10-基于ProEngineer与MasterCAM的模具CADCAM

基于Pro/Engineer与MasterCAM的模具CAD/CAM门超,张宝树（承德石油高等专科学校，河北承德067000）摘要：Pro/Engineer是著名的模具设计软件,而MasterCAM是流行的数控加工软件.先采用Pro/Engineer进行模具设计，后用MasterCAM进行模具加工已成为国内外流行的模具CAD/CAM方式。通过手机盖模具设计和加工实例，阐述了使用这两种软件进行模具设计与加工的方法和流程。关键词:Pro/Engineer;MasterCAM;CAD/CAM;模具；数控加工中图分类号:TP391文件标识码：AMouldsCAD/CAMBasedonPro/ENGINEERandMasterCAMMenChao,ZhangBaoshu(ChengdePetroleumCollege,Chengde067000,Hebei,China)Abstract:Pro/Engineerisafamoussoftwareofmouldsdesign,MasterCAMisapopu-larsoftwareofNCmachining.AdoptPro/Engineertodesignmouldsfirst,ThenuseMas-terCAtomanufacturemoulds,WhichbecomingpopularwayhomeandabroadofmouldsCAD/CAM.Theexampleofdesigningandmanufactureingcellphonecovermould,ExpoundthemethodandtechnologicalprocessofNCmachiningbyusingthistwokindsofsoftw-ares.Keywords:Pro/Engineer;MasterCAM;CAD/CAM;Mould;NCmachining随着计算机技术的不断发展，模具数字化设计与制造技术逐渐普及，国际出现了多种CAD/CAM软件，且各具特色。Pro/Engineer(简称Pro/E）是美国参数技术公司（PTC)推出的新一代基于特征、具有全相关数据库的CAD/CAM参数化软件，利用它可以进行零件设计、模具设计、分析计算、动态模拟仿真等。造型能力强，兼容性好，因而在模具行业中应用非常广泛。MasterCAM软件是由美国CNCSoftware公司推出的一种基于PC机平台的CAD/CAM软件，由于其卓越的加工功能，在世界上拥有众多的忠实用户，被广泛应用于机械、航空、模具等领域。然而，MasterCAM的设计（CAD）功能相对薄弱，在进行复杂曲面造型时比较困难，而这正是Pro/Engineer的优势所在，因此，利用Pro/Engineer进行模具设计，结合MasterCAM进行数控加工就成为当前模具企业优先选择的CAD/CAM方式[1]。下面以手机盖模具为例，介绍野火版Pro/Engineer结合MasterCAM9.0在模具设计和加工方面的应用。1基于Pro/Engineer的模具设计在野火版Pro/Engineer中有一个Pro/MoldDesign模块，利用该模块设计者可以快速、高效的完成各种模具的设计与分析工作。下面介绍利用Pro/MoldDesigs模块进行模具设计的一般流程。1．1原始设计模型模具设计时必须要建立一个设计模型，即模具制造的产品原型，设计模型需要在Pro/Engineer零件模块中进行三维造型，一般通过拉伸，切除，拔模、圆角、抽壳等特征造型方法创建。例如创建图1所示的手机上盖模型。1．2创建模具模型创建模具模型时，文件类型选择制造（Manufacturing）,子类型选择模具型腔(MoldCavity)。然后将原设计模型装配至模具模型中，使之成为模具设计的参照模型。最后加入已设计好的工件（Workpiece），这里工件可以理解为模具的毛坯。1．3分析模型。用Pro/Engineer的分析功能分析模型的拔模斜度、厚度等几何特征，以判断这些特征是否符合设计要求。如果不符合，应进行相应修改。图2为手机盖参照模型拔模检测（DraftCheck）效果图。1．4创建浇注系统利用Feature→CavityAssem→Solid→Cut功能创建模具浇注系统。由于浇注系统的设计大同小异，设计人员可以建立相应的UDF(UDF为UserDefinedFeature的缩写,即用户自定义)数据库，以便直接从中选用UDF特征以节省时间，并逐步达到模具设计标准化的目的[2]。1．5设置收缩率由于温度和压力的变化，铸件从模具中取出后会产生收缩现象，为了补偿铸件体积收缩的偏差，Pro/Engineer提供了收缩率（Shrinkage）功能。设计人员通过设置适当的收缩率来放大参考模型，以便获得正确尺寸的铸件。此处手机盖参照模型的收缩率设置为0.005。1．6创建模具分型面模具中用来分割参照模型的曲面为分型面，分型面的设计直接关系到成型零件的尺寸精度、表面质量、飞边大小、脱模难易和制造成本，其影响因素非常复杂，也是模具设计的关键所在，Pro/Engineer中分型面的创建有多种方法，对于手机盖参照模型，由于表面有许多破孔，采用裙边（Skirt）创建分型面相对简单，首先生成参照模型的侧面影像曲线（Silhouette），再利用该曲线创建分型面[3,4]。图3所示为手机盖分型面。图1手机盖模型图2模型拔模检测效果图图3分型面图4模具开模仿真1．7创建模具元件的体积块利用分型面将工件拆分成型腔、型芯体积块。通常运用分割（Split）菜单下的两个体积块（TwoVolumes）命令来将工件拆分成各个体积块，即所谓的拆模。体积块是没有质量的三维封闭曲面组,并不是模具元件。1．8抽取模具元件通过向体积块中填充实体材料，使之转换成实际的模具元件，此即所谓的抽取模具元件。完成抽取后，模具元件就成为功能强大的Pro/Engineer零件，可供Pro/NC模块(Pro/Engineer的加工模块)调用或转换到其他软件中进行数控加工。1．9铸模仿真Pro/Engineer在完成模具元件抽取后，可自动将熔融材料通过浇口注入模具型腔产生带有浇注系统凝料的浇注件。如果注射失败，则有可能是分型面设计不合理或原始设计模型有破孔造成的，需要重新进行设计或修补。1．10开模仿真通过开模仿真对模具各机构进行干涉检查，以确认模具能否正常开启。开模仿真如图4所示。2基于MasterCAM的模具数控加工MasterCAM卓越的数控加工能力是业界普遍认同的，它集造型、加工、仿真模拟、数控编程等功能于一身，具有良好的数据交换接口，支持IGES、STEP、DXF、DWG、Parasolid、PROE等数据格式，由于手机凸模比凹模形状复杂，加工过程细节也较多，故此处只考虑对凸模进行加工模拟和CAM编程。操作流程如下。2．1输入模型数据打开MasterCAM9.0，进入Mill模块，选择File/Converters/ProE/Readfile,接着选取保存的手机盖凸模文件完成数据输入。考虑到这两种软件坐标系不同，需要对模型的坐标系进行处理，一般在Xform模块下，进行相关转换即可解决问题。图5为转换后的加工模型效果图。2．2生成加工轨迹选择合理的数控加工方法，生成加工轨迹是数控编程的关键。MasterCAM提供了平行加工（Parallel）,放射状加工（Radial），曲面流线加工（Flowline），残料加工（Restmill），浅平面加工（Shallow），交线清角加工（Pencil），等高外形加工（Contour），挖槽加工（Pocket）和环绕等距加工（Scallop）等多种曲面粗、精加工方法。根据手机盖凸模外形特点，应采用挖槽粗加工、平行精加工和浅平面精加工相结合的方式来编制图5加工模型效果图程序，此外，手机凸模上还有许多按纽凸台，这些凸台间隙较小，只能使用小直径刀具进行加工，因此，需要增加交线清角精加工[5,6]。整个刀具路径设置过程如下：2．2．1曲面挖槽粗加工根据工件尺寸大小，选用φ14圆鼻刀进行粗加工，切除凸模上大部分材料。余量为0.5㎜。2．2．2平行精加工考虑到凸模上有许多小凸台，为了保证模具表面加工质量，选取φ3圆鼻刀进行平行精加工，由于该加工方式属于二轴半加工，刀具在与切削路径垂直的方向上，有微量残料未去除，因此，需要采用两次平行切削，切削角度分别为0°和90°，余量为0。2．2．3浅平面精加工由于凸模平坦区域面积较大，为提高该区域曲面加工质量，选用φ3球刀，对凸模顶部平坦区域的残料进行精加工。余量为0。2．2．3交线清角精加工选用φ3平刀，清除凸模各交线交角部分的加工余量。最终的加工轨迹如图6所示2．3模拟仿真加工对MasterCAM9.0生成的加工轨迹进行模拟仿真，检查生成的加工轨迹是否合理、加工表面是否光滑、是否有过切现象，如果出现类似情况，需要返回到刀具轨迹设置对话框，重新编辑加工轨迹，直到满意为止。仿真结果如图7所示。图6加工轨迹效果图图7凸模加工仿真效果图2．4生成数控加工代码利用MasterCAM9.0后置处理模块，选用数控铣床或者加工中心对应数控系统的后置处理程序来生成数控程序。例如当数控系统为FANUC时，应选用MPFAN.PST文件，则MasterCAM9.0将生成适合该机床运行的数控程序。部分程序如图8所示。3结束语使用Pro/Engineer可以准确创建模具分型面，合理拆分凸、凹模，快速生成成型零件，其模具设计效率明显优于传统设计方法。而MasterCAM具有简单易学、功能齐全、所生数控程序质量好的特点。采用Pro/Engineer与MasterCAM相结合进行模具设计与加工的方法，可以有效缩短模具研发周期、提高市场响应速度，增强企业竞争力，是当前模具企业优先选择的一种CAD/CAM方式。图8数控程序参考文献：[1]陆荣明.基于Pro/ENGINEER与MasterCAM的模具设计与加工[J].CAD/CAM与制造业信息化,2006,(9):107-108.[2]初利宝,陆劲昆.Pro/ENGINEERWILDFIRE模具设计[M].北京:北京大学出版社,2003.11.[3]李红林,贾志欣.应用Pro/E设计精密注射模具的方法研究[J].电加工与模具,2005,(1):40.[4]肖正明,刘建雄.Pro/E、Cimatron环境下塑料模具设计与加工模拟[J].电加工与模具,2005,(5):40.[5]陶筱梅,黄玉新,陈银清,等.基于Pro/E和MasterCAM环境下注塑模CAD/CAM[J].煤矿机械,2006,27(5):808-809.[6]何满才.模具设计与加工──MasterCAM9.0实例祥解[M].北京:人民邮电出版社,2003.293-317.