数码相机面壳注塑模的设计与数控加工.docx

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数码相机面壳注塑模的设计与数控加工

河南科技学院

2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：

数码相机面壳注塑模的设计与

数控加工

学生姓名：

刘佳伟

所在院系：

机电学院

所学专业：

机电技术教育

导师姓名：

王振宁

完成时间：

2009年5月20日

摘要

Pro/ENGINEER及MasterCAM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软件进行数码相机面壳的模具设计,然后将图形数据转换到MasterCAM软件中进行数控编程的具体实现方法,并利用MasterCAM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主要步骤，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、凹模

Thedesignandnumericalcontrolmachineprocessingofthedigitalcameracover-paneljetmould

Abstract

Pro/ENGINEERandMasterCAMarewidelyusedindomesticandinternationalmouldsdesignandNCmachiningintheCAD/CAMrealm.ThecombinedapplicationofthesetwosoftwarescanimprovemoldsdesignanditsNCmachining'squalityandefficiency.ThispaperexpatiatesthemethodandmaintechniquestoproceedthemoldsdesignoftheDigitalcameracover-panelwiththePro/ENGINEERsoftware,thenconvertthegraphicsdatatoMasterCAMsoftwaretoproceedtheNCprogramme,andapplytheMasterCAMsoftwaretocreatetheNCmachiningcodeandtransportittothecontrolsystemoftheNCmachiningcenterortheNCmillingmachineforprocessing.Throughdesignthejetmould,Ihasgraspedthemainstepofthecorrelationmolddesigns,andalsohasthefurtherenhancementontheCAD/CAMsoftwareapplication.

Keywords：

Jetmould,Mouldsdesign,Toolpath,NCmachining,Punch–die

目录

1绪论1

2设计要求1

3用Pro/ENGINEER软件对数码相机面壳进行三维造型1

3.1数码相机面壳的工艺性分析2

3.1.1数码相机面壳结构尺寸2

3.1.2数码相机面壳的精度2

3.1.3数码相机面壳的材料2

4用Pro/ENGINEER软件对数码相机面壳进行模具设计2

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3

4.1.3设计毛坯工件3

4.1.4设计分型面3

4.1.5分割体积块4

4.1.6抽取模具元件4

4.1.7铸模4

4.1.8开模4

4.2模具的工艺性分析7

4.2.1模具的结构尺寸7

4.2.2模具的精度7

4.2.3模具的材料7

5从Pro/ENGINEER系统转出IGES数据文件7

6MasterCAM系统转入IGES数据文件7

7用MasterCAM软件对数码相机面壳进行数据加工7

7.1对数码相机面壳凹模进行数控加工7

7.2对数码相机面壳凸模进行数控加工15

8结束语24

致谢24

参考文献25

1绪论

现代制造业的发展，尤其是电子、电器、仪表、汽车等工业产品的发展，几乎都离不开注塑模的发展，而且需求量相当大，对于注塑模的设计与制造的要求越来越高。

2004年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展，能否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，所以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，以加速新产品的投产及产品更新换代，提高经济效益及竞争力。

随着计算机技术的进步，机械行业的设计与加工技术发展迅速，工业设计领域的CAD/CAM软件也得到了前所未有的发展，各种三维CAD/CAM软件应运而生，且各具特色。

Pro/ENGINEER及MasterCAM是目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应用软件。

Pro/ENGINEER具有强大的曲面和实体参数化造型功能，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MasterCAM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、易于上手及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，有简单的，有复杂的，就设计的总体过程来说是一样的，只是不同的加工要求导致不同的工艺过程，本设计是根据注塑件的要求，利用计算机三维软件来设计、数控加工中心来制造完成的。

2设计要求

模具的具体设计要求为：

（1）利用Pro/ENGINEER软件对数码相机面壳进行三维造型及模具设计

（2）利用MasterCAM软件对数码相机面壳注塑模进行数控编程

（3）利用MasterCAM软件生成数控加工代码

（4）利用数控铣床对数码相机面壳凸模进行加工

3用Pro/ENGINEER软件对数码相机面壳进行三维造型

在进行数码相机面壳模具设计与加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系统下的【零件】模块对数码相机面壳进行三维造型。

效果如图1所示。

图1数码相机面壳实物示意图

3.1数码相机面壳的工艺性分析

3.1.1数码相机面壳结构尺寸

该面壳结构比较复杂，尺寸为110×64×20（mm），壁厚t=1mm，尺寸不大，适宜于注塑加工。

3.1.2数码相机面壳的精度

工件是数码相机面壳，要求的精度较高，需按照数控机床加工出的注塑模具才能达到该工件所需要的精度。

3.1.3数码相机面壳的材料

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。

适用于绝大多数的数码相机和手机外壳，只要结构设计比较优化，强度是有保障的。

较常用GECYCOLOYC1200HF。

4用Pro/ENGINEER软件对数码相机面壳进行模具设计

数码相机面壳三维造型完成后，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、铸模及开模几大部分。

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只显示模具的三个基准面示意图

4.1.2设置收缩率

根据铸造理论，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，通常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。

该产品的收缩率设置为“0.005”。

4.1.3设计毛坯工件

效果如图3所示。

4.1.4设计分型面

模具型腔设计的重点在于分型面的创建，模具分型面是型芯与型腔的分界线，分型面的实质是曲面，是分割体积块创建模具元件的依据。

图3产生毛坯工件示意图

4.1.5分割体积块

在成功设计毛坯工件、设计分型面后，还须对模具进行分割。

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。

效果分别如图4、图5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充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，并在模型树中显示出来。

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。

效果如图6所示。

4.1.8开模

铸模完成后，Pro/ENGINEER系统能模拟开模过程，以便更清晰地观看模具型腔和型芯系统的结构。

效果如图7所示。

图4凸模体积块示意图

图5凹模体积块示意图

图6铸模模型示意图

图7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

（1）凹模：

尺寸为140×100×25（mm）

（2）凸模：

尺寸为140×100×35（mm）

该模具结构比较复杂，尺寸不大，适宜于注塑加工。

4.2.2模具的精度

工件是数码相机面壳模具，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，此材料的抗拉强度δb=470MPa，0.2%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，适合数控切削加工。

5从Pro/ENGINEER系统转出IGES数据文件

模具设计完成后，将凸、凹模文件转换为IGES格式文件，然后由MasterCAM系统转入进行加工。

（1）转出凸模IGES数据文件

（2）转出凹模IGES数据文件

6MasterCAM系统转入IGES数据文件

从Pro/ENGINEER系统中输出凸、凹模零件的IGES格式文件后，便可以在MasterCAM系统中将其转入进行加工。

（1）转入凸模IGES数据文件

（2）凸模IGES数据文件的坐标处理

（3）转入凹模IGES数据文件

（4）凹模IGES数据文件的坐标处理

7用MasterCAM软件对数码相机面壳进行数据加工

7.1对数码相机面壳凹模进行数控加工

（1）加工坯料及对刀点的确定

在规划数码相机面壳凹模加工刀具路径前，先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界，并将图形中心的最高点移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。

效果如图8所示。

（2）规划曲面挖槽粗加工刀具路径，预留量“0.3”

规划数码相机面壳凹模曲面挖槽粗加工刀具路径，目的是粗切除大部分的工件材料。

效果如图9所示。

图8结果示意图

图9曲面挖槽粗加工刀具路径示意图

（3）工件参数设置

在数码相机面壳凹模进行曲面挖槽粗加工模拟前，先要对坯料工件参数进行设定。

（4）曲面挖槽粗加工实体加工模拟

利用Mastercam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，可以及时发现曲面挖槽粗加工中存在的问题，以便对不合理的粗加工参数加以改进。

效果如图10所示。

图10曲面挖槽粗加工结果示意图

（5）规划曲面挖槽加工刀具路径，清除底部平坦部位残料

规划数码相机面壳凹模曲面挖槽加工刀具路径，目的是清除大刀加工后在底部平坦部位余留下的残料。

效果如图11、图12所示。

（6）规划曲面平行粗加工刀具路径

规划数码相机面壳凹模曲面平行粗加工刀具路径，将针对圆弧形凹曲面进行粗切削。

效果如图13、图14所示。

（7）规划曲面平行精加工刀具路径

规划数码相机面壳凹模曲面平行粗加工刀具路径，将针对圆弧形凹曲面进行精切削。

效果如图15、图16所示。

（8）规划曲面等高外形精加工刀具路径

规划数码相机面壳凹模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对较陡曲面的余留残料进行精加工。

效果如图17、图18所示。

图11曲面挖槽加工刀具路径示意图

图12曲面挖槽粗加工结果示意图

图13曲面平行粗加工刀具路径示意图

图14平行粗加工结果示意图

图15曲面平行精加工刀具路径示意图

图16平行精加工结果示意图

图17曲面等高外形精加工刀具路径示意图

图18等高外形精加工结果示意图

（9）生成加工NC代码

利用MasterCAM系统的Post后处理功能，自动生成加工数码相机面壳凹模所需要的NC代码。

如下所示

%0000

N106G0G90G54X22.655Y-48.306S1500M3

N108Z30.

N110Z5.2

N112G1Z2.2F500.

N114G3X25.41Y-45.989Z1.904I1.378J1.158

N116X22.655Y-48.306Z1.607I-1.378J-1.158

N118X25.41Y-45.989Z1.311I1.378J1.158

N120X22.655Y-48.306Z1.015I-1.378J-1.158

N122X25.41Y-45.989Z.718I1.378J1.158

N124X22.655Y-48.306Z.422I-1.378J-1.158

N126X25.41Y-45.989Z.125I1.378J1.158

N128X22.655Y-48.306Z-.171I-1.378J-1.158

N130X24.891Y-48.73Z-.3I1.378J1.158

N132G1X26.094Y-50.947

.

.

.

N6596X-21.496Y30.155

N6598X-21.556Y30.108

N6600X-21.608Y30.075

N6602X-21.778Y29.924

N6604X-21.875Y29.852

N6606X-22.036Y29.688

N6608X-22.136Y29.601

N6610X-22.285Y29.425

N6612X-22.386Y29.323

N6614X-22.522Y29.138

N6616X-22.62Y29.023

N6618X-22.741Y28.831

N6620X-22.835Y28.702

N6622X-22.937Y28.511

N6624G0Z-17.04

N6626Z30.

N6628M5

N6630G91G28Z0.

N6632G28X0.Y0.A0.

N6634M30

%

（10）传输NC程序

利用MasterCAM系统的Communic传输功能，将系统自动生成的数码相机面壳凹模NC代码传输到数控加工设备的控制器内。

（11）加工参数设置

表1凹模加工参数设置

序号

刀具

进给率（mm/min）

下刀速率（mm/min）

退刀速率（mm/min）

主轴转速（r/min）

Z轴进给量（mm）

加工余量（mm）

（2）

Φ6平铣刀

500

500

1500

1500

0.5

0.3

（5）

Φ6平铣刀

500

500

1500

1500

0.2

0

（6）

Φ10球刀

900

900

2000

2000

0.3

0.1

（7）

Φ10球刀

600

600

2000

2000

0.1

0

（8）

Φ6球刀

750

750

2500

2500

0.2

0

7.2对数码相机面壳凸模进行数控加工

（1）加工坯料及对刀点的确定

在规划数码相机面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，并将图形中心的最高点移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。

效果如图19所示。

（2）规划曲面挖槽粗加工刀具路径，预留量“0.3”

规划数码相机面壳凸模曲面挖槽粗加工刀具路径，目的是粗切除大部分的工件材料。

效果如图20所示。

（3）工件参数设置

在数码相机面壳凸模进行曲面挖槽粗加工模拟前，先要对坯料工件参数进行设定。

（4）曲面挖槽粗加工实体加工模拟

利用MasterCAM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，可以及时发现曲面挖槽粗加工中存在的问题，以便对不合理的粗加工参数加以改进。

效果如图21所示。

图19产生结果示意图

图20曲面挖槽粗加工刀具路径示意图

图21曲面挖槽粗加工结果示意图

（5）规划曲面挖槽加工刀具路径，将模具靠面加工到位

规划数码相机面壳凸模曲面挖槽加工刀具路径，目的是清除上一步曲面挖槽粗加工后在模具靠面余留下的残料。

效果如图22、图23所示。

（6）规划曲面挖槽加工刀具路径，清除顶部平坦部位残料

规划数码相机面壳凸模曲面挖槽加工刀具路径，目的是清除第一步曲面挖槽粗加工后在工件顶面余留下的残料。

效果如图24、图25所示。

（7）规划外形加工刀具路径

规划数码相机面壳凸模外形加工刀具路径，将针对顶面曲面挖槽加工无法清除的残料进行切削。

效果如图26、图27所示。

（8）规划曲面等高外形精加工刀具路径

规划数码相机面壳凸模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对较陡曲面的余留残料进行精加工。

效果如图28、图29所示。

（9）规划曲面等高外形精加工刀具路径

规划数码相机面壳凸模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对前一等高外形精加工刀具路径在曲面下部余留的残料进行精加工，同时清角。

效果如图30、图31所示。

图22曲面挖槽加工刀具路径示意图

图23曲面挖槽加工结果示意图

图24曲面挖槽加工刀具路径示意图

图25曲面挖槽加工结果示意图

图26外形加工刀具路径示意图

图27外形加工结果示意图

图28曲面等高外形精加工刀具路径示意图

图29等高外形精加工结果示意图

图30曲面等高外形精加工刀具路径示意图

图31等高外形精加工结果示意图

（10）生成加工NC代码

利用MasterCAM系统的Post后处理功能，自动生成加工数码相机面壳凸模所需要的NC代码。

效果如下所示。

%0000

N106G0G90G54X49.131Y-66.003S800M3

N108Z30.

N110Z5.3

N112G1Z2.3F300.

N114G3X48.869Y-71.997Z1.806I-.131J-2.997

N116X49.131Y-66.003Z1.312I.131J2.997

N118X48.869Y-71.997Z.818I-.131J-2.997

N120X49.131Y-66.003Z.324I.131J2.997

N122X48.869Y-71.997Z-.17I-.131J-2.997

N124X51.121Y-71.121Z-.3I.131J2.997

N126G1X54.Y-73.999

N128Y-68.08

N130X-54.

N132Y-62.16

.

.

.

N8240X-30.107Y-53.222

N8242X-30.89Y-52.372

N8244X-31.602Y-51.461

N8246X-32.236Y-50.495

N8248X-32.79Y-49.481

N8250X-33.258Y-48.424

N8252X-33.64Y-47.333

N8254X-33.93Y-46.215

N8256X-34.129Y-45.076

N8258X-34.234Y-43.925

N8260X-34.252Y-43.217

N8262Y-43.215

N8264Y-38.175

N8266X-55.

N8268G0Z-17.1

N8270Z30.

N8272M5

N8274G91G28Z0.

N8276G28X0.Y0.A0.

N8278M30

%

（11）传输NC程序

利用MasterCAM系统的Communic传输功能，将系统自动生成的数码相机面壳凸模NC代码传输到数控加工设备的控制器内。

（12）加工参数设置

表2凸模加工参数设置

序号

刀具

进给率（mm/min）

下刀速率（mm/min）

退刀速率（mm/min）

主轴转速（r/min）

Z轴进给量（mm）

加工余量（mm）

（2）

Φ10平铣刀

300

300

800

800

0.6

0.3

（5）

Φ10平铣刀

300

300

800

800

0.6

0

（6）

Φ8平铣刀

360

360

1000

1000

0.3

0

（7）

Φ8平铣刀

360

360

1000

1000

0.3

0

（8）

Φ10球刀

700

700

2300

2300

0.3

0

（9）

Φ6平铣刀

100

100

1500

1500

0.15

0

8结束语

在此次设计的过程中，培养了我的综合运用所学知识的能力，分析和解决实际中所遇到问题的能力，并且能巩固和深化我所学的专业知识，使我在调查研究和收集资料等方面有了显著的提高，同时在理解分析能力、制定设计计算和绘图能力方面有较大的进步；另外我的技术分析和组织工作的能力也有一定程度的提高。

致谢

非常感谢学院领导和老师给我提供了这次良好的深入学习的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回顾学习，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亲切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，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着我。

在此，请允许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

［1］何满才.Pro/ENGINEER模具设计与Mastercam数控加工[Ｍ].北京：

人民邮电出版社，2006

［2］孙中柏.Mastercam9.1模具设计与加工范例[Ｍ].北京：

清华大学出版社，2006

［3］戴向国.Mastercam9.0数控加工基础教程[Ｍ].北京：

人民邮电出版社，2004

［4］龙马工作室.Pro/ENGINEERWildfire2.0完全自学手册[Ｍ].北京：

人民邮电出版社，2003

［5］蔡汉明.新编实用数控加工手册[Ｍ].北京：

人民邮电出版社，2008

［6］彭建生.模具设计与加工速查手册[Ｍ].北京.机械工业出版社，2005

［7］苏树珊.模具实用技术设计综合手册[Ｍ].广州：

华南理工大学出版社，2003

［8