATIONSIMULATOR,確定后進(jìn)入刀路模擬加工環(huán)境。如圖8a、8b、8c分別為粗銑、精銑和清角模擬加工效果圖。(a)粗銑過(guò)程模擬(b)精銑過(guò)程模擬(c)清角過(guò)程模擬圖8模擬加工效果圖3.3后置處理、加工代碼生成觀測(cè)模擬加工效果,若不滿意,則回到CimatronNC環(huán)境修改程序設(shè)置,直到加工符合模具設(shè)計(jì)要求為止。在模擬加工確認(rèn)無(wú)誤后,退出實(shí)體模擬環(huán)境,回到CimatronNC模塊,選中所有加工工序并運(yùn)行后處理命令POST。選擇合適的后處理工具,在此可選擇Demo作為后處理格式,直接確定兩次,系統(tǒng)開始編譯刀具路徑、生成G代碼文件,并在屏幕信息區(qū)顯示輸出的文件名稱。圖9是手機(jī)面板凸模加工G文件部分代碼段,針對(duì)不同數(shù)控加工系統(tǒng),對(duì)G代碼文件稍作修改便可傳輸?shù)綌?shù)控銑床或加工中心中進(jìn)行加工。圖9凸模加工部分G代碼段4結(jié)言運(yùn)用Pro/E中的模具設(shè)計(jì)模塊,可以很簡(jiǎn)便地將已造好型的制件模具元件提取。利用定義好的主分型面,可先將凹凸模拆分出來(lái),再根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相應(yīng)設(shè)計(jì)抽芯、滑塊、斜導(dǎo)柱、頂針孔等組件。型腔與各元件設(shè)計(jì)完成、生成具體三維圖素后,轉(zhuǎn)入模具CAM階段。Pro/E的加工模塊使用較復(fù)雜、且參數(shù)定義較為煩瑣,不容易被業(yè)內(nèi)人士掌握。相比之下CimatronNC模塊具有簡(jiǎn)便實(shí)用、功能齊全、刀路運(yùn)算快等優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)今數(shù)控加工行業(yè)大部分刀路技術(shù)員都使用CimatonNC。另外Cima2tron軟件具有很強(qiáng)的曲面造型與加工功能,型腔模具多由曲面組成,在Cimatron環(huán)境下更能詮釋曲面的匹配度,保證型腔的加工成形精度。基于Pro/E、Cimatron的模具CAD/CAM