基于Pro_E的注塑模具设计与数控加工研究
基于 ProPE 的注塑模具设计与数控加工研究
张悦刊 , 钟佩思 , 赵国强 , 黄雪涛
(山东科技大学 机械电子工程学院 , 山东 青岛 266510)
摘 要 : 介绍了利用 ProPE Wildfire 软件对注塑模具设计及数控加工编程的方法。通过一个具
体实例 ,阐述了如何利用 ProPE Wildfire 软件的参数化实体建模技术实现模具设计和数控加工编程。
研究结果对注塑模具设计与数控加工具有一定的参考价值。
关键词 : ProPE; 塑料模具设计 ; 数控加工编程
中图分类号 : TP27 文献标志码 : A 文章编号 :100320794(2007) 0220075203
Research on Plastic Mold Design and NC Manufacturing Based on ProPE
ZHANG Yue - kan , ZHONG Pei - si , ZHAO Guo - qiang , HUANG Xue - tao
(College of Mechanical and Electrical Engineering , Shandong University of Science and Technology , Qingdao 266510 , China)
Abstract :The method of design and NC manufacturing program of plastic mold in ProPE software is introduced.
A concrete example is provided. Uses the parametric modeling technology of ProPE software. The Plastic mold
designing and NC manufacturing program are realized. The research results have reference value to the design
and NC manufacturing program of plastic mold.
Key words :ProPE; plastic mold design ; NC manufacturing program
0 前言
ProPENGINEER Wildfire 是美国 PTC 公司推出的
一套功能强大的三维 CADPCAM 一体化、集成化软
件 ,它涵盖了产品从概念设计到制造的全过程 ,它具
有基于特征、全参数、全数据相关的特点。作为参数
化 CADPCAM 领域的一面旗帜 ,它使产品 CAD、CAE、
CAM 这些独立的分散系统之间实现了信息自动传
递和交换。ProPE 利用数据传递和转换技术实现
CAD 与 CAPP、CAM 的集成。其基本工作步骤如下 :
(1) CAD 设计产品结构 ,为 CAPP、CAM 过程做数据
准备 ; (2) CAPP 系统读入数据 ,生成零件工艺 ; (3)
CAM 系统读入工艺文件 ,生成数控加工程序。ProPE
的全数据相关特点使得 CAM 和 CAD 系统基于同一
数据库基础上同步更新。同时 ,它保证产品设计、模
具设计、模具的数控加工刀具轨迹及 NC 加工代码
数据自动更新 ,这样在模具设计开发过程中进行修
改就不会有任何损失 ,避免了由于设计修改而造成
产品重新建模和 NC 数控编程的工作 ,实现了 CADP
CAEPCAM 数据的全相关性设计 ,为并行工程的实施
奠定了软件基础。
1 ProPE Wildfire 模具设计流程
(1) 模具设计流程
利用 ProPE Wildfire 软件进行模具设计的流程如
图 1 所示 :首先设计产品零件模型 ,加入到模具模型
里面 ,此时设计模型被参考模型取代 ,将参考模型与
模具毛坯模型进行装配 ,从而形成模具模型 ,然后设
置产品收缩率 ;利用特征设计浇注系统的主流道、分
流道和浇口 ,设计分模面与凸凹模的分割 ,完成模具
组件的生成 ,进行试模 ,建立注塑件 ,再进行模具开
模和检测 ,最后模拟开模和干涉检查。模具设计好
后 ,转入数控加工制造。从而实现模具设计和数控
加工的集成。
图 1 模具设计流程图
(2) 模具专家系统
模具专家系统 EMX( Expert Moldbase Extension)
是 ProPE Wildfire 系统的外挂程序之一 ,专门用来建
立标准模座零件及滑斜销等其他附件 , 此外 , 在
EMX系统中还能自动产生二维工程图及材料明细
表。利用 ProPMoldDesign、ProPCasting 基于专家系统
模具设计功能可以大大提高模具型腔、型芯等的设
计效率 ,完善开模功能 ,方便对模具设计过程的修改
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第 28 卷第 2 期
2007 年 2 月 煤 矿 机 械
Coal Mine Machinery Vol128No12
Feb. 2007
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以及自动化配置 ,最终完成注塑模的设计。
2 ProPENGINEER 的数控加工编程
(1) 数控编程技术
数控编成是从零件图样开始到获得合格的数控
加工程序载体为止的全过程 ,其主要内容包括分析
零件图样、确定加工零件的工艺过程、确定刀具运动
轨迹、设置工艺参数和辅助操作等信息 ,编写零件加
工程序、通过输入装置将其输入数控系统中 ,并进行
程序检验及首件试切 ,合格后驱动数控机床进行自
动加工。ProPENGINEER 软件提供了功能强大的数
控编程模块 ProPNC。其制造模块具有钻孔、车削、铣
削等加工编程能力和通用、专用后处理功能。ProP
NC 具备完整关联性 ,对任何设计更改 ,能自动生成
加工程序和相关信息。ProPNC 能生成驱动数控机
床加工零件所需的数据和信息。它所提供的工具能
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。
(2) ProPNC 计算机辅助编程流程
目前制造业中正广泛应用的是 CADPCAM 自动
编程 ,即计算机辅助编程。这种 CADPCAM 高度结
合的自动编程系统是当今最先进的数控加工编程方
法 ,它以人机图形交互方式完成从零件几何形状数
字化、生成加工轨迹与加工仿真到数控程序生成全
过程。
图 2 为 ProPNC 的数控编程流程图 :首先建立加
工模型 ,根据被加工零件的技术要求、几何形状、尺
寸及工艺要求将实际运行加工程序的各项环境参数
及操作参数存放在 ProPNC 数据库中 ,然后确定加工
路线和工艺参数、切削参数及辅助功能 ,设置加工刀
具的路径参数 ,ProPNC 会获得实际加工时的刀具路
径 ,然后按数控机床所采用的代码驱动数控机床进
行加工。
图 2 ProPNC 操作流程
3 注塑模设计及编程加工实例
(1) 注塑模设计
模具方案设计直接关系到塑料制件的质量、成
本。传统的注塑模具设计过程中 ,模具设计工程师
得到产品二维零件图纸后 ,首先进行工艺分析 ,然后
在头脑中构思出模具三维结构 ,对模具型腔等进行
二维图纸的绘制 ,各部位的尺寸及注塑工艺参数都
是凭设计人员的经验来确定的 ,尤其是浇注系统、冷
却系统、收缩率等尚没有适合工程设计的一套合理
的计算公式和参数选取方法 ,这种仅凭经验设计模
具的传统方法难免使注塑件出现各种各样的缺陷 ,
而这种缺陷只有通过模具完成后的实际注塑过程才
能检测到 ,从而造成了模具完成后反复修改、补救 ,
严重时还使得整套模具报废 ,增加了模具成本及设
计周期。利用 ProPMoldDesign 模具设计功能模块 ,直
接根据产品进行模具分型面设计、凸凹模设计、并可
以动态仿真注塑过程 ,进行开模动作仿真和干涉检
测等 ,避免了模具设计人员因经验不足引起的错误。
同时 ,模具设计完成后转入后续 NC 加工模块进行
数控加工编程 ,且当产品和模具需要修改时 ,ProPE
Wildfire 软件集成化的特点使模具及数控加工的刀
具轨迹随着设计更改而自动更改 ,大大提高了模具
设计和数控编程的效率和质量。
本文以塑料按钮为例 ,来说明注塑模具设计过
程。塑料按钮成型是根据塑料产品的成型特点 ,通
过一定的配料和填料工艺 ,在注塑机上经合适的温
度、压力和时间的共同作用下加热、固化、冷却成型
的。塑料按钮模具设计主要包括模具分型面的设
计、凸凹模设计 ,关键是上、下模型芯和型腔分模面
的设计。图 3 为利用 ProPMold Design 模块进行塑料
按钮及其模具的设计实例。图中 3 (a) 为产品零件
图 ; (b) 、(c) 为上、下模 ; (d) 、(e) 、(f) 为开模仿真结
果及注塑过程形成的最终产品仿真结果。上、下模
的分模设计完全是根据产品模型进行的 ,开模同时
将上下模一次设计完成 ,较传统的二维设计大大提
高了设计效率与质量。
图 3 按钮塑料模具设计实例
(2) 注塑模数控加工
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传统手工设计时 ,编程人员根据加工工艺要求 ,
构思模具三维空间 ,然后手工编写代码 ,基于这种手
工方法很容易出现错误 ,且费时费力 ,效率低下。利
用 ProPNC 进行产品及模具的数控编程与仿真加工 ,
编程人员可以直接得到刀具轨迹源文件 ,经后置处
理生成加工代码。当产品模型改变时 ,由于 ProPE
的产品设计与制造数据全相关 ,使模具及数控加工
程序都自动更改。实现了设计制造一体化功能。图
4 为编程树图 ;图 5 为加工工艺参数设置图 ;图 6 为
仿真刀具运动轨迹 ;图 7 为自动生成的程序代码。
用户可以根据具体要求修改数控编程树和加工工艺
参数表 ,之后再进行仿真加工 ,直到获得满意的结
果。最后经过后处理生成完整的加工程序代码。
图 4 编程流程树
图 5 工艺参数
4 结语
本文以按钮塑料模具设计和数控编程为例 ,介
绍了在 ProPE Wildfire 软件平台上 ,利用参数化驱动
图 6 刀具运动轨迹仿真
图 7 自动生成的数控程序
特征造型设计和数控加工编程等技术 ,重点介绍了
模具设计与数控编程的流程。利用 CADPCAM、基于
ProPE Wildfire 软件的模具设计制造方法与传统的方
法比较 ,克服了二维模具设计不足的同时还具有设
计制造效率高、设计精度高、设计和加工成本低 ,设
计周期短等诸多优点 ,大大提高了模具设计开发的
一次成功率。真正意义上实现了产品的全相关性设
计与制造一体化。
参考文献 :
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北京 :清华大学出版社 ,2003.
[2]肖爱民 ,王芸 ,等. ProPE Wildfire 模具设计[M]. 北京 :兵器工业出
版社、北京希望电子出版社 ,2005.
[3]郑堤. 数控机床与编程[M]. 北京 :机械工业出版社 ,2005.
[4]初利宝 ,陆劲昆. ProPE Wildfire 模具设计[M]. 北京 :北京大学出
版社 ,2003.
作者简介 : 张悦刊(1970 - ) ,河北辛集人 ,工程师 ,硕士研究生 ,
主要研究方向 :CADPCAM 及注塑模具设计 ,电话 : 0532 - 86057655 ,
电子信箱 : zhangyk2007 @163. com.
收稿日期 :2006209220
兴隆庄矿提高提升系统能力有途径
兖州矿业(集团) 公司兴隆庄煤矿主井安装 2 台瑞典摩擦式双箕斗提升机 ,原设计提升能力 4 MtPa ,现产原煤达 7 MtPa。为此 ,对装载系统
和提升机系统、主要部件、电控系统进行了改造 ,达到了预期的目标。
提高提升系统能力的技术途径通常有以下几条 : ①延长提升机每天的工作时间。该矿提升时间定为 21 h ,只留出 3 h 的检修时间 ,不能再
延长工作时间。②通过提高提升速度和减少休止时间来减小提升周期也能够提高提升能力 ,但从提高设备效率与降低运转费用的观点考虑 ,
不应过度增大提升速度 ,决定通过对装卸系统进行改造来缩短休止时间。③增大一次提升容量 ,但需要对提升箕斗改造 ,更换高摩擦系数的衬
垫 ,还要验证提升系统是否满足强度和防滑要求。装载设备的关键问题是装载时间过长 ,为此定量仓的称重装置不动 ,对其下部分配闸门装载
溜嘴进行改造 ,提升周期由 84 s 减少到 78 s。为适应提升 14 t 箕斗的需要 ,对装载站给煤机和带式输送机进行改造 ,输送带速度由 2. 5 m/ s 提
高到为 3. 0 m/ s。 李剑峰 供稿
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