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1、第 9卷? 第 21期? 2009年 11月 1671?1819(2009) 21?6520?04?科 ? 学 ? 技? 术? 与? 工? 程 Science Technology and Engineering?Vol ?9? No?21? Nov . 2009 ? ?2009?Sci ? Tech?Engng ?基于 UG的吹风机外壳注塑模具设计及数控加工孔? 刚? 李? 珊(昆明理工大学机电工程学院, 昆明 650093)摘? 要? 本文以 UG 的 CAD /Mold W izard/CAM 模块为平台, 完成了吹风机外壳模具从设计到数控加工的全过程。以此阐述了注塑模具 CAD /CA
2、M 的实现过程。体现了 UG平台在注塑模设计制造领域与传统的设计制造方法相比的巨大优越性。注塑模具设计与制造对传统的设计制造方法来说是一个巨大的挑战, 而 UG 的解决方案可以显著提高模具制造商的产品创新能力和生产力。关键词? UG? ? M oldW izard? ? CAD /CAM? ? 注塑模中图法分类号?TG76? ? O343 ; ? ? ? ? 文献标志码?A2009年 1月 11日收到? 模具是工业生产的主要工艺装备。近些年来,随着模具工业的飞速发展, CAD /CAM 技术被逐渐应用于模具工业, 收到了良好的效果 1。大型三维软件 UG是世界上最先进的 CAD /CAM /C
3、AE 集成的高端软件之一, 综合利用 UG CAD/CAM 和 UGM old W izard模块设计注塑模具并且对其进行数控编程, 能够大大提高模具设计及制造的效率和质量。本文应用 UG的最新版本 UG NX5 . 0 , 以吹风机外壳为例, 探讨 UG 在模具设计、 制造领域实现 CAD/CAM /CAE一体化的应用。1? 用 Mold W izard进行模具设计M old W izard是 UG的一个应用模块, 专门用于注塑模具的设计, 是一个功能强大的注塑模具设计软件。Mold W izard为我们提供了从零件的加载、 坐标系、 工件等的设置到模具系统制图的一系列工具。我们可以非常方便
4、的使用这些模具设计工具来完成任意复杂模具的设计 2。1 . 1? 分型前的准备工作模具设计工作的第一步是导入要做成模具的图 1? 吹风机外壳塑件零件成品, 在此导入吹风机外壳的塑件模型, 如图 1所示。这个塑件由 UG 的建模模块建立, 吹风机CAD模型是后续工作 (分型处理, 生成型芯、 型腔及导入 UG CAM 模块进行数控加工等 )的基础。接下来要做的准备工作是模具坐标系的建立、 确定产品的收缩率以及确定模具毛坯的大小等工作。模具 CSYS用来帮助 Mold W izard确定分型面和安装模具。模具 CSYS的原点就是放置模架的中心点, X ? Y平面就是分型面, Z轴正向就是脱模方向。
5、设置坐标系的位置如图 1所示。由于存在塑件的成型收缩, 为了得到准确尺寸的部件必须在模具设计中设置收缩率以进行相应的补偿。在本实例中塑件采用 ABS塑料, 收缩率设置为 1 . 006 。毛坯是一个在外形上完全包围塑件, 用来生成模具的型芯和型腔的实体。毛坯的实体可以使用系统提供的标准长方体, 也可以使用自定义的实体。本例采用系统提供的标准立方体毛坯, 并设置大小为 235 ?145 ? 75mm。1 . 2? 塑件的分型设计分型设计是注塑模具设计必不可少的一个步骤。定义分型线、 创建分型面、 分离型芯和型腔等是注塑模具设计的关键环节。分型设计的过程主要由以下三个步骤组成:1 . 2 . 1?
6、 抽取分型线分型线定义为模具分型面和产品模型的几何相交线。M old W izard基于产品的脱模方向自动搜索最大轮廓线以确定分型线可能产生的地方。但是在塑件的 CAD模型存在缺陷或者 CAD模型过于复杂等情况下, M old W izard就不能够很好地识别分型线。对于这种情况, Mold W izard也为用户提供了手动识别的功能, 以期使得分型线正确无误。本例中由于模型比较复杂系统不能自动识别出分型线, 需手动顺次指定分型线, 最后抽取的分型线如图 2所示。1 . 2 . 2? 创建并编辑分型面分型面是用来修剪毛坯工件以生成模具的型芯和型腔的片体。Mold W izard中提供了多种创建
7、分型面的方式, 包括拉伸、 扫掠、 有界平面、 扩大的曲面等。当分型线都处在同一平面上时可以创建一个 有界平面 !作为分型面; 当分型线都处在一个曲面上时, 可以运用 扩大的曲面 !创建分型面; 当分型线不在同一平面或曲面上时, 用户需要通过定义过渡点或过渡对象来将分型线划分为更小、 更容易管理的分型段。然后将创建的分型段根据具体情况创建出不同类型的分型面, 最后将生成的各分型面进行缝合, 产生一个完整的分型面。在本例中由于分型线不在一个平面内, 所以定义了两个过渡对象, 如图 2所示。剩下的两段分型线由于在同一个平面内所以分别用 有界平面 !创建出两个分型面,最后系统自动生成分型面如图 3所
8、示。图 2? 创建了过渡对象的分型线图 3? 最后生成的分型面1 . 2 . 3? 创建型芯和型腔为了能够顺利分型, 塑件上开模方向的通孔或是侧向通孔在模具分型之前必须要修补起来。如果不加以修补系统将无法做出决定: 这些通孔是由型芯部分还是由型腔部分生成。修补方法有实体修补和曲面片修补两类, 其中最常用的方法还是曲面片修补。在本例中吹风机外壳的进气窗格和为安装按钮保留的空间在分型前必须修补起来, 通孔由型腔部分生成。随后 Mold W izard还要在吹风机外壳的 CAD模型中抽取型芯和型腔区域: 吹风机外壳的外表面作为型腔面, 内表面作为型芯面。最后系统会将抽取的区域与分型面和修补面缝合在一
9、起形成修剪面对毛坯工件进行修剪, 最终形成模具的型芯和型腔。如图 4为生成的模具的型腔部分。图 4? 型腔部分1 . 3? 后续处理工作一套完整的注塑模具还需要模架做支撑, 需要顶出机构将塑件顶出模腔, 需要抽芯机构完成抽芯动作, 需要浇口套、 定位圈等零件与注射机匹配, 需要浇口、 流道、 冷却系统 所有的这些零部件的652121期孔? 刚, 等: 基于 UG的吹风机外壳注塑模具设计及数控加工?选用与设计构成了注塑模具的后续处理工作。具体的后处理工作在此不再详述。2? 模具的数控加工传统的模具制作方法大都是采用原件改制、 人工敲制或手工刻制等方式, 工艺落后, 精度很低, 制造周期长。数控技
10、术的出现则让模具的制造实现了质的飞跃。数控编程的核心是刀位点的计算, 对于复杂的产品尤其是具有众多复杂曲面的产品, 其数控加工刀位点的人工计算十分困难。而 UG CAM模块自动编程很好的解决了这一问题。利用 UGCAD模块生成的产品三维造型包含了数控编程所需要的完整的产品表面几何信息, 软件可以针对这些信息进行数控加工刀位的自动计算。整个过程都以统一的数据库和文件传输格式为基础, 实现了信息集成和数据共享, 不仅能够快速提高加工效率, 而且能够保证质量, 降低成本 3。2 . 1? 型腔加工的工艺分析虽然 UG CAM 模块能够自动进行数控编程, 但是数控编程之前的加工工艺的分析和规划必须由用
11、户自行完成。加工工艺制定的好坏从根本上决定了数控程序的优劣。加工工艺分析和规划的主要内容包括: 毛坯工件的选择、 加工区域的确定、 工艺路线的拟定、 加工刀具的选择、 走刀路线和切削用量的确定等内容 4。下面以型腔工件的数控加工为例来阐述 UGCAM 模块在模具制造中的应用。型腔毛坯尺寸为235 ? 145 ? 75 mm, 材料使用 738型号模具钢材。工件六面平整, 并保持各面间的直角。根据加工工艺分析和规划的主要内容, 初步制定了表 1所示的工艺方案。表 1? 型腔加工工艺方案表工序号操作名称刀具工步内容余量步进切深主轴转速进给速度1ROUGH_1D20R5粗加工型腔轮廓365%0 .
12、81 4006002SE M I_FIN I SH_1D20R10半精加工型腔轮廓0. 565%0 . 51 4006003FIN IS H _1D20R0精加工分型面020%1 8007504FIN IS H _2D20R10精加工型腔轮廓031 8007505FIN IS H _3D6R3清根精加工00. 11 8007506FIN IS H _4D2R1精加工进气窗处肋板050%2 5008007FIN IS H _5D2R0清根030%2 500800? ? 注: 余量、 切深单位为 mm; 主轴转速单位为 r/m in ; 进给速度单位为 mm /min; 步进数值的单位为 mm,百
13、分比为刀具直径的百分比。? 在本例中采用了 7道工序进行加工, 主要分为以下三个阶段: # 粗加工阶段: 粗加工阶段的目的是快速去除多余的材料, 采用一般的型腔粗铣加工。由于型腔铣是分层切削, 会留下台阶状的残留材料。粗加工采用涂层硬质合金立铣刀 (刀具直径D = 20 mm, 底角半径 R1= 5 mm, 刀长 L = 100 mm,刃口长度 FL= 30 mm )。 半精加工阶段: 半精加工尽可能切除台阶状残留材料, 获得较为均匀的加工余量, 为后面的精加工做准备。型腔半精加工采用等高轮廓铣, 采用球头铣刀 (刀具球直径 D =20 mm, 刀长 L = 80 mm, 刃口长度 FL= 4
14、0 mm )。% 精加工阶段: 精加工需要切除模具型腔曲面加工余量, 采用固定轴轮廓铣。精加工分型面时用涂层硬质合金立铣刀 (D = 20 mm, R1= 0), 精加工型腔轮廓、 进气窗处肋板及清根精加工时均采用球头铣刀。2 . 2? 刀具路径的生成和仿真加工在完成了加工工艺方案制定以及相关参数设置后, 即可将设置结果提交 CAM系统进行刀轨的自动计算。为了明了直观, 每道工序的数控程序名与数控编程的操作名称相同。如图 5为计算得出的半精加工刀具路径, 图 6为对第 4道工序 (精加工型腔轮廓 )进行的数控加工模拟仿真。6522科? 学? 技? 术? 与? 工? 程9卷2 . 3? 后置处理
15、 在用 UG生成数控程序之后, 必须对数控程序 进行后处理, 才能满足不同机床、 不同控制系统的 特定要求。这是因为由 UG生成的刀轨文件只是通 用性文件, 而每台机床、 控制系统对程序格式和指 令都有不同的要求 5。最后, 将后处理之后的程序传入特定数控机床完成数控加工。如图 7所示为在 采用三轴铣床, FANUC 数控系统的情况下, 利用 UG /Post完成后处理的精加工程序。图 7? 后处理得到的精加工程序 (片段 )3? 结束语本文以 UG的 CAD/Mold W izard/CAM模块为平 台, 完成了吹风机外壳模具从设计到数控加工的全 过程。UG等 CAD /CAM /CAE一体
16、化软件在模具行 业中的应用, 从根本上改变了产品的开发和生产方 式。大大缩短了产品的开发周期, 降低了生产成 本, 强有力的推动了模具行业的向前发展。参? 考? 文? 献1? 模具设计与制造技术教育丛书编委会. 模具结构设计. 北京: 机械工业出版社, 20042? 王改性, 李朝光. UG NX 5 . 0中文版模具设计技术指导. 北京: 电子工业出版社, 20083? 张俊华, 王少妮. UG NX 5 . 0数控编程完全自学手册. 北京: 机械工业出版社, 20084? 杨? 浩. UG NX5 铣制造基础培训教程. 北京: 清华大学出版社, 20085? 杜智敏, 韩慧伶. UG NX5中文版数控编程实例精讲. 北京: 人民邮电出版社, 2008Design and NC M anufacturing of Plastic InjectionM old Based on UG SoftwareKONG Gang ,LI Shan( College ofM echanical and ElectricalEng ineering, Kunm in
