风叶注塑模具型腔虚拟仿真加工及加工参数优化

论文摘要

塑料制品在日常的消费品和工业产品等领域中使用得越来越多,这对用来生产制造部分塑料产品的注塑模具的需求也越来越大。传统注塑模的设计与制造主要依赖设计人员的经验和工艺人员的技巧,设计合理与否只有通过试模才知道,制造的缺陷主要依靠反复修模来纠正。这不仅难以保证模具的质量,而且使模具的开发周期过长,质量不稳定,成本高。应用计算机仿真加工技术,可以极大的提高塑料模具质量,缩短产品开发周期,降低模具设计与制造成本。本论文在对虚拟仿真技术及模具数控加工技术进行系统的理论研究之后,根据塑料风叶注射模具的特点,对其数控加工工艺进行了优化设计,分析了加工参数对加工精度和加工质量的影响,并利用MasterCAM软件对加工过程进行了模拟仿真以及加工校验,进行了后处理,并输出加工的NC代码。文章首先介绍了虚拟仿真技术以及模具数控加工的相关技术,阐明了现阶段企业采用虚拟制造系统使模具设计加工走向现代数字制造技术新台阶的必要性。然后,介绍了加工仿真的特点,并利用MasterCAM软件对风叶注射成型凹模的虚拟仿真加工,研究了虚拟仿真加工的实现过程,并分析了在虚拟环境下编制模具型腔铣削数控工艺的过程,针对不同加工特征,采用不同的加工方式,具体安排了型腔数控加工工艺的实现。最后,论述了模具零件在数控仿真加工中加工工艺的优化选择,重点研究了型腔刀具轨迹及加工参数的优化选择,并对风叶注射模具加工的切削参数进行了优化设计。在课题的研究过程中取得如下成果:1、构建模具仿真系统方案。收集国内外模具仿真加工数据,模具切削加工数据以及领域内的专家知识和经验,构建本系统的组成框架和设计方案。2、运用MasterCAM软件对风叶凹模进行加工过程仿真。对MasterCAM与其它CAD/CAM软件三维造型和加工模块进行了比较,研究了其它软件造型,MasterCAM软件仿真加工模式,得到了它们的数据转换模式。通过对比研究模具型腔加工方法,确定了风叶凹模的加工方式和加工工艺参数。3、数控加工工艺参数的优化。重点研究了刀具轨迹的优化设计和型腔加工的铣削参数优化设计。分析了刀具轨迹的生成方法,采用遗传算法以加工效率为目标对注射成型风叶凹模型腔加工的切削参数进行了优化设计;分析了在仿真环境下需要优化的加工参数,优化刀具的选择以及优化切削速度和进给率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 虚拟制造技术的简介
• 1.2.1 虚拟制造的概念
• 1.2.2 虚拟制造的特点和分类
• 1.2.3 虚拟制造涉及的关键技术
• 1.2.4 虚拟制造技术国内外现状
• 1.3 加工仿真
• 1.4 本课题研究的意义和内容
• 1.4.1 本课题研究的意义和目的
• 1.4.2 本文的内容和结构
• 第二章 注塑模具型腔加工技术研究
• 2.1 注塑模具设计制造的特点
• 2.1.1 模具加工的一般特点
• 2.1.2 注塑模具加工制造的并行开发
• 2.2 复杂曲面加工的方法
• 2.3 型腔曲面加工的刀具轨迹生成技术研究
• 2.3.1 常用轨迹生成算法
• 2.3.2 等残留高度加工刀具轨迹的研究
• 第三章 虚拟制造系统中的加工仿真
• 3.1 加工仿真的特点
• 3.2 数控加工仿真的实现步骤
• 3.3 加工精度模型的建立
• 3.3.1 加工精度的基本概念
• 3.3.2 影响加工误差的因素
• 3.3.3 刀具受力变形引起的加工误差模型
• 3.3.4 热变形引起的加工误差模型
• 3.3.5 刀具磨损引起的加工误差模型
• 3.3.6 铣削加工系统误差模型
• 3.4 切削参数对加工质量的影响
• 3.5 基于MasterCAM的风叶仿真加工
• 3.5.1 MasterCAM软件功能概况
• 3.5.2 三维模具型腔的仿真模型建立
• 3.5.3 仿真加工工艺参数的确定
• 3.5.4 干涉碰撞检验
• 3.5.5 仿真结果
• 3.5.6 NC代码的生成
• 第四章 模具型腔数控加工工艺参数的优化
• 4.1 数控加工中铣削工艺的优化选择
• 4.1.1 铣削方式的选择
• 4.1.2 数控加工刀具的选择
• 4.1.3 切削用量的选择
• 4.1.4 刀具走刀方式的优化设计
• 4.1.5 刀具进退刀方式的选择优化原则
• 4.2 刀具轨迹规划的优化设计
• 4.2.1 刀具轨迹规划的原则
• 4.2.2 外形有圆弧的刀具轨迹的优化设计
• 4.2.3 刀具轨迹尖角处的优化
• 4.2.4 复合刀具运动轨迹的优化设计
• 4.3 基于遗传算法的风叶凹模切削参数优化
• 4.3.1 决策变量
• 4.3.2 建立以最大生产率为目标的目标函数
• 4.3.3 约束条件
• 4.3.4 遗传迭代优化算法
• 4.3.5 风叶凹模的优化
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 工作的完善与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文