电话机外壳注塑模凸模的设计与数控加工.docx
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电话机外壳注塑模凸模的设计与数控加工
2012届本科毕业论文设计
论文题目：
电话机外壳注塑模凸模型腔的设计与
数控加工
姓名：
院系：
机电学院
专业：
机械设计制造及自动化
导师：
时间：
2012年5月18日
电话机外壳注塑模凸模的设计与数控加工
摘要
Pro/ENGINEER及Caxa制造工程师是当前国内外模具设计与数控加工领域中使用最为广泛的CAD/CAM软件，二者的功能各有优缺点,联合应用可提高模具设计及其数控加工的质量和效率，本论文阐述了用Pro/ENGINEER软件进行电话机外壳的模具设计,然后将图形数据转换到Caxa制造工程师中进行数控编程的具体实现方法,并利用Caxa制造工程师软件生成数控加工代码并输送到加工中心或数控铣床进行加工的方法和主要工艺，通过此次注塑模的设计，掌握了相关模具设计的步骤，对于CAD/CAM软件应用方面有了进一步的提高。
关键词：
注塑模，模具设计，刀具路径，数控加工，凸模
Thedesignandnumericalcontrolmachineprocessingofthedigitalcameracoverpaneljetmould
Abstract
Pro/ENGINEERandCaxaarewidelyusedindomesticandinternationalmouldsdesignandNCmachiningintheCAD/CAMrealm.ThecombinedapplicationofthesetwosoftwarescanimprovemoldsdesignanditsNCmachiningqualityandefficiency。
ThispaperexpatiatesthemethodandmaintechniquestoproceedthemoldsdesignoftheDigitalcameracover-panelwiththePro/ENGINEERsoftware,thenconvertthegraphicsdatatoCaxasoftwaretoproceedtheNCprogramme,andapplytheCaxasoftwaretocreatetheNCmachiningcodeandtransportittothecontrolsystemoftheNCmachiningcenterortheNCmillingmachineforprocessing.Throughdesignthejetmould,Ihasgraspedthemainstepofthecorrelationmolddesigns,andalsohasthefurtherenhancementontheCAD/CAMsoftwareapplication.
Keywords：
Jetmould,Mouldsdesign,Toolpath,NCmachining,Terracedie
目录
1绪论1
2设计要求1
3用Pro/ENGINEER软件对电话机外壳进行三维造型1
3.1电话机外壳的工艺性分析2
3.1.1电话机外壳结构尺寸2
3.1.2电话机外壳的精度2
3.1.3电话机外壳的材料2
4用Pro/ENGINEER软件对电话机外壳进行模具设计3
4.1模具设计3
4.1.1调入模具参考模型3
4.1.2设置收缩率4
4.1.3设计毛坯工件4
4.1.4设计分型面5
4.1.5分割体积块6
4.1.6抽取模具元件6
4.1.7铸模6
4.1.8开模7
4.2模具的工艺性分析9
4.2.1模具的结构尺寸9
4.2.2模具的精度9
4.2.3模具的材料9
5从Pro/ENGINEER系统转出*x-t数据文件10
6Caxa制造工程师打开*x-t数据文件10
7用Caxa制造工程师软件对电话机外壳凸模进行数据加工10
8结束语17
致谢18
参考文献19
1绪论
现代制造业的发展，尤其是电子、电器、仪表等工业产品的发展，几乎都离不开注塑模的发展，而且需求量相当大，60％～80％的零部件都依靠模具成形注塑模的设计与制造的要求越来越高。
2007年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到40%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展，向社会提供更多的优质模具会直接影响工业产品的质量、生产成本和更新换代的速度，因此注塑模只有设计合理和精密加工，才能保证产品零件的各项技术指标达到要求，向社会提供更多的优质模具，来加速新产品的投产及产品更新换代，提高经济效益。
随着计算机技术的进步，机械行业的设计与数控加工技术发展迅速，工业设计领域的CAD/CAM软件也得到了前所未有的发展，各种CAD/CAM软件应运而生，且各具特色。
Pro/ENGINEER及Caxa制造工程师是目前国内外模具设计与数控加工领域中应用最为广泛的CAD/CAM应用软件。
Pro/ENGINEER具有强大的曲面和实体造型功能，在工业产品设计与模具设计方面有一定优势，但在加工方面因其参数设置较为繁琐，不利于学习和推广。
而Caxa制造工程师在产品造型及模具设计方面的能力远不如Pro/ENGINEER，但在数控加工中因性价比高、可靠的加工性能而被广泛使用，在中小企业有很大客户群，科学、高效地配合使用两者进行模具设计及加工是目前模具行业中普遍应用的工作模式。
注塑模的设计与制造在现代制造业中占有相当重要的地位，简单的，复杂的，就设计的总体过程来说是一样的，只是不同的加工要求不同的工艺过程，本设计是根据注塑件的要求，利用计算机三维软件来设计、数控加工中心来完成的。
2设计要求
模具的具体设计要求为：
（1）利用Pro/ENGINEER软件对电话机外壳进行三维造型及模具设计
（2）利用Caxa制造工程师软件对电话机外壳注塑模进行数控编程
（3）利用Caxa制造工程师软件生成数控加工代码
（4）利用数控铣床对数电话机外壳凸模进行加工
3用Pro/ENGINEER软件对电话机外壳进行三维造型
对电话机外壳模具设计与加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系统下的零件模块对电话机外壳进行三维造型，效果如图1所示。
图1电话机外壳实物示意图
3.1电话机外壳的工艺性分析
3.1.1电话机外壳结构尺寸
该面壳结构比较复杂，尺寸为224×164×24（mm），壁厚t=2.5mm，尺寸不大，适宜于注塑加工。
3.1.2电话机外壳的精度
工件是电话机外壳，要求的精度高，需按照数控机床加工出的注塑模具才能达到该工件需要的精度。
3.1.3电话机外壳的材料
工件材料选用工程塑料PC+ABS（聚碳酸酯+丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），此材料的流动性好，强度不错，价格适中，适用于绝大多数的电话机外壳。
较常用GECYCOLOYC1200HF。
4用Pro/ENGINEER软件对电话机外壳进行模具设计
电话机外壳三维造型完成后，利用Pro/ENGINEER系统下的制造/模具型腔模块进行模具组件设计，它包括参考模型的布局、收缩率的设置、毛坯工件的设计、分型面的设计、分割体积块、抽取模具元件、铸模及开模几部分。
4.1模具设计
4.1.1调入模具参考模型
隐藏参考模型自身的基准面和基准轴，只显示模具的三个基准面，效果如图2所示。
图2模具的三个基准面示意图
4.1.2设置收缩率
铸件在温度下降而凝固的过程中体积会缩小，因此在进行模具设计时，必须考虑材料对零件大小的影响，一般的做法是根据材料的特性适当加大参考模型的尺寸，这样在元件成型后会略有收缩，最后生成的零件才能得到设计要求。
产品的收缩率设置为“0.005”。
4.1.3设计毛坯工件
选取零件的两边和两个基准面通过实体材料填加定义毛坯，效果如图3所示：
如图3实体添加
定义后的毛坯效果如图4所示。
图4毛坯工件示意图
4.1.4设计分型面
模具型腔设计的重点在于分型面的建立，模具分型面是型芯与型腔的分界线，分型面的实质是曲面，是分割一个体积块创建模具元件的依据。
利用阴影曲面对体积块产生分型面，效果如图5所示：
图5分型面
4.1.5分割体积块
在成功设计毛坯工件、设计分型面后，还要对模具进行分割。
分割模具就是以建立好的分型面为依据，分割出相应的凸模和凹模。
分别如图6、图7所示。
4.1.6抽取模具元件
在Pro/ENGINEER的模具设计中，模具元件常常是通过用实体材料填加先前定义的模具体积块而形成的，我们将这一自动执行的过程称为抽取，完成抽取后，模具元件成为功能强大的Pro/ENGINEER零件，并在模型树中表示出来，如图8所示：
4.1.7铸模
在创建完凸模和凹模之后，可以在模型中进行模拟浇注，产生一个模拟的塑料件，以便检查分型面的设计是否合理。
如图9所示。
4.1.8开模
铸模完成后，遮蔽参考零件，分型面和工件，Pro/ENGINEER系统能模拟开模过程，可以更清晰地观看模具型腔和型芯系统的结构。
如图10所示。
图6凸模体积块示意图
图7凹模体积块示意图
图8抽取模具凸，凹模
图9铸模模型示意图
图10铸模零件向上移动示意图
4.2模具的工艺性分析
4.2.1模具的结构尺寸
凸模：
尺寸为250×190×45（mm）
模具结构比较复杂，尺寸不大，适宜注塑加工。
4.2.2模具的精度
模具的形状决定着这些产品的外形，而模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量，电话机外壳模具，要求的精度较高，需按照数控铣床加工的方式才能达到该工件所需要的精度。
4.2.3模具的材料
工件选用硬铝12（2A12）棒材作为材料，该材料的抗拉强度δb=470MPa，屈服强度为325MPa，疲劳强度为105MPa，伸长率为10%，硬度为120HB，根据以上分析该材料的综合性能好，硬度适中，适合数控加工。
5从Pro/ENGINEER系统转出*x-t数据文件
模具设计完成后，将凸模文件调出并转换为*x-t格式文件，然后用Caxa制造工程师打开*x-t格式文件，由Caxa制造工程师系统产生加工编程，并生成加工代码，进行加工。
转出凸模*x-t数据文件
6Caxa制造工程师打开*x-t数据文件
从Pro/ENGINEER系统中输出凸模零件的*x-t格式文件后，便可以在Caxa制造工程师中将其转入进行加工。
（1）转入凸模*x-t数据文件
（2）凸模*x-t数据文件的坐标处理
7用Caxa制造工程师软件对电话机外壳凸模进行数据加工
（1）在电话机外壳凸模加工刀具路径前，先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界，并将图形中心的最低点移到系统坐标原点，易于加工时以图形中心对刀。
如图11所示。
（2）规划曲面粗加工刀具路径。
预留量“0.5mm”
规划电话机外壳凸模曲面粗加工刀具路径，目的是粗切除大部分的工件材料。
设制好加工参数，利用Caxa制造工程师中的等高粗加工对毛坯零件生成加工路线，如图12所示。
（3）工件参数设置
在电话机外壳凸模进行曲面粗加工模拟前，要对毛坯料工件参数进行设定。
加工参数设置如表1所示：
表1粗加工参数表
序号
刀具
进给率（mm/min）
主轴转速（r/min）
Z轴进量（mm）
加工余量（mm）
下刀速度（mm/min）
退刀速度（mm/min）
1
Φ5平铣刀
500
1200
0.5
0.5
500
500
（4）曲面粗加工实体加工模拟
利用CAxa制造工程师系统提供的实体加工模拟功能，对工件进行实体粗加工模拟，可以及时发现曲面粗加工中存在的问题，便于对不合理的粗加工参数加以改进。
如图13所示。
图11结果示意图
图12曲面粗加工刀具路径示意图
图13曲面粗加工结果示意图
（5）生成加工NC代码
利用Caxa制造工程师系统的后置处理功能，自动生成加工电话机外壳凸模所需要的NC代码。
如下所示：
%
（mm.cut,2012.5.9,13:
14:
10.750）
N10G90G54G00Z60.000
N12S1000M03
N14X-146.363Y-15.140Z60.000
N16Z50.000
N18G01Z47.000F100
N20X-191.991Y-153.198F200
N22Y36.302
N24X57.509
N26Y-153.198
N28X-191.991
N30X-186.991Y-148.198
N32Y31.302
N34X52.509
N36Y-148.198
N38X-186.991
N40X-181.991Y-143.198
N42Y26.302
N44X47.509
N46Y-143.198
N48X-181.991
N50X-176.991Y-138.198
N52Y21.302
N54X42.509
N56Y-138.198
N58X-176.991
N60X-171.991Y-133.198
N62Y16.302
N64X37.509
N66Y-133.198
N68X-171.991
N70X-166.991Y-128.198
N72Y11.302
N74X32.509
N76Y-128.198
N78X18.277
N80X18.304Y-128.123
N82G03X18.313Y-128.090I-0.236J0.082
N84G01X18.491Y-127.198
N86G03X18.495Y-127.164I-0.245J0.049
N88G01X18.540Y-126.409
.
.
.
.
.
.
N9484X-161.624Y-34.508
N9486X-162.293Y-34.134
N9488X-163.589Y-33.158
N9490X-164.031Y-32.684
N9492X-164.639Y-31.999
N9494X-165.024Y-31.432
N9496X-165.702Y-30.146
N9498X-165.902Y-29.521
N9500X-166.105Y-28.901
N9502X-166.261Y-28.104
N9504X-166.372Y-26.737
N9506Z50.000F800
N9508G00Z60.000
N9510M05
N9512M30
%
（6）粗加工留有0.5mm的预留量，粗加工是采用低转速大切削，刀削都比较厚。
而精加工为追求精度和表面光洁度，采用高转速慢走刀，切削细而薄。
设置精加工的加工参数，如表2下所示
表2精加工参数表
序号
刀具
进给率（mm/min）
主轴转速（r/min）
Z轴进量（mm）
加工余量（mm）
下刀速度（mm/min）
退刀速度（mm/min）
2
Φ2平铣刀
300
1500
0.2
0
500
500
然后对电话机外壳凸模进行曲面等高外形精加工，产生刀具路径,如图14所示：
如图14曲面精加工刀具路径示意图
（7）精加工
生成NC代码，如下所示：
%
（mm0.cut,2012.5.9,16:
29:
25.171）
N0010G90G54G00Z50.000;
N0012S1500M03;
N0014X5.370Y-83.265Z50.000;
N0016X5.370Y-83.265Z30.000;
N0018G01X5.370Y-83.265Z46.500F100;
N0020X5.370Y-131.448Z46.500F150;
N0022X5.737Y-131.947Z46.500;
N0024X6.255Y-132.049Z46.500;
N0026X7.070Y-132.121Z46.500;
N0028X8.261Y-132.190Z46.500;
N0030X10.102Y-132.257Z46.500;
N0032X12.237Y-132.315Z46.500;
N0034X12.565Y-132.313Z46.500;
N0036X12.904Y-132.291Z46.500;
N0038X13.233Y-132.250Z46.500;
N0040X13.588Y-132.185Z46.500;
.
.
.
.
.
.
N6522X34.416Y-33.774Z38.500;
N6524X34.277Y-34.064Z38.500;
N6526X34.130Y-34.351Z38.500;
N6528X33.974Y-34.635Z38.500;
N6530X33.812Y-34.914Z38.500;
N6532X33.639Y-35.193Z38.500;
N6534X33.459Y-35.466Z38.500;
N6536X33.271Y-35.735Z38.500;
N6538X33.075Y-36.000Z38.500;
N6540X32.872Y-36.260Z38.500;
N6542X32.661Y-36.514Z38.500;
N6544X32.442Y-36.764Z38.500;
N6546X32.216Y-37.007Z38.500;
N6548X31.984Y-37.245Z38.500;
N6550X31.744Y-37.477Z38.500;
N6552X31.498Y-37.702Z38.500;
N6554X31.245Y-37.921Z38.500;
N6556X30.985Y-38.135Z38.500;
N6558X30.722Y-38.339Z38.500;
N6560X30.452Y-38.537Z38.500;
N6562X30.162Y-38.737Z38.500;
N6564X29.883Y-38.919Z38.500;
N6566X29.600Y-39.094Z38.500;
N6568X29.312Y-39.261Z38.500;
N6570X29.019Y-39.420Z38.500;
N6572X28.724Y-39.572Z38.500;
N6574X28.422Y-39.717Z38.500;
N6576X28.116Y-39.855Z38.500;
N6578X27.806Y-39.984Z38.500;
N6580X27.494Y-40.106Z38.500;
N6582X27.180Y-40.220Z38.500;
N6584X26.863Y-40.326Z38.500;
N6586X26.545Y-40.424Z38.500;
N6588X26.224Y-40.513Z38.500;
N6590X25.903Y-40.595Z38.500;
N6592X25.580Y-40.670Z38.500;
N6594X25.257Y-40.736Z38.500;
N6596X24.933Y-40.795Z38.500;
N6598X24.611Y-40.846Z38.500;
N6600X24.252Y-40.894Z38.500;
N6602X23.928Y-40.929Z38.500;
N6604X23.606Y-40.957Z38.500;
N6606X23.285Y-40.979Z38.500;
N6608X22.964Y-40.993Z38.500;
N6610X22.964Y-40.993Z30.000F300;
N6612G00X22.964Y-40.993Z50.000;
N6614M05;
N6616M30;
%
8结束语
经过几周的奋斗我的毕业设计终于完成了，在没有做毕业设计之前我觉得毕业设计只是对这几年来所学知识简简单单的总结，但是通过这次做毕业设计，我发现自己的看法有点太片面，毕业设计不仅仅是对前面所学知识的一种检验，复习，更是对自己能力水平的一种提高。
通过这次毕业设计使我明白了自己学到的知识原来还比较欠缺，自己要学习的东西还有很多，之前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低，但通过这次毕业设计，使我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的去学习，努力提高自己的知识和综合素质。
在此我要感谢我的指导老师王老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助，在整个设计中帮助我很多，教会我很多，使我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信对今后的学习、工作、生活都有非常重要的影响。
虽然这个毕业设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西却很多，受益匪浅，这就是这次毕业设计的最大收获，也是一笔无价的财富，它会是使我终身受益的。
致谢
非常感谢学院领导和老师给我提供这次良好的学习机会和宽松的学习环境，通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学的专业知识再次得到回顾，而且也使我学到了专业领域中一些前沿的知识，非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导和关怀的老师及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成毕业论文，他们的学识和为人也深深地影响着我。
在此，请让我再次向曾直接给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！
参考文献
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