第1章绪论
1.1环保餐具制造行业现状
随着现代生活节奏的日益加快，一次性餐具己成为人们日常生活中必不可少的用品，消费量也在不断上升。据不完全统计，我国每年消耗一次性塑料餐饮具达300亿个之多，仅上海市每年就产生200多吨的以聚苯乙烯塑料为主的一次性不可降解垃圾[l]。由于一次性发泡塑料制品的大量使用，日积月累，造成了日趋严重的生态环境污染，已经成为一种“白色污染”和全球性的公害，正困扰着我国和全世界。
为了更好地保护生态环境和自然景观，尽快解决“白色污染”所带来的严重隐患，大力发展可降解塑料制品，实施“以纸代塑”工程。目前我国己出现了许多可用来替代塑料发泡餐具的新型一次性餐具。从制造原理上分，这些新型一次性餐具可分为以下五类:一、可降解塑料餐具;二、淀粉类餐具;三、纸板成型餐具;四、纸浆模塑餐具;五、植物纤维压制餐具。据统计，截止2000年12月底，已有三十多个省市及有关部门发布或重新发布了禁止或限制使用一次性发泡塑料餐具(含超薄塑料袋)的法规、规定或通知。铁道部己在全路各站、车全面禁止使用发泡塑料餐具和发泡方便面碗、盒，一律使用新型可降解的绿色餐具;一些跨国餐饮企业也早已使用一次性环保餐具。近两年来，一次性发泡塑料餐具替代产品己有较快的发展，产品质量不断提高，生产成本不断下降，很多生产替代品的企业正在准备扩大生产规模，不断提高其市场占有率据统计，各类新型餐具的生产、销售和成本情况可见表1-1。
1.1.1新型环保餐具简介
1.可降解塑料
可降解塑料主要是指光/生物双降解聚丙烯餐具。这类餐具主要是在聚丙烯主体中加入光敏剂、促降剂或生物降解剂，使餐具在被使用后抛弃在野外时能在太阳光中的紫外光照射下和生物作用下自发降解，从而达到减少环境污染的目的。这类餐具防水防油性能较好，强度较高，感官清洁，成本较低，可部分利用目前发泡聚苯乙烯的设备进行生产，是目前除纸浆模塑餐具之外最具规模的一次性发泡塑料餐具替代品。从环保角度来看，这类餐具至少还有20%以上的塑料聚合物难以降解。另外，可降解塑料中采用的光敏剂含有不同程度的毒性，有的是致癌物质，因此还存在着许多有害隐患。因而严格来说，这类餐具还没有完全达到坏保的目的。
2.纸板成型餐具
纸板成型餐具，主要为纸板涂膜型餐具，即用涂覆聚乙烯防水膜的纸板加工制成的餐具。它是以木浆、草浆为原料，先抄成满足使用要求的纸或纸板，然后进行加工处理，一般是在其表面涂覆聚乙烯塑料薄膜，使之具有防水、防油、耐热和便于成型加工的专用纸或纸板。这类餐具使用安全、卫生方便、外表美观，但生产成本较高，且涂覆的聚乙烯膜降解困难。
3.淀粉类可食性餐具
淀粉类餐具是根据一年生植物纤维的可变性和玉米淀粉蛋白质、纤维素、钙离子及多聚糖等固有的特性，把60%的玉米淀粉、30%的膳食纤维和10%的其他可食类助剂一起经搅拌捏合后，采用生物复配、聚糖交联、钙离子鳌合等技术使其精制而成。这类餐具的最大优点是原料可再生，餐具使用后可用作高级饲料，遇冷水能迅速膨胀至降解，对土壤不但无害而且有益，基本上能达到无垃圾、无污染的目的。但是，其加工工艺复杂，产品质量不易控制，产品防水防油性较差，易脆裂、易被微生物侵蚀，成本较高，目前还只有较少厂家采用。
4.植物纤维压制餐具
植物纤维压制法制成的餐具，即以甘蔗渣、玉米秆、麦秸、稻草等为原料，粉碎后加上特制的胶压制成型，再经表面处理使之具有防水、防油、耐高温、耐酸碱的性能。这类餐具充分利用了农村的秸杆、麦壳、蔗渣等资源，可以变废为宝，且用弃后易降解，但其外观较差，且农作物中残存的农药不易去除，易对人体造成伤害，目前国内的生产厂家还不多。
5.纸浆模塑餐具
纸浆模塑餐具，即以芦苇、蔗渣等草本植物纸浆为主要原料，通过添加功能性化学药品(例如防水剂、防油剂、增强剂等)，经真空抽滤成型、加热干燥而成的餐具。纸模成型方式大体分为真空吸附成型和注浆挤压成型两种，干燥方式随成型方式的不同亦分为两种:真空吸附成型一般采用烘干道干燥及热整形;注浆挤压成型大多在模具内直接加热干燥定型。
第2章纸浆模塑餐具产品特征库与快速分模
2.1纸浆模塑餐具特征库设计思想
对于标准件来说，一般是建立标准件零件库，严格按照国标要求限制零件尺寸的大小。所有的标准件的尺寸全部存放在数据库的表中，表中的数据一般是与机械手册上的表格相对应的，当用户选择一组参数时，这些参数就会被用来作为绘制零件的基本参数在高级语言中使用，最终这些参数被作为函数中的形参来绘制图形。对于非标准件来说，参数化特征造型的思想与标准件是一样的，只是没有大量的参数数据存放在数据库中，而是直接提供给用户一个输入参数的界面来限制零件的形状。
本文提出一种对纸模餐具产品快速建模的思路，即使用UG中用户定义特征(UDF)技术将餐具三维模型纳入自定义特征库，优化其中的参数，使之能够实现参数化驱动，使之成为一个餐具产品设计模块。利用这个模块引导设计者快捷地设计纸浆模塑餐具产品，然后对其分模。
第3章 餐具模具数控加工一次走刀切削................... 38-53
3.1 遗传算法的原理及特点 ..................38-41
3.2 切削参数优化数学模型.................. 41-45
3.2.1 纸浆模塑餐具模具数控加工.................. 41
3.2.2 模型决策变量 ..................41-42
3.2.3 目标函数 ..................42-43
3.2.4 主要的约束条件 ..................43-45
3.3 基于MATLAB遗传算法工具.................. 45-52
3.4 本章小结 ..................52-53
第4章 模具切削实验编程软件.................. 53-73
4.1 Cimatron软件的简介 ..................53-57
4.2 自动编程工艺路线的优化设计.................. 57-64
4.3 餐具模具的加工策略 ..................64-70
4.4 餐具模具刀路编辑.................. 70-72
4.5 本章小结.................. 72-73
第5章 餐盒模具数控加工实验论证.................. 73-85
5.1 实验说明.................. 73-74
5.2 实验参数 ..................74-75
5.3 SA-A1Bdxtm餐盒模具加工试验 ..................75-78
5.4 ZC-6wdxtm模具加工试验 ..................78-82
5.5 SY-8dxam餐盘模具加工试验.................. 82-84
5.6 实验结论.................. 84
5.7 本章小结.................. 84-85
结论
本文对纸浆模塑餐具模具的设计和数控加工进行研究，希望提高餐具生产的效率，降低生产成本，使纸浆模塑餐具在一次性餐具市场上更加具有竞争力。
本文在对纸浆模塑餐具CAD技术的研究中，开发了餐具产品造型特征库，并将UG注塑模设计运用到纸浆模塑餐具模具的设计中，这样可以大大的降低餐具的设计成本。在对纸浆模塑餐具模具的数控加工研究中，建立以最大生产效率与最小生产成本为目标函数，在约束条件下，运用遗传算法原理，结合MATLAB遗传算法工具箱函数，建立切削用量优化数学模型，对随机产生的包含切削用量参数的二进制编码组成初始群体，根据所给的交叉率，变异率，迭代次数计算满足最大适应度的切削参数值;然后运用Cimatron编程软件对餐具模具进行数控编程，并将优化的切削参数作为编程的切削用量，将生成的数控程序输出到加工中心对餐具模具进行切削试验，通过获得的加工结果可以得出，经优化后的切削用量不仅提高切削效率，而且能够保证模具加工的精度和表面质量，说明以最大生产率和最小成本建立的优化切削用量模型，对数控加工具有较高的经济意义。具体研究内容如下
(l)针对纸浆模塑餐具的结构特点，使用UG/UDF用户定义特征建立餐具产品特征库，对特征库的建立进行了论述，然后对餐具进行了快速分模的探讨。
(2)对加工中心环境下一次走刀加工餐具模具的切削用量优化进行了研究，建立了用量优化数学模型，以此提高加工的效率，并对遗传算法运行过程进行了探讨，最后构建了基于遗传算法切削用量优化的计算流程和计算步骤。
(3)本文使用Cimatron软件对餐具模具进行数控编程，作为优化切削用量的编程依据。本文探讨了Cimatron编程的一般过程，并对编程进行了刀路轨迹优化和模具加工策略进行了研究。
(4)分别对餐盒、餐盘和快餐碗加工中用时最多的工序，进行了切削用量优化，并对优化值进行了加工实验。通过对实验结果进行分析，获得了较好的加工效果，并不同程度的提高了加工效率。
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