CATIA注塑模具设计与数控铣削编程技术nvf.docx

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1、CATIIA注塑塑模具设设计与数数控铣削削编程技技术三江集团团红阳机机械厂 王华侨侨 赵华华萍模具CAAD/CCAE/CAMM集成技技术是一一项重要要的模具具先进制制造技术术,是一一项用高高技术改改造模具具制造技技术的重重要关键键之一。CCATIIA是由由法国DDasssaulltSyysteems公公司开发发的CAAD/CCAM/CAEE/PDDM应用用系统，已已广泛应应用于航航空航天天、汽车车制造、造造船、机机械制造造、电子子电器、消消费品等等行业，它它的集成成解决方方案覆盖盖几乎所所有的产产品设计计与制造造领域。本本文以实实例的形形式介绍绍了CAATIAA在注塑塑模具产产品设计计、基于于

2、专家系系统的模模具设计计及其数数控加工工编程过过程中涉涉及的一一些关键键技术及及其应用用。一、CCATIIA产品品与模具具设计11. CCATIIA模具具设计制制造工艺艺流程CCATIIA在塑塑料模具具设计和和分析阶阶段充分分应用了了参数化化特征造造型技术术和数据据库技术术。塑料料模具中中的标准准件，如如标准模模架、顶顶出机构构、浇注注系统、冷冷却系统统等都采采用基于于数据库库管理的的参数化化特征造造型设计计方法进进行设计计或建立立标准件件库，以以实现数数据共享享，同时时满足用用户对设设计的随随时修改改，使模模具的设设计分析析快速、准准确、高高效。参参数化特特征造型型不仅可可以完整整地描述述产

3、品的的几何图图形信息息，而且且可以获获得产品品的精度度、材料料及装配配等信息息，其所所建立的的产品模模型是一一种易于于处理、能能反映设设计意图图和加工工特征的的模型。模具的CAD设计分析，包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑料填充过程分析等几个方面。利用CATIA可很容易地确定分型面，生成上下模腔和模芯，进行流道、浇口以及冷却道的布置等。确定了这些设计数据以后，再利用MOLDFLOW、CFLOW等进行塑料的成形过程分析，动态仿真分析塑料在注塑模腔内的注射过程流动情况(含多浇口注射时的塑料汇流纹分析)、分析温度压力变化情况、分析注塑件残余应力等，根据分析情

4、况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。比如，是否存在浇注系统不合理，而出现流道和浇口位置尺寸不当，无法平衡充满型腔的情况；是否存在产品结构不合理或模具结构不合理，而出现产品充不满（短射）现象；是否有冷却不均匀，而影响生产效率和产品质量；是否存在注塑工艺不妥而出现产品的翘曲变形等。通过CATIA就可以将错误消除在模具设计阶段，提高一次试模成功率。CATIA注塑模具设计制造工作流程如图1所示。首先根据设计产品进行拔模分析与分型面设计，采用模具设计专家系统建立工程、加载产品、创建调用模架，然后设计导向系统、浇注系统、顶出机构、流道与冷却等辅助部分，进行分模模拟，输出Bom表等

5、。图1 注注塑模具具设计制制造流程程2. CCATIIA产品品设计与与分模设设计从概概念设计计到详细细设计，再再到工程程图生成成，CAATIAAV5的的CADD部分可可以加快快产品开开发的速速度。CCATIIA的CCAD部部分包含含了草图图设计、零零件设计计、装配配设计、焊焊接设计计、模具具设计、结结构设计计、凸凹凹模设计计、钣金金设计、复复合材料料设计、创创成式自自由曲面面设计和和工业外外观设计计等模块块。图22为在CCATIIA环境境下设计计的手机机产品模模型、拔拔模分析析与分模模面设计计示意图图。图2 CCATIIA产品品设计与与分模设设计3. CCATIIA模具具设计模模具设计计（Mo

6、ouldd ToooliingDDesiign）是是一个管管理模具具定义的的模块。它它可与CCATIIAV55的设计计、仿真真和制造造等模块块协同工工作，支支持包括括凸凹模模固定板板定义、组组件实例例化、注注射和冷冷却特征征定义等等模具设设计的所所有工作作。模具具设计模模块允许许快速、经经济地创创建注塑塑模具，可可以使用用下面的的标准目目录库：DMEE、DMME-AAMERRICAA、EOOC、FFUTAABA、HHASCCO、MMISUUMI、NNATIIONAAL、RRABOOURDDIN、SSTRAACK等等。CAATIAA能让注注塑模具具设计人人员创建建、修改改和分析析模具构构件，并并

7、在模具具设计变变化时，快快速更新新它们。CCATIIA为模模具设计计人员提提供了一一个发挥挥创造性性的方便便快捷的的集成环环境，其其基于专专家系统统的模具具设计功功能组件件主要包包括以下下几个部部分。(1)模模架组件件（Moold Basse）标标准模架架包括定定模板（CClammpinng PPlatte）、上上支承板板（UppperrBarr）、凹凹模型腔腔垫板（CCaviity Suppporrt PPlatte）、凸凸模型芯芯垫板（CCoree Suuppoort Plaate）、支支承垫板板（RiiserrBarr）、顶顶杆垫板板（Ejjecttionn Pllatee）和动动模底座

8、座（SeettiingPPlatte）等等不同系系列的标标准部件件，用户户只需对对这些设设计好的的标准件件进行细细节设计计，即可可完成产产品完整整的注塑塑模具设设计工作作，这大大大降低低了模具具设计人人员的工工作量，提提高了注注塑模具具的设计计效率和和质量。图图3是该该手机模模架的加加载界面面与加载载完成后后的示意意图。(2)脱脱模组件件（Ejjecttionn Coompoonennt）该该组件提提供了包包括顶杆杆等标准准脱模件件的设计计与定位位。(33)固定定组件（FFixeed CCompponeent）通过该组件可添加如螺钉、螺杆、螺母等连接件和紧固件的设计。(4)导向组件（Guide

9、 Component）用于导柱、导套等导向元部件的设计加载功能。图3 CCATIIA模架架加载调调用(5)浇浇注组件件（Innjecctioon CCompponeent）用于设计浇注口、分流道、冷却道等功能设计。图4 CCATIIA凸凹凹模设计计(6)定定位组件件（Loocattingg Coompoonennt）它它主要完完成添加加定位销销、衬套套等定位位组件的的功能。(7)其他组件（Miscellaneous Component）它提供用户自定义部件，如螺柱、弹簧的设计功能。(8)明细表（BomReport）对设计完成后的模具元、部组件进行汇总输出，同时可以网页的形式进行输出。图4和图5

10、分别为手机模具设计完成后的凸凹模以及模具零部件的BOM汇总结果。图5 CCATIIA模具具设计报报表三、CAATIAA模具数数控铣削削加工编编程注塑塑模具的的CAMM技术主主要应用用在数控控铣削加加工、线线切割加加工、电电火花加加工等方方面。CCAM数数控加工工技术尤尤其是在在复杂模模具的型型腔、型型芯及电电极的铣铣削加工工中起着着更加重重要的作作用。数数控编程程的主要要工作，包包括粗精精加工刀刀具轨迹迹的优化化规划、NNC指令令的产生生、刀具具种类特特性和材材料库的的建立、切切削加工工工艺参参数的确确定、普普通切削削和高速速切削加加工特性性控制、过过切检查查与加工工表面的的精度控控制、加加工

11、过程程的实体体仿真切切削、数数据传输输DNCC技术等等方面的的内容。CCATIIA数控控编程有有产品三三维建模模、刀具具轨迹设设计、刀刀具轨迹迹编辑修修改、加加工仿真真、后置置处理、二二次开发发功能接接口和数数据文件件传输交交换等几几个重要要组成部部分。在在CAMM技术的的应用中中特别要要求CAAD三维维产品模模型数据据的正确确性。在在编制多多曲面对对象的数数控铣削削程序时时，对曲曲面模型型有较高高的要求求，如相相邻曲面面的U、VV方向的的一致性性、曲面面与曲面面的高精精度拟合合、曲面面斜率连连续变化化等。CCATIIA利用用了参数数化特征征造型设设计和统统一的数数据库技技术，使使得产品品模型

12、数数据、模模具的型型腔型芯芯数据、刀刀具轨迹迹数据基基于统一一的模型型，刀具具轨迹与与产品模模型的修修改更新新自动关关联。模模具数控控加工实实体仿真真能直观观反映加加工后零零件的结结果，可可检查出出加工过过程中的的过切、干干涉等错错误，把把错误消消除在加加工工艺艺编程设设计阶段段，从而而减少加加工后的的修补和和返工，大大大提高高模具的的制造效效率和质质量。CCATIIA系统统提供的的混合建建模方案案和高质质量的数数控编程程功能可可保证高高模具的的设计与与数控编编程等一一次成功功。1. CAATIAA数控编编程的基基本流程程CATTIA用用于产品品零件的的数控加加工，其其流程一一般如图图6所示示

13、。首先先是调用用产品零零件、加加载毛坯坯、定义义刀具，然然后选择择加工策策略、定定义工序序、加工工的对象象来生成成相应的的加工程程式。用用户依据据加工程程式的内内容来确确立刀具具轨迹的的生成方方式，如如加工对对象的具具体内容容、刀具具的导动动方式、切切削步距距、主轴轴转速、进进给量、切切削角度度、进退退刀点、干干涉面及及安全平平面等详详细内容容，生成成刀具轨轨迹，待待所有的的刀具轨轨迹设计计合格后后，进行行后处理理生成相相应数控控系统的的加工代代码，并并完成行行DNCC传输与与数控加加工。CCATIIA的数数控编程程操作简简单，在在整个刀刀具轨迹迹设计规规划过程程中，可可任意修修改加工工对象和

14、和切削参参数等内内容。值值得注意意的是，由由于其相相关性，在在进行刀刀具轨迹迹流程设设计时，对对于加工工对象的的定义，最最好有一一个总体体的规划划。可对对刀具轨轨迹和加加工程式式进行拷拷贝、粘粘贴、删删除和隐隐藏等，还还可以对对具体的的刀具轨轨迹方案案进行编编辑和修修改，如如下刀、转转角速度度的调整整等。系系统数控控加工编编程模块块提供了了诸如在在图形方方式下观观测刀具具沿轨迹迹运动的的情况、进进行图形形化修改改等功能能，可进进行刀位位文件复复制、编编辑、修修改，刀刀具定义义，建立立床和切切削参数数数据库库等。后后处理程程序可选选用InntellliggenttMannufaactuurinn

15、g SSofttwarre IInc的的IMSSPosst和IICAMM TeechnnoloogieesCoorpoorattionn的ICCAMPPostt等两种种后处理理方式，生生成数控控机床可可识别加加工的程程序代码码文件。图6 CCATIIA数控控编程流流程图2. CCATIIA刀具具轨迹策策略与后后处理CCATIIA系统统提供了了钻孔、攻攻丝和镗镗孔循环环等点位位加工编编程方式式，具有有多种轮轮廓加工工、等高高环切、行行切以及及岛屿加加工平面面铣削等等编程功功能。其其提供的的355坐标复复杂曲面面多轴联联动加工工编程功功能，具具有基于于残留毛毛坯、曲曲面轮廓廓、等高高分层、环环绕等

16、距距、曲面面流线、角角落清根根、旋转转四轴、五五轴底刃刃侧刃、五五轴曲线线等多种种刀具轨轨迹控制制方式。对对于相应应的等高高分层、曲曲面粗精精加工都都具备高高速铣削削的编程程模式。下下面介绍绍其刀具具轨迹的的主要加加工策略略。(11)二维维点位和和轮廓、挖挖槽、平平面等多多种加工工功能系系统在这这方面提提供了诸诸如平行行铣削、环环绕、等等高、深深孔钻削削功能，主主要用于于对开口口或封闭闭的轮廓廓侧面进进行精加加工。常常用的二二维挖槽槽加工及及其高速速铣削编编程加工工的刀具具轨迹，如如图7所所示。a)内槽槽环绕铣铣削b)曲面面平行铣铣削c)高速速环绕铣铣削图77 铣削削刀具轨轨迹策略略示意图图a

17、)等距距环绕铣铣削b)根部部清根c)仿真真模拟图图8 薄薄壁零件件铣削加加工示意意图(2)对对空间曲曲面的粗粗精加工工刀具轨轨迹形式式可以曲曲面流线线、平行行、等高高分层、环环绕螺旋旋、放射射状等形形式进行行曲面加加工，主主要包括括曲面扫扫描粗加加工（SSweeepRooughhingg）、等等高分层层粗加工工（Rooughhingg）、曲曲面精加加工（SSweeepinng）、轮轮廓驱动动（CoontoourDDrivven）曲曲面粗精精铣削、33D模式式空间曲曲面螺旋旋铣削（SSpirralMMilllingg）等。同同时具备备对曲面面之间的的相交区区域或角角落部位位进行一一次或多多次笔式

18、式清根加加工（PPenccil）编编程功能能。对于于空间曲曲线，可可完成33D曲线线轮廓（CCurvveFoolloowinng）、三三维轮廓廓（Prrofiile Conntouurinng）等等加工策策略，可可进行335轴轴曲线加加工。其其三维空空间曲面面铣削刀刀具轨迹迹的控制制方式灵灵活多样样，因而而轨迹可可以根据据需要来来调整。图图8所示示的是某某薄壁结结构产品品零件，其其加工特特征为一一空间曲曲面，且且包含众众多不同同平面的的岛屿，这这里利用用CATTIA系系统的数数控铣削削加工编编程功能能对其编编制了高高速环绕绕加工与与角落清清根的铣铣削加工工程序，并并进了加加工仿真真。(33)5

19、轴轴铣削这这里包括括变轴扫扫描（MMultti AAxiss Swweeppingg）、轮轮廓变轴轴驱动（MMultti AAxiss CoontoourDDrivven）、曲曲线5轴轴驱动（MMultti AAxiss Cuurvee Maachiing）、55轴侧刃刃轮廓铣铣削（MMultti AAxiss FllankkConntouurinng）等等多种加加工轨迹迹策略。系系统提供供的5轴轴加工的的关键刀刀具轴矢矢量控制制方式，包包括点、直直线、空空间曲线线、三维维轮廓、曲曲面法向向和曲面面法向前前后、左左右倾斜斜等方式式。如图图9、图图10所所示的分分别是常常用五轴轴加工刀刀具轴矢矢

20、量控制制方式及及其轨迹迹示意图图。a)指向向点b)直线线c)曲线线d)曲面面法向e)刀具具轴示意意图9 五轴刀刀具轴矢矢量控制制3. CCATIIA模具具数控铣铣削编程程实例利利用CAATIAA系统的的上述数数控铣削削加工编编程功能能，用户户可以很很方便地地进行模模具凸凹凹模零件件的数控控铣削成成型的编编制工作作。图111所示示的就是是用CAATIAA生成的的手机凹凹模零件件的半精精铣和清清根加工工的刀具具轨迹及及其仿真真加工示示意图。a)曲面面法向五五轴b)五轴轴底刃铣铣削c)五轴轴侧刃铣铣削图110 常常用五轴轴加工示示意图a)凹模模半精铣铣b)区域域清根c)仿真真模拟图图11 模具刀刀具

21、轨迹迹与仿真真示意图图四、结束束语CAATIAA作为基基于自由由曲面造造型与参参数化特特征造型型，集产产品设计计、分析析、制造造与数据据管理于于一体的的CADD/CAAM/CCAE软软件平台台的代表表，功能能十分强强大，尤尤其是其其强大的的模具制制造模块块将在模模具制造造中发挥挥巨大的的作用。CCATIIA的著著名用户户包括波波音、克克莱斯勒勒、宝马马、奔驰驰等一大大批知名名企业，在在大型波波音7447飞机机、火箭箭发动机机、小型型的化妆妆品的包包装盒等等的制造造中都可可看到CCATIIA的身身影。CCATIIA在中中国也得得到了广广泛的应应用，如如一汽集集团、一一汽大众众、沈阳阳金杯、上上海大众众、北京京吉普、武武汉神龙龙等在内内的许多多汽车公公司，都都选用了了CATTIA作作为开发发新车型型的核心心设计软软件。本本文只是是挂一漏漏万地对对其卓越越的功能能进行了了介绍，希希望能对对想了解解CATTIA的的读者有有所帮助助。