李文巧 毕业设计论文修改后.docx
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李文巧毕业设计论文修改后
东莞职业技术学院
毕业设计（论文）
手机套模具设计及数控加工
学生姓名：
李文巧
学号：
201120060232
年级专业：
11级机械制造与自动化
（2）班
指导教师：
刘存山
系部：
机电工程系
广东·东莞
提交日期：
2013年5月
指 导 教 师 评 语
签名：
日期：
年月日
成绩
（注：
成绩评定请按优、良、中、及格、不及格五级评定）
开 题 报 告
毕业设计预期目标及工作方案
一、课题的目的意义：
本课题研究主要围绕手机套模具设计及数控加工来开展，其中包括一些二维、三维软件的应用，如AUTOCAD、proe。
这会使我运用这些软件的能力得到提升,同时本次毕业设计还涉及到模具注塑模的相关知识。
这对我来说是一个新领域，通过毕业设计可提升我的自学能力。
因此通过本次学习将对我进一步巩固所学知识及灵活应用所学知识来解决实际问题有着深远的意义。
另外，通过本次毕业设计，将使我掌握写论文的一般步骤及方法。
还可提高我如何快速而有效的查阅相关信息的方法，不仅锻炼了我在遇到困难时冷静分析。
独立思考及解决问题的能力。
二、研究现状：
80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，在未来的模具市场中，塑料模还将逐步提高。
成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如UG、Pro/E、MasterCAM软件等等。
这些系统和软件的引进，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
三、设计方案的可行性分析和预期目标：
可行性分析：
坚持很好地全部阅读指导教师指定的参考资料、文献，并阅读了较多的自选资料和较多的外文资料，积极开展调研论证,此外，还充分利用时间，提前学习专业软件，能够熟练运用软件进行设计、分析、加工等操作，使产品提前得到的方案可行性设计。
预期目标：
使用Pro/E软件将设计完成的塑料制品调入到模具设计模组当中，进行装配和型腔排布，再进行注塑模具、型腔、型芯滑块等成型零件的设计。
四、所需要的仪器设备、材料：
Pro/E、Mastercam,、测量工具（坐标测量仪）。
五、课题分阶段进度计划：
序号 起止日期 工作内容及阶段成果
1 2013.01.06--2013.02.03 获取模具设计及加工认识，完成模具方面知识的大体情况。
2 2013.02.04--2013.03.19 确定设计总体方案
3 2013.04.20--2013.04.26 分析阶段，完成了零件的尺寸要求。
4 2013.04.27--2013.05.24 绘制图纸和程序设计阶段，完成图纸了的绘制。
5 2013.05.25—2013.06.07 按学校要求毕业论文撰写完毕。
目 录
手机套模具设计及数控加工..............................................5
1、前言..................................................................5
2、模具设计方法.........................................................6
2.1模具设计流程.......................................................6
2.2模架设计方法.......................................................6
2.3EMX7.0模架设计流程.................................................7
2.4模架结构...........................................................7
3、Pro/E手机套模具设计................................................9
3.1设计前的准备......................................................9
3.2建立手机套三维造型................................................10
3.3创建模具模型10
3.4设置收缩率11
3.5设计毛坯工件11
3.6分型面的选择及创建11
3.7分割体积块12
3.8创建模具元件14
3.9设计浇口和流道15
3.10充模仿真及开模模拟15
3.10.1充模仿真....................................................15
3.10.2开模模拟....................................................16
3.11利用模具专家系统EMX完成模座和其他辅助零件......................16
4、数据转换及加工......................................................17
4.1从Pro/ENGINEER系统转出stp数据文件...............................17
4.1.1转出上模stp数据文件.........................................17
4.1.2Mastercam系统转入stp数据....................................17
4.2数控加工前的设置..................................................18
4.2.1对型腔进行加工工艺分析.......................................18
4.2.2加工工艺参数设置.............................................18
4.3手机套前模的数控加工..............................................20
4.3.1曲面粗加工挖槽...............................................20
结论.....................................................................23
结束语...................................................................23
参考文献.................................................................24
手机套模具设计及数控加工
作者：
李文巧
指导老师：
刘存山
（东莞职业技术学院2011级机械制造与自动化,东莞523808）
摘要：
分析利用Pro/E软件及注塑模具设计专家（EMX）系统进行手机套模具的设计过程，再导入MasterCAM系统中对模具型腔进行加工刀路设置，模拟其加工过程。
指出采用软件来实现模具的三维设计和数控加工，可以大大缩短模具设计和加工周期，降低模具设计和加工成本。
关键词：
手机套；模具设计；数控编程加工
1、前言
Pro/E是美国PTC公司推出的一套功能强大的三维软件，它涵盖了产品概念设计高制造的全过程。
具有参数化设计、三维实体模型特征驱动和单一数据库功能等特性。
在模具设计的过程中，利用Pro/E的实体建模技术，可以快速的对将要加工的零件有一个形象的认识，再对模型进行分析后借助于“模具设计专家模架系统（EMX）”是一套功能强大的三维化模架插件，为模具的三维装配设计提供了十分丰富的模板数据库。
模具的零件可以利MasterCAM软件进行数控加工。
本次设计是《手机套模具设计及数控加工》,目的是进一步了解零件设计的流程与掌握数控加工编程；掌握Pro/E、MasterCAM等软件的应用。
2、模具设计方法
2.1模具设计流程
利用Pro/EWildfire软件进行模具设计的流程如图2-1所示：
首先利用零件的三维模型创建模具模型；然后设置产品的收缩率；设计分型面与凹凸模具的分割；利用特征设计浇注系统的主流到、分流道和浇口；完成模具组件的生成；进行试模，建立浇铸件，在进行模具开模和检验，最后进行模具的装配和辅助零件的设计，模具设计好后，再转入数控加工制造，从而实现模具设计和数控加工的集成。
图2-1模具设计流程图
2.2模架设计方法
在Pro/E中，可以采用三种方法设计模架，即分别用组件设计模架、模块（模架库）和EXM模块（模架设计专家扩展）进行设计。
组件设计模块：
将模架作为一个装配体进行设计。
进入组件设计模式后，首先逐一创建各个模架原件（即零部件）然后再装配成模具模架。
此种设计方法操作比较繁琐，不易维护，因而使用较小。
模块（模架库）:
模块是PTC提供的模架库，包含众多标准模具组件。
如果安装了模块扩展模块，则可以在模具布局模式下直接调用模架库中的模具组件，非常方便。
EMX模块：
Pro/E的扩展功能模块，它分装了大量标准模架和模架标准件，并提供了一系列模架设计向导，使模架设计更加高效、快捷。
EMX模块的功能比模块（模架库）更加强大，是Pro/E模架设计的首先工具。
2.3EMX7.0模架设计流程
EMX模架的一般设计流程如下：
（1）新建模架项目：
在EMX中定义一个新的模架项目，并导入模具模型，然后对模具零件进行分类。
（2）加载标准模架：
直接加载整组标准模架，再针对各细节尺寸进行修改，或者以手动方式添加索需要的模板和元件。
（3）添加浇注系统：
在模架设计中设置主流道衬套和定位环等型号和尺寸，并在模具添加分流道和浇口等。
（4）添加标准元件：
在模架的模板上显示导柱、导套、螺钉、定位销、拉杆等标准元件。
（5）添加侧抽芯机构：
在模架上添加滑块、斜导柱、螺钉、定位销等、这些元件负责将侧型芯从模具中抽出。
（6）加载退出机构：
定义顶杆等元件，用于将制品从模具型腔中脱出。
（7）添加冷却系统：
为模具添加冷却水线，即调用模架库中提供的标准冷却元件，将其添加到模架中。
（8）模具后期处理：
对模具模板和元件进行处理（如添加边框、通孔等）,以满足加工和成型的需要。
（9）开模运动模拟：
模拟模架的开模过程。
2.4模架结构
标准模架一般由定模座板、定模板、动模座板、动模板、垫块支承板、推杆固件板、推板、复位杆、导柱、导套、螺钉等组成。
如图2-2所示为典型的直浇口模架结构。
图2-2直浇口模架结构
1．内六角螺钉2.内六角螺钉3.垫块4.支承板5.动模板6.推件板7.定模扳8.内六角螺钉9.定模座板10.带头导套11.直导套12带头导柱13.复位杆14.推杆固定板15.推板16动模座板
3、Pro/E手机套模具设计
3.1设计前的准备
在进行模具设计与加工前,首先为该模具建立一个专用的文件夹，并将该文件夹设置为当前工作目录,这样一来,在产品三维造型中产生的文件、模具设计过程中产生的文件、转换的数据文件及在Mastercam系统中的加工文件都存入该文件夹下,使整个设计及加工过程产生的文件一目了然,具体操作步骤如下。
（1）建立模具专用文件夹。
在用户计算机G盘目录下建立一个名为“4G-LWQ”的文件夹,建立的文件夹如图3-1所示。
图3-1建立【4G-LWQ】文件夹
（2）设置工作目录。
启动Pro/ENGINEER,执行文件/设置工作目录菜单命令。
系统弹出如图3-2所示的选取工作目录对话框,选择建立“4G-LWQ”文件夹。
图3-2
3.2建立手机套三维造型
造型良好的三维模型是进行模具设计的基础，该制件曲面较多，通过曲面造型、曲面合并、加厚、拉伸剪切等命令建立实体模型。
如图3-3所示：
图3-3手机套三维图
3.3创建模具模型
模具模型包括参照模型和工件，参照模型是设计模具的参照，工件事表示直接参与溶料成型的模具元件的总体积。
多型腔模的布置有平衡式和非平衡式两种。
为了保证各个型腔溶体能同时均衡充满，一般采用平衡式的型腔布置。
由于本次设计比较特殊，属于比较典型的事例。
该手机套由上下两部分组装而成，为了便于装配和产品的统一性等效果。
本次设计采用一模两腔的布置，两型腔由上、下两盖面组成。
具体布置如图3-4所示：
图3-4
3.4设置收缩率
从模具中取出注塑件后，由于温度几压力的变化回产生收缩现象，通过设置适当的收缩率来放大参照模型，便可获得正确的注塑零件。
1.选择【按比例收缩】
命令,并弹出按比例收缩对话框,在比率栏输入收缩率“0.005”,并确认如图3-5所示。
图3-5收缩率设置
3.5设计毛坯工件
1.选择菜单管理器中的【模具模型】/【创建】/【工件】/【自动】命令,自动创建毛坯工件。
2.系统弹出如图3-6所示自动工件创建对话框,在名称栏输入毛坯工件名称“1_wrk”,参照模型选择“1_ref”,模具原点选择”mold_def_csys”，形状选择标准矩形，在整体尺寸栏中输入X“100”Y“290”型芯Z“24”型芯-Z“32”并确定完成。
3.选择菜单管理器中的【完成】/【返回】/【完成】/【返回】命令,结束毛坯工件的创建。
打开模型着色显示,结果如图3-7所示。
图3-6自动工件创建对话框图3-7毛坯着色显示
3.6分型面的选择及创建
塑料（特别是注塑）模具术语。
一般来说，模具都有两大部分组成：
动模和定模（或者公模和母模）。
分型面是指两者在闭合状态时能接触的部分。
注塑成型时，为方便取出模样，将注塑成型做成几部分，其结合面称为分型面。
选择时尽量做到既保证塑件质量，又简化操作工艺。
通常考虑以下几个方面：
1、尽可能将塑件的全部或大部分置于同一模型内。
2、分型面的数目应少且为平面。
3、尽量减少型芯和滑块的数目。
4、分型面的选择应有利于下芯、合模，使型芯安放稳固，便于检查行腔尺寸。
5、分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处
6、使塑件留在动模一边，利于脱模
7、将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度
8、轴芯机构要考虑轴芯距离
9、分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。
10、一般在分型面凹模一侧开设一条深0.025~0.1mm宽1.5~6mm的排气槽。
亦可以利用顶杆，型腔，型芯镶块排气
一般的分型面有平直分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面、瓣合分型面和立体分型面等几种形式。
在模具的设计、制造过程中，模具的分型面的创建最为关键，Pro/E提供了非常强的的曲面创建和操作功能，可以通过多种方式来创建分型面。
该模具的设计难点之一就是分型面的设计与在Pro/E中的实现，该零件首先要将破孔填补、延拓、修剪，最后采用合并曲面的方式生成该模具的分型面，如图3-8所示。
图3-8手机套注塑模具分型面
3.7分割体积块
1.选择菜单管理器中的【模具体积块】/【分割】/【完成】命令。
系统弹出如图3-9所示分割对话框,要求为分割工件选取分型面。
选择如图3-8所示分型面为模具体积块分割面【确定】/【确定】；系统分别高亮显示毛坯工件的下、下半部分，并弹出体积块名称输入对话框，接受默认的名称，单击着色按钮，被分割的体积如图3-10所示，单击【确定】按钮
图3-9图3-10分割体积块的上、下部分
3.8创建模具元件
体积块的只是一个有体积五质量的虚拟体，不是实体模具组件，所以接下来要进行实体元件抽取工
1.选择菜单管理器中的【模具元件】/【抽取】。
2.系统弹出如图3-11所示创建模具元件对话框，单击选取全部体积块按钮，单击确定按钮。
图3-11
3系统提示输入另一名称，选择默认并确定。
最终完成图3-12模具型芯，图3-13模具型腔。
图3-12图3-13
3.9设计浇口和流道
采用侧浇口及圆形断面分流道。
采用圆形分流道其散热量小，充模阻力小浇口冻结时间长，可以提高制件成型质量。
具体设计步骤如下：
用旋转切除材料的方法完成主流道的设计，分流道单击特征/型腔组件/流道/倒圆角，草绘流道线路即可。
3.10充模仿真及开模模拟
3.10.1充模仿真
选择菜单管理器中的【制模】/【创建】，输入浇铸件的名称“mold”即可，生成如图3-14所示的浇铸件。
通过该项的分析，可以发现最后生成制件的形成是否符合设计要求，还可以检查分型面、拆模顺序、流道的正确性。
图3-14
3.10.2开模模拟
菜单管理器【模具开模】/【定义间距】/【定义移动】/选取模具元件的一条竖直方向的边或线为参考方向，指向外侧的方向位正，输入100作为移动距离。
如图3-15所示。
图3-15开模模拟
3.11利用模具专家系统EMX完成模座和其他辅助零件
单击【EMX5.0】/【项目】/【新建】，弹出模具组件对话框。
单击“【载入】/保存组件”弹出组件对话框选取“futaba_fg”复选框，选择类型。
单击【载入】/【确定】，回到“模具组件定义”对话框，基本尺寸选取200X400。
双击前模板输入厚度50，双击后模板输入厚度70.单击“模具组件”对话框下面的确定按钮，最终完成图3-16模具总装图。
图3-16
4、数据转换及加工
4.1从Pro/ENGINEER系统转出stp数据文件
模具设计完成后，将上、下模文件转换为stp格式文件，然后又Mastercam系统转入进行加工。
4.1.1转出上模stp数据文件
1.在模型树列表中的“MOLD-VOL-2_4.PRT”零件上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择打开命令，系统调用零件模块并打开前模零件，如图4-1所示。
图4-1
2.选择菜单栏中的文件/保存副本命令，保存类型stp文件。
4.1.2Mastercam系统转入stp数据
从Pro/ENGINEER系统中输出上、下模零件stp格式文件后，便可以在Mastercam系统中将其转入进行加工。
转入stp数据文件之后进行stp数据文件的坐标处理并保存位MCX文件，处理之后的图形如图4-2所示。
图4-2
4.2数控加工前的设置
对于本次设计而言，型腔的加工过程比较复杂，加工的过程细节考虑也叫多。
因此在这里只对型腔模块进行数控编程加工。
4.2.1对型腔进行加工工艺分析
型腔上表面由复杂的曲面、流道和平面组成，由于三部分所选的加工方法、刀具都存在一定的差异，所以在考虑工序时要分位粗加工、半精加工、残料清角加工、精加工等几道工序来完成。
4.2.2加工工艺参数设置
准备一个模具钢材（S136）毛坯，尺寸为290×100×35，利用磁铁装夹。
在屏幕左侧的操作管理器中，可以设定该毛坯尺寸，方法如下所述。
（1）执行【操作管理器】/【刀具路径】命令，在操作管理器中，单击选项“
”前面的“＋”号，“＋”号变为“－”，同时展开一个下拉式菜单，如图4-3所示，单击坯料设置选项，出现如图4-4所示对话框。
图4-3“坯料设置”菜单图4-4“机器群阻属性”对话框
（2）选择群阻属性按钮，形式选择：
。
输入毛坯长、宽、高尺寸：
X【290】，Y【100】，Z【35】。
（3）输入工件原点：
X【0.0】，Y【0.0】，Z【0.1】，假定Z轴方向毛坯顶面有0.1的加工余量。
（4）单击选中【显示】
，表示显示工件。
单击选中【适度化】
，表示使整个毛坯工件屏幕适度化，显示全部图形。
选择【线架加工】
，表示毛坯采用线框架表达。
（5）其余为默认选项。
（6）单击【确认】按钮
，设定好毛坯尺寸，双点划线部分为毛坯外形，单击工具栏中
按钮，将视角设为等角视图，结果如图4-5所示。
图4-5等角视图
4.3手机套前模的数控加工
该模由于要去除的材料比较多，而且存在较多的细小部分需要用到小刀。
结合加工时间几及速度等各种因数的考虑，本次加工采取先用大刀去除较大的余量，在利用小刀清除残留的余量，以便节省加工成本及时间。
4.3.1曲面粗加工挖槽
（1）进入曲面粗加工挖槽对话框的方法：
执行【刀具路径】/【曲面粗加工】/【曲面粗加工挖槽加工】命令。
（2）创建直径为30.5R5mm的类型为圆鼻刀如图4-6所示，刀具参数选择如下。
进给率：
1200.0。
用来设定XY方向刀具的切削进给速度，单位为mm/min。
主轴转速：
1500.0。
用来设定机床主轴的转速，单位为r/min。
向下进刀速率：
800.0。
用来设定Z轴方向刀具的向下切削进给速度，单位为mm/min。
提刀速率：
2000.0。
用来设定Z轴方向刀具的向上提刀速度，此时刀具不切削，可设置较大的速率，单位为mm/min。
图4-6“刀具定义”对话框
（4）曲面加工参数设置如图4-7、粗车参数设置如图4-8所示：
图4-7“曲面加工参数”对话框
图4-8“粗车参数”对话框
（5）铣削加工的刀具的中心所经过的路径如图4-9所示。
图4-9
（6）生成曲面粗加工挖槽程序，如下所示：
%
O0000
（PROGRAMNAME-MOLD_VOL_2_4）
（DATE=DD-MM-YY-11-0４-13TIME=HH:
MM-18:
45）
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
主轴正转1500转
（TOOL-1DIA.OFF.-1LEN.-1DIA.-30.5）
N104T1M6
N106G0G90G54X-175.5Y-50.S1500M3
N108G43H1Z30.
N110Z2.9
N112G1Z-.1F800.
N114X-145.F1200
N116Y50.
.
.中间加工程序省略
.
N3100X122.085Y-30.49
N3102G0Z-2.508
N3104Z30.
N3106M5
N3108G91G28Z0.
N3110G28X0.Y0.A0.
N3112M30
结论
本次课题通过具有典型的曲面结构，从手机套的模具设计（造型、分型面的选择、布局等）到手机套的数控加工这一过程再次证实了Pro/E、MasterCAM等软件在建模设计技术和加工技术的重要地位。
相关工作总结如下：
一、基于Pro/E的零件造型过程在直观的三维环境下进行，产品设计不再需要进行空间构想及繁琐的尺寸计算。
模型的更改设计简单易行。
通过本例可以看出Pro/E不仅能在三维设计中展示其强大的功能，更能在造型及模具分析中发挥很大的优势。
这种三维造型，成型工艺分析、流动模拟分析及模架装配一体化的设计模式大大提高设计效率，减少了试模次
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