注塑模具的CAD_CAM.pdf

第 19卷 第 11期 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 2005年 11月19 11 2005【 機(jī) 械 工 程 】注 塑 模 具 的 ,黃 亞 純 ,黃 文 權(quán)(四 川 理 工 學(xué) 院 機(jī) 電 工 程 系 ,四 川 自 貢 643000)摘 要 : 介 紹 了 基 于 塑 模 具 ,包 括 模 具 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 、 模 具 設(shè) 計(jì) 工 作 流程 以 加 工 ,并 通 過(guò) 實(shí) 例 證 明 了 塑 模 具 設(shè) 計(jì) 和 制 造 中 的 強(qiáng) 大 功 能 和 高 度集 成 化 詞 : 注 塑 模 具 ; 分 類(lèi) 號(hào) : 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 : A 文 章 編 號(hào) : 1671 - 0924 (2005) 11 - 0031 - 03On n 43000, of of NC p in 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(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 中 的 比重 也 越 來(lái) 越 大 . 在 機(jī) 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(lái) 生 產(chǎn) 幾 何 形 狀 非 常 復(fù)雜 的 產(chǎn) 品 等 特 點(diǎn) ,在 整 個(gè) 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(jì) 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(guò) 去 模 具 設(shè) 計(jì) 工 作 主 要 依 靠 設(shè)計(jì) 人 員 的 經(jīng) 驗(yàn) ,模 具 的 加 工 制 造 又 在 很 大 程 度 上依 賴(lài) 于 生 產(chǎn) 者 的 操 作 技 能 ,因 此 存 在 模 具 設(shè) 計(jì) 水平 低 、 加 工 質(zhì) 量 差 、 生 產(chǎn) 周 期 長(zhǎng) 、 使 用 壽 命 短 等 缺陷 . 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 硬 件 和 軟 件 技 術(shù) 的 迅 猛 發(fā) 展 , 的 發(fā) 展 和 應(yīng) 用 越 來(lái) 越 普 遍 ,出 現(xiàn) 了許 多 可 用 于 注 塑 模 設(shè) 計(jì) 和 制 造 的 軟 件 . 參 數(shù) 化 件 的 代 表 ,實(shí) 現(xiàn) 了產(chǎn) 品 從 概 念 設(shè) 計(jì) 到 制 造 全 過(guò) 程 的 設(shè) 計(jì) 制 造 一 體化 . 它 提 供 了 采 用 參 數(shù) 化 設(shè) 計(jì) 的 、 基 于 特 征 的 實(shí) 體模 型 化 系 統(tǒng) 和 模 型 間 的 相 關(guān) 聯(lián) 性 設(shè) 計(jì) 以 及 共 享 數(shù)3 收 稿 日 期 : 2005 - 09 - 06作 者 簡(jiǎn) 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(guò) 程 控 制 和 和 強(qiáng) 大 的 分 析 系 統(tǒng) 等 技 術(shù) ,為 產(chǎn) 品 的 設(shè) 計(jì) 、 分析 和 制 造 的 一 體 化 提 供 了 平 臺(tái) ,使 產(chǎn) 品 統(tǒng) 之 間 實(shí) 現(xiàn) 了 數(shù) 據(jù) 的 自 動(dòng) 傳 遞 和轉(zhuǎn) 換 集 成 1 - 2 . 模 具 檢 測(cè) 、 自 動(dòng)分 模 、 模 擬 開(kāi) 模 和 數(shù) 控 加 工 仿 真 的 三 維 動(dòng) 態(tài) 顯 示的 設(shè) 計(jì) 制 造 與 視 頻 技 術(shù) 的 結(jié) 合 ,使 過(guò) 程 設(shè) 計(jì) 生 動(dòng)地 展 現(xiàn) 出 來(lái) ,極 大 地 提 高 了 產(chǎn) 品 的 設(shè) 計(jì) 與 生 產(chǎn) 效率 ,同 時(shí) 也 保 證 了 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) 進(jìn) 度 和 質(zhì) 量 注 塑 模 具 的 1 具 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) . 提 供 了 模 具 產(chǎn) 品 的 三 維 實(shí) 體 造 型 功 能 ,其 就 是 專(zhuān) 門(mén) 用 于 注 塑 模 具 設(shè)計(jì) . 該 模 塊 有 效 地 將 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 與 制 造 工 藝 流 程 結(jié)合 起 來(lái) ,可 快 速 完 成 分 模 ,模 具 型 腔 及 型 芯 的 自 動(dòng)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(jì) 以 及 零 件 厚 度 與 拔 模 檢 測(cè) . 還 可 以 對(duì) 模 具 的 性 能 、 結(jié) 構(gòu) 、 注 塑件 在 成 型 過(guò) 程 中 的 溫 度 場(chǎng) 進(jìn) 行 有 限 元 傳 熱 分 析 和流 道 分 析 3 2 注 塑 模 具 設(shè) 計(jì) 的 工 作 流 程 . 注 塑 模 具 件 設(shè) 計(jì) 模 塊 和 模 具 設(shè) 計(jì) 模塊 下 交 互 進(jìn) 行 . 首 先 在 零 件 設(shè) 計(jì) 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(gè) 零 件 文件 ;然 后 根 據(jù) 標(biāo) 準(zhǔn) 模 架 設(shè) 計(jì) 模 具 毛 胚 (,定 義 出 所 有 模 具 元 件 的 體 積 . 這 一 步 有 2種 方 法 : 單 獨(dú) 創(chuàng) 建 模 具 毛 胚 零 件 ,在 模 具 設(shè) 計(jì) 模 塊 下 與參 考 模 型 (即 注 塑 件 模 型 )裝 配 ; 直 接 在 模 具 設(shè)計(jì) 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(guò) 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(jì) ,生 成 所 有 零 件 的 零 件 圖 ,最 后 根據(jù) 加 工 需 要 ,形 成 零 件 的 4 - 5 3 注 塑 模 具 設(shè) 計(jì) 實(shí) 例 . 現(xiàn) 以 圖 1中 筆 筒 小 抽 屜的 模 具 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 為 例 開(kāi) 戶(hù) 界 面 窗 口 ,點(diǎn) 選 ,在 彈 出 選 擇 工 作 路 徑 對(duì) 話(huà)框 下 ,專(zhuān) 門(mén) 設(shè) 置 一 個(gè) 文 件 夾 ,這 樣 ,小 抽 屜 模 具 設(shè) 計(jì)過(guò) 程 中 所 有 的 文 件 都 會(huì) 自 動(dòng) 保 存 在 該 目 錄 下 ,并 且每 一 次 打 開(kāi) 文 件 ,該 目 錄 下 也 會(huì) 首 先 彈 出 ,節(jié) 省 了查 找 文 件 的 時(shí) 間 ,并 且 便 于 文 件 的 管 理 新 建 文 件 對(duì) 話(huà) 框 中 ,點(diǎn) 選 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D 件 名 保 存 后 ,關(guān) 閉 模 型 窗 口 新 建 文 件 對(duì) 話(huà) 框 中 ,點(diǎn) 選 這 次 ,要 生 成 文 件 名 為 D 件 ,即 模 具 毛 胚 ,在 工 件 模 型 (見(jiàn) 圖 2) ,最 后 關(guān) 閉 模 型 窗 口 新 建 文 件 對(duì) 話(huà) 框 中 ,點(diǎn) 選 建 模 具 模 型 . 先 打開(kāi) 文 件 D 組 件 裝 配 對(duì) 話(huà) 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(duì) 齊 ,該 步驟 稱(chēng) 為 加 入 參 考 模 型 . 然 后 加 入 工 件 模 型 ,打 開(kāi)D ,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 D 圖 3)工 具 欄 中 選 擇 B 關(guān) 隱 藏 工 件 模 型D W 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 用 填 補(bǔ) 破 洞并 延 伸 分 模 面 與 工 件 相 交 ,著 色 觀(guān) 看 見(jiàn) 圖 利 用 分 模 面 將 模 型 D 成 2個(gè) 體 積 塊 ,默 認(rèn) 缺 省 名 為 D 圖 5)和 D 圖 6 ). 再 抽 取 模 具 組 件 ,點(diǎn) 選分 割 的 2個(gè) 體 積 塊 抽 取 成 功 后 ,在 模 型 樹(shù) 中 新 產(chǎn)生 2 個(gè) 組 件 模 型 文 件 : D 1. 模 具 組 件 已 生 成 ,但 還 應(yīng) 進(jìn) 行開(kāi) 模 動(dòng) 作 ,以 檢 查 是 否 有 干 涉 現(xiàn) 象 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)7) 開(kāi) 模 前 還 應(yīng) 進(jìn) 行 模 具 的 檢 測(cè) 分 析 ,主 要 包括 拔 模 檢 測(cè) 、 厚 度 檢 測(cè) 、 分 模 面 檢 測(cè) 和 開(kāi) 模 分 析 ,然 后 試 模 . 試 模 過(guò) 程 是 利 用 已 產(chǎn) 生 的 模 具 組 件 ,模擬 澆 注 成 型 ,產(chǎn) 生 一 個(gè) 注 塑 件 ,然 后 進(jìn) 行 開(kāi) 模 觀(guān) 察(見(jiàn) 圖 7) ,可 見(jiàn) 模 型 樹(shù) 中 新 產(chǎn) 生 一 個(gè) 注 塑 件 零 件模 型 文 件 成 一 整 套 模 具 的 設(shè) 計(jì) ,還 要 加 上 澆 注 系 統(tǒng) 、冷 卻 系 統(tǒng) 、 模 架 、 各 種 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 等 例 可 見(jiàn) ,整 個(gè)設(shè) 計(jì) 完 全 根 據(jù) 產(chǎn) 品 模 型 進(jìn) 行 分 模 ,開(kāi) 模 時(shí) 將 凹 凸 模 一次 設(shè) 計(jì) 完 成 ,大 大 提 高 了 設(shè) 計(jì) 效 率 ,縮 短 了 模 具 設(shè) 計(jì)之 周 期 ,并 為 模 具 制 造 作 好 了 充 分 準(zhǔn) 備 注 塑 模 具 的 而 言 ,計(jì) 算 機(jī) 輔 助 制 造 系 統(tǒng) 由 刀 具 路 徑文 件 的 生 成 和 機(jī) 床 數(shù) 控 代 碼 指 令 集 的 生 成 2部 分組 成 . 利 用 ,根 據(jù) 加 工 對(duì) 象 的 結(jié) 構(gòu)特 征 、 加 工 環(huán) 境 的 實(shí) 際 要 求 (如 加 工 機(jī) 床 的 性 能 和參 數(shù) 、 夾 具 、 刀 具 等 ) 和 工 藝 設(shè) 計(jì) 的 具 體 特 點(diǎn) 生 成描 述 加 工 過(guò) 程 的 刀 具 路 徑 文 件 之 后 ,就 需 要 用 到稱(chēng) 之 為 “ 后 置 處 理 器 ” 的 模 塊 來(lái) 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(jī)床 數(shù) 控 系 統(tǒng) 的 特 點(diǎn) 以 及 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(jī) 床 所 能 直接 識(shí) 別 的 1 加 工 . 數(shù) 控 編 程 是 生成 控 制 數(shù) 控 機(jī) 床 進(jìn) 行 零 件 加 工 的 數(shù) 控 程 序 的 過(guò)程 ,它 是 目 前 統(tǒng) 中 最 能 明 顯 發(fā) 揮 效益 的 環(huán) 節(jié) 之 一 . 能 生 成 驅(qū) 動(dòng) 數(shù) 控 機(jī) 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 將 設(shè) 計(jì) 模 型 處 理 成刀 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 . C 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 ;生 成 刀 位 數(shù) 據(jù) 文 件 ;后 置 處 理 并 生 成 ,驅(qū) 動(dòng) 數(shù) 控 機(jī) 床 6 2 加 工 實(shí) 例 . 以 圖 6中 筆筒 小 抽 屜 的 凹 模 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 為 例 在 建 工件 模 型 D 保 存 在 將 D 參 考 模 型裝 配 到 加 工 模 型 ,再 繼 續(xù) 將 D W 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 就 是加 工 毛 胚 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 設(shè) 定 加 工 操 作 . 在 對(duì) 話(huà) 框 中 ,設(shè) 置 、 夾 具 設(shè) 計(jì) 和 設(shè) 置提 刀 高 度 和 加 工 余 量 創(chuàng) 建 粗 加 工 行 加 工 程 序 設(shè) 計(jì) ,也 是 工最 重 要 、 復(fù) 雜 的 部 分 . 在 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(jì) 者 根 據(jù) 被 加 工 的 幾 何 對(duì) 象 (點(diǎn) 、 輪 廓 、曲 面 或 實(shí) 體 )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 具 路徑 已 經(jīng) 產(chǎn) 生 ,可 以 用 刀 具 路 徑 檢查 刀 位 不 合 理 之 處 (見(jiàn) 圖 8)用 相 同 的 方 法 定 義 精 加 工 利 用 前 面 的 設(shè) 置 產(chǎn) 生 刀 具 (下 轉(zhuǎn) 第 43頁(yè) )33石 艷 ,等 :注 塑 模 具 的 遺 傳 算 法 對(duì) 脈 沖 波 形 的 改 善參 考 文 獻(xiàn) : 1 許 慧 波 . 直 接 數(shù) 字 式 頻 率 合 成 器 綜 述 M :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 :科 學(xué) 出 版 社 , 1997. 4 周 明 ,孫 樹(shù) 棟 . 遺 傳 算 法 原 理 及 應(yīng) 用 M . 北 京 :國(guó) 防工 業(yè) 出 版 社 , 1999 . 5 F. of of mp J . N 2003 , 14 (1) : 552.(責(zé) 任 編 輯 劉 舸 )(上 接 第 33頁(yè) )路 徑 文 件 ( 通 過(guò) 定義 輸 出 ,會(huì) 產(chǎn) 生 一 個(gè) 序 列 組 ,系 統(tǒng) 缺 省 名 為 出 刀 具 路 徑 文 件 缺 省 名 為 該 刀 具 路 徑 文 件 不 能 用 來(lái) 控 制 數(shù) 控 機(jī) 床 的運(yùn) 動(dòng) ,必 須 對(duì) 刀 具 路 徑 文 件 進(jìn) 行 后 處 理 ,創(chuàng) 建 加 工控 制 數(shù) 據(jù) ( 件 理 器 是 一 個(gè) 用 來(lái) 處 理 由 產(chǎn) 生 的 刀 位 數(shù) 據(jù) 文 件 的 應(yīng) 用 程序 數(shù) 據(jù) 文 件 包 含 著 完 成 某 一 個(gè) 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(jī) 床 所 能 識(shí) 別 的 信 息 ,即 . 后處 理 文 件 名 過(guò) 寫(xiě) 字 板 打 開(kāi) 結(jié) 束 語(yǔ)現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 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(jì) ,即 在 設(shè) 計(jì) 階 段 就 對(duì) 產(chǎn)品 整 個(gè) 生 命 周 期 進(jìn) 行 綜 合 考 慮 ,包 括 對(duì) 產(chǎn) 品 的 功能 、 外 觀(guān) 、 可 裝 配 性 、 可 生 產(chǎn) 性 、 可 維 持 性 等 進(jìn) 行 全面 設(shè) 計(jì) . 的 設(shè) 計(jì) 理 念 將 設(shè) 計(jì) 、 制造 、 裝 配 以 及 生 產(chǎn) 管 理 融 為 一 體 ,賦 予 “ 設(shè) 計(jì) ” 完 整的 概 念 ,符 合 現(xiàn) 代 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) . 它 提 供 的 件 造 型 技 術(shù) 能