Pro/E在熱復(fù)合模設(shè)計(jì)與數(shù)控加工編程中的應(yīng)用

sunshine1026 · 發(fā)表于 2008-8-6 13:33:37

1 前言
模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),，在汽車,、機(jī)械,、電子,、航空航天等行業(yè)的50％以上產(chǎn)品依賴于模具的生產(chǎn),。模具作為工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備,，其設(shè)計(jì)周期、生產(chǎn)效率和質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品生產(chǎn)的進(jìn)度,、成本和質(zhì)量,。因此，提高模具和工裝的設(shè)計(jì)質(zhì)量和生產(chǎn)效率對(duì)于企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著直接重要的現(xiàn)實(shí)意義,。隨著橡膠,、塑料、玻璃鋼等非金屬及復(fù)合材料在工業(yè)產(chǎn)品中所占的比例越來越大,，提高非金屬?gòu)?fù)合材料產(chǎn)品的質(zhì)量和應(yīng)用范圍在很大程度上與模具的設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系,。
Pro/ENGINEER作為參數(shù)化CAD/CAM軟件系統(tǒng)的代表，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品零件組件從概念設(shè)計(jì)到制造全過程的設(shè)計(jì)制造一體化,，提供了以參數(shù)化特征實(shí)體造型為基礎(chǔ),、部件間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、共享數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)知識(shí)等技術(shù),，是集產(chǎn)品設(shè)計(jì),、分析和制造一體化的CAD/CAE/CAM軟件平臺(tái)。它使產(chǎn)品CAD/CAE/CAM各單元系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳遞與無(wú)縫轉(zhuǎn)換和集成,，在CAE,、CAM系統(tǒng)順利接受CAD系統(tǒng)建立的三維模型，基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上同步更新,。同時(shí),，它保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì),、產(chǎn)品及模具的數(shù)控加工的刀具軌跡及NC加工代碼數(shù)據(jù)自動(dòng)更新,，避免了重復(fù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)建模和NC數(shù)控編程的工作，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE/CAM數(shù)據(jù)的全相關(guān)性設(shè)計(jì),。
Pro/ENGINEER提供的基于專家系統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)功能和高效的數(shù)控編程功能,，其與產(chǎn)品和制造工藝全相關(guān)的模具設(shè)計(jì)方法克服了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)模式的缺點(diǎn)，通過模具檢測(cè)、自動(dòng)分模,、模擬開模和數(shù)控加工仿真的三維動(dòng)態(tài)顯示等設(shè)計(jì)制造與視頻技術(shù)結(jié)合等手段，使設(shè)計(jì)更加生動(dòng)活潑地展現(xiàn)在人們面前,。它極大地提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的效率,，保證產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度和質(zhì)量的同時(shí)解放了產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝人員的勞動(dòng)生產(chǎn)力。系統(tǒng)還提供各種數(shù)據(jù)接口,，如IGES,、STL、DXF,、STEP等,，使用戶可直接讀取UG、Catia等CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型,。
2 Pro/ENGINEER的模具設(shè)計(jì)方案
2.1 基于專家系統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)
利用Pro/ENGINEER軟件提供的強(qiáng)大的三維造型功能,，設(shè)計(jì)者可快速完成產(chǎn)品的創(chuàng)建與修改。利用Pro/MoldDesign,、Pro/Casting,、Pro/Die等基于專家系統(tǒng)模具設(shè)計(jì)功能可快速完成分模、模具型腔及型芯的自動(dòng)生成,，標(biāo)準(zhǔn)模架零部件和組件的調(diào)用等相關(guān)內(nèi)容,，最終完成注塑模、鑄造模,、沖壓模的設(shè)計(jì),。其模具設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)建立在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工藝流程相結(jié)合的基礎(chǔ)之上，如鑄造,、注塑成型中的澆口,、流道、凸凹模間隙設(shè)計(jì),、模具分型面的設(shè)計(jì),、零件厚度與拔模檢測(cè)等制造工藝經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了吸收和應(yīng)用。利用Pro/Plastic Advisor對(duì)模具的性能,、模具結(jié)構(gòu),、注塑件在成型過程中的溫度場(chǎng)的有限元傳熱分析和流道分析。 Pro/MoldDesign與Pro/Casting模塊在注塑鑄造成型模具設(shè)計(jì)過程中提供了以下系列功能,。
（1）分析設(shè)計(jì)零件是否可塑,，對(duì)問題區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)和修復(fù)。
（2）零件材料,、幾何模型和模具設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的收縮間隙設(shè)計(jì),。
（3）進(jìn)行模具凸凹模分型面的設(shè)計(jì)。
（4）模具凸凹模型芯型腔、澆口流道的設(shè)計(jì),。
（5）模具開模模擬及厚度,、拔模、干涉等檢測(cè),。
（6）標(biāo)準(zhǔn)模架零部件組件調(diào)用及脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),。
（7）模具的單型腔模和多型腔模設(shè)計(jì)。
（8）產(chǎn)品,、凸凹模型芯,、型腔的模具全相關(guān)性設(shè)計(jì)。
（9）注塑模擬流動(dòng),、傳熱及成型分析,。
2.2 模具設(shè)計(jì)流程
利用Pro/ENGINEER進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的流程如圖1所示。首先將設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品零件和依標(biāo)準(zhǔn)模架設(shè)計(jì)的模具毛坯零件進(jìn)行裝配,，設(shè)置好正確的拔模方向,，進(jìn)行拔模和厚度檢測(cè)，設(shè)定產(chǎn)品收縮率與凸凹模間隙,；然后,，進(jìn)行模具分型面的設(shè)計(jì)與凸凹模的分割，再進(jìn)行開模模擬和干涉檢測(cè),；待凸凹模抽取成功后進(jìn)行澆口流道及脫模機(jī)構(gòu),、標(biāo)準(zhǔn)模架及組件的裝配設(shè)計(jì)；最后,，將所有的設(shè)計(jì)成品轉(zhuǎn)入生產(chǎn)部門進(jìn)行零部件的選取與加工制造,。由此可知，它將企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì),、工藝設(shè)計(jì),、模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程集成在一起，提高了產(chǎn)品,、模具,、工藝設(shè)計(jì)及數(shù)控編程的效率。

圖1 模具設(shè)計(jì)工作流程

2.3 熱復(fù)合模設(shè)計(jì)實(shí)例
玻璃鋼產(chǎn)品的加工制造常用的有纏繞成型,、模壓成型,、層壓成型和拉擠成型等工藝手段。玻璃鋼熱復(fù)合模的模壓成型是根據(jù)熱固性玻璃鋼復(fù)合材料產(chǎn)品的成型特點(diǎn),，通過一定的配料和填料工藝,，在壓力機(jī)上經(jīng)一定溫度、壓力和時(shí)間的共同作用下加熱,、固化,、冷卻模壓成型的,。玻璃鋼熱復(fù)合模設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是其模具分型面的設(shè)計(jì)、凸凹模設(shè)計(jì)與注塑�,；蜩T造模相似,，但沒有澆口和流道，其脫模機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,，模具設(shè)計(jì)的主要部分集中在凸凹模型芯和型腔的設(shè)計(jì)上,。
傳統(tǒng)的熱復(fù)合模具設(shè)計(jì)方式是首先進(jìn)行工藝性分析、標(biāo)準(zhǔn)模架的選取,，然后進(jìn)行凸凹模、脫模機(jī)構(gòu)及相關(guān)部件的二維繪圖設(shè)計(jì),。這種模具設(shè)計(jì)手段效率低,，不易檢查設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，且模具設(shè)計(jì)質(zhì)量很大程度上依賴于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn),。當(dāng)二維繪圖完成后,，進(jìn)行數(shù)控加工編程時(shí)需要重新進(jìn)行三維造型。且當(dāng)試模完成后模具設(shè)計(jì)需要更改時(shí),，又要進(jìn)行二維繪圖,、三維造型和數(shù)控編程等大量重復(fù)的勞動(dòng)，尤其是在凸凹模的型芯型腔設(shè)計(jì)與后續(xù)數(shù)控加工編程時(shí),，繪圖和檢測(cè)的工作量極大,。利用Pro/ENGINEER 基于專家系統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)功能模塊，直接根據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行模具分型面設(shè)計(jì),、凸凹模設(shè)計(jì),、干涉檢測(cè)、開模模擬和模具裝配等,，將凸凹模設(shè)計(jì)一次完成,，避免了模具設(shè)計(jì)人員因經(jīng)驗(yàn)不足引起的錯(cuò)誤。同時(shí),，將模具設(shè)計(jì)完成后得到的凸凹模直接轉(zhuǎn)入后續(xù)NC加工模塊進(jìn)行數(shù)控加工編程,，且當(dāng)產(chǎn)品和模具需要修改時(shí)，凸凹模及數(shù)控加工的刀具軌跡隨著設(shè)計(jì)更改而全部自動(dòng)更新,，提高了模具設(shè)計(jì)和數(shù)控編程的效率和質(zhì)量,。整個(gè)設(shè)計(jì)過程都是在集成的環(huán)境下完成的。
圖2為利用Pro/MoldDesign模塊進(jìn)行某玻璃鋼產(chǎn)品及其模具的凸凹模設(shè)計(jì)實(shí)例,，圖中（b）為設(shè)計(jì)時(shí)的分型面及拔模方向,。整個(gè)凸凹模的設(shè)計(jì)完全根據(jù)產(chǎn)品模型進(jìn)行分模設(shè)計(jì)，開模同時(shí)將凸凹模一次設(shè)計(jì)完成,，較采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)大幅度提高了設(shè)計(jì)的效率,，縮短了模具設(shè)計(jì)制造周期。

圖2 熱復(fù)合模設(shè)計(jì)實(shí)例
(a) 產(chǎn)品圖 (b) 分型面 (c) 凹模 (d) 凸模

3  Pro/ENGINEER的數(shù)控加工編程
3.1  數(shù)控編程功能簡(jiǎn)介
在產(chǎn)品的數(shù)控加工編程方面，Pro/ENGINEER軟件提供了功能強(qiáng)大的數(shù)控編程模塊Pro/NC,。該CAM模塊和CAD 模塊集成在一起,，具有強(qiáng)大的數(shù)控加工編程、后置處理功能,。Pro/NC可分別對(duì)各種加工機(jī)床的各種加工方式進(jìn)行數(shù)控加工編程,，能產(chǎn)生生產(chǎn)過程規(guī)劃，提供參數(shù)化的刀位軌跡生成,，估計(jì)加工的時(shí)間,。它所具有的數(shù)控車削、銑削,、線切割加工編程功能,，支持車削中心、五軸銑削中心和四軸線切割數(shù)控加工編程功能,，具備完整關(guān)聯(lián)性,，對(duì)任何設(shè)計(jì)更改，能自動(dòng)生成加工程序和資料,。
利用Pro/NC生成的刀具軌跡文件稱為CL Data（Cutter Location Data）,，通過Nc Check進(jìn)行仿真加工檢測(cè)切削狀況，提供的Vericut模擬功能可以模擬材料的去除過程,，使用戶對(duì)切削過程進(jìn)行快速校驗(yàn)和刀具軌跡地優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo),，以預(yù)測(cè)誤差和干涉過切。產(chǎn)生的CL刀位文件經(jīng)Ncpost或Gpost后置處理產(chǎn)生NC代碼,。其提供的后置處理程序能滿足如Fanuc,、 Heidenhain、Simenses,、 Mitsubishi,、 Mazak、Agie和Charmilles等數(shù)控系統(tǒng),。用戶可以通過修改Option File文件（機(jī)床配置文件）和FIL File文件（數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)接口文件）,，產(chǎn)生適合自有數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的后置處理程序。
3.2  數(shù)控編程流程
數(shù)控編程是指根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求,、幾何形狀,、尺寸及工藝要求來確定加工方法、加工路線和工藝參數(shù),、切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)速,、刀具進(jìn)給量、切削深度等）及輔助功能（主軸正反轉(zhuǎn),、冷卻液開關(guān)等）的設(shè)置,，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算獲得實(shí)際加工時(shí)的刀具軌跡,，然后按數(shù)控機(jī)床所采用的代碼及程序格式，輸出工件的數(shù)控加工程序的過程,。
數(shù)控加工編程的功能模塊一般包括圖形幾何造型,、刀具軌跡設(shè)計(jì)、刀具軌跡編輯,、加工仿真,、后置處理和全數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)修改等功能模塊。利用Pro/NC進(jìn)行數(shù)控程序的編制流程與實(shí)際加工的邏輯思維是相似的,，圖3為利用Pro/ENGINEER進(jìn)行數(shù)控編程的流程圖,。

圖3 Pro/NC數(shù)控編程流程圖

利用Pro/NC模塊進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，要求制造工程師遵循一定的邏輯步聚來設(shè)計(jì)加工所需的刀具軌跡,。其過程是：首先設(shè)計(jì)加工所需的制造模型（產(chǎn)品與毛坯）,；然后建立包含加工機(jī)床、刀具,、夾具,、加工坐標(biāo)系等方面內(nèi)容的制造工程數(shù)據(jù)庫(kù)（加工環(huán)境設(shè)置）,，其定義可在刀具軌跡設(shè)計(jì)規(guī)劃之前完成,，也可在進(jìn)行刀具軌跡設(shè)計(jì)的同時(shí)進(jìn)行設(shè)置；接下來選擇被加工的幾何對(duì)象（點(diǎn),、輪廓,、曲面或?qū)嶓w）和加工方式，如體積銑削,、曲面銑削等,，根據(jù)具體的加工方式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),，系統(tǒng)根據(jù)加工對(duì)象和加工方式及切削工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算生成需要的刀具軌跡，這里為了提高刀具軌跡的設(shè)計(jì)質(zhì)量,，通過仿真加工Vericut功能檢測(cè)刀位軌跡不合理之處 ,；最后，通過后處理程序?qū)L Data文件經(jīng)Gpost或Ncpost后置處理生成相應(yīng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)NC加工程序代碼,。
3.3 數(shù)控編程實(shí)例
利用Pro/ENGINEER進(jìn)行產(chǎn)品及模具的數(shù)控編程與仿真加工,，當(dāng)產(chǎn)品模型更改時(shí)，所設(shè)計(jì)的凸凹模型芯型腔和數(shù)控加工程序數(shù)據(jù),，刀具軌跡和NC代碼都隨之更新,。做到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造數(shù)據(jù)的全相關(guān)，使設(shè)計(jì)制造一體化,。圖4為上述玻璃鋼熱復(fù)合模凸模產(chǎn)品數(shù)控加工的刀具軌跡圖,。用戶可以根據(jù)加工的需要對(duì)數(shù)控編程過程樹和工藝參數(shù)表的內(nèi)容進(jìn)行編輯修改,，生成高效優(yōu)質(zhì)的數(shù)控程序。

a) b) c)
圖4 數(shù)控編程實(shí)例
a)編程流程樹 b)凸模刀具軌跡 c)工藝參數(shù)樹

4 小結(jié)
本文以玻璃鋼熱復(fù)合模的模具設(shè)計(jì)和數(shù)控編程的應(yīng)用為例,，講述了在Pro/ENGINEER軟件平臺(tái)上,，利用系統(tǒng)的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)特征造型設(shè)計(jì)和共享數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、基于專家系統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和數(shù)控加工編程等技術(shù),，系統(tǒng)介紹了模具設(shè)計(jì)與數(shù)控編程的流程,，在克服2D模具設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)的同時(shí)提高了模具設(shè)計(jì)開發(fā)的成功經(jīng)驗(yàn)和成功率。在NC加工編程環(huán)境下,，對(duì)抽出的凸凹模模型直接進(jìn)行數(shù)控編程,，大大減少了編程時(shí)的建模工作量，提高設(shè)計(jì)資源的可重復(fù)利用率,，減少了設(shè)計(jì)與數(shù)控編程中的錯(cuò)誤率,，真正意義上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的全相關(guān)性設(shè)計(jì)與制造一體化。
在實(shí)際應(yīng)用中,，可擴(kuò)展到以空間型面定位的專用工裝夾具的設(shè)計(jì)與數(shù)控編程,，可以快速高效地進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)與數(shù)控編程加工，為提高Pro/ENGINEER的軟件應(yīng)用水平和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍提供了借鑒作用,。CAD/CAM一體化是解決產(chǎn)品設(shè)計(jì),、數(shù)控加工編程高效率高質(zhì)量的主要途徑之一，也是當(dāng)今機(jī)械工程應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展方向,，CAD/CAM一體化的實(shí)現(xiàn)對(duì)于提高制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力和經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義,。

		自動(dòng)登錄	找回密碼
密碼			注冊(cè)會(huì)員