割草机后堵盖注塑模具设计及数控仿真加工开题报告.docx

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割草机后堵盖注塑模具设计及数控仿真加工开题报告

毕业设计开题报告

机械设计制造及自动化

割草机后堵盖注塑模具设计及数控仿真加工

1选题的背景、意义

割草机是能切割牧草或其他可制成干草的作物，并将其铺放在地面上的畜牧机械。

20世纪初开始发展到现在，已经经过了几代人的开发和研究。

在畜牧业机械化高度发展的国家，新型割草机的研究正向着高速、节能的方向发展。

作为开启工业现代化的金钥匙，模具是实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。

没有高水平的模具，就不会有高水平、高质量的工业产品，模具的重要性不言而喻。

数控加工业向高速、精密、复合、智能和绿色趋势发展，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。

所以对割草机后堵盖用pro/e模具设计，通过对塑件进行工艺分析和比较，采用MasterCAM自动编程数控加工，不仅让我们能够熟练地掌握三维软件的应用以适应未来工作的需要，而且让我们掌握刀路设计及参数设计的步骤和原则。

2相关研究的最新成果及动态

作为与产品质量关系密切的模具行业，中国仍然存在大而不强的问题。

业内专家呼吁，中国模具行业应该加快数字化、信息化步伐，着力提升精细化设计和精加工能力。

近些年来，中国模具的设计和制造水平有了很大提高，计算机辅助技术、高速加工技术、热流道技术、气辅技术、逆向工程等新技术得到广泛应用。

在汽车覆盖件模具方面，国内已能生产中档新型轿车的覆盖件模具。

子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出成形模、精铸或树脂快速成形拉延模等，也已达到相当高的水平，制造出来的模具可与进口模具媲美[1]。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业，工业发达国家称之为“工业之母”。

模具成型具有效率高，质量好，节省原材料，降低产品成本等优点。

采用模具制造产品零件已成为当今工业的重要工艺手段。

模具在机械，电子，轻工，纺织，航空，航天等工业领域里，已成为使用最广泛的工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60%--80%产品零件，组件和部件的加工生产。

“模具就是产品质量”，“模具就是经济效益”的观念已被越来越多的人所认识和接受。

在中国，人们已经认识到模具在制造业中的重要基础地位，认识更新换代的速度，新产品的开发能力，进而决定企业的应变能力和市场竞争能力。

目前，模具设计与制造水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。

一个国家模具生产能力的强弱，水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品的开发和旧产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高[2]。

采用模具生产制件具有生产效益高、质量好、切削少、节约能源和原材料、成本低等一系列优点。

模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最有潜力的发展方向。

而注塑模又是模具生产中采用最普遍的方法。

世界塑料成型模具中，约60%为注塑模。

在国民经济中，模具工业已成为五大支柱产业——机械、电子、汽车、石油化工和建筑的基础。

随着社会的发展，它将发挥更加重要的作用。

随着社会生产和科学技术的迅猛发展，机械产品日趋精密复杂，且需求频繁改型，特别是在宇航，造船，军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。

加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专用化程度高的自动化机床已经不能适应这些要求。

为了解决上述问题，一种新型的机床——数控机床应运而生。

我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势。

一方面国内市场对数控机床有大量的需求；另一方面却有不少国家机床滞销积压。

国外机床产品占据市场的现象，严重影响我国数控机床自主发展的势头。

其原因除了有经营，产品质量和促销手段等因素外，还有一个主要的因素就是我国生产的数控机床品种少，性能差，新产品开发周期长，不能及时针对用户的需求提供满意的产品[3]。

2.1模具设计用到的Pro/E介绍

proe是美国PTC公司旗下的产品。

一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一[4]。

单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上。

所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。

换言之，在整个设计过程的任何　一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

全相关性Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。

这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。

基于特征的参数化造型Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。

这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改[5]。

2.2数控加工用到的软件MasterCAM介绍

Mastercam是美国CNCSoftwareInc.公司开发的基于PC平台的CAD/CAM软件。

Mastercam具有强劲的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能Mastercam提供了多种先进的粗加工技术，以提高零件加工的效率和质量。

Mastercam还具有丰富的曲面精加工功能，可以从中选择最好的方法，加工最复杂的零件。

Mastercam的多轴加工功能，为零件的加工提供了更多的灵活性[6]。

Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况。

Mastercam提供400种以上的后置处理文件以适用于各种类型的数控系统，比如常用的FANUC系统，根据机床的实际结构，编制专门的后置处理文件，编译NCI文件经后置处理后便可生成加工程序[7]。

2.3两个软件的现状

随着计算机软硬件技术和计算机图形技术的迅速发展，使得CAD/CAM技术作为计算机产业的重要组成部分，它的发展与应用程度已成为衡量一个国家科技进步和工业现代化的重要标志之一。

目前众多优秀的CAD/CAM软件和产品进入制造行业当中，促进制造技术水平的得到提高。

Proe和Mastercam是目前国内产品设计与数控加工领域中使用较为广泛的CAD/CAM应用软件。

Proe可广泛应用于各行业的产品设计，是目前高端CAD/CAM软件的代表之一，它提供了参数化的基本特征的实体模型化系统，模型间的相关联性设计，共享数据库和强大的分析系统等技术，为产品的设计、分析和制造的体化提供了平台，使产品CAD/CAM各系统之间实现了数据的自动传递集成。

正是因为其具有强大的功能，所以被各大型公司广泛使用。

MasterCAM软件是一个基于PC平台的CAD/CAM软件，由于其卓越的加工功能，在世界上拥有众多忠实的用户，被广泛的用于机械、航空、模具等领域。

但是,MasterCAM的设计功能相对薄弱，在进行复杂产品造型时较为困难，而Proe具备强大的产品设计功能。

因此，利用Proe进行产品的设计，结合MasterCAM进行数控加工就成为当前众多企业选择CAD/CAM方式[8]。

2.4模具设计和数控加工的发展趋势

模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展。

2.4.1模具软件功能集成化

模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的

2.4.2模具设计、分析及制造的三维化

传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。

模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享[9]。

2.4.3模具软件应用的网络化趋势

随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。

数控编程技术是数控技术重要的组成部分。

从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分，各工业发达国家也投入了大量的人力物力开发实用的数控编程系统[10]。

数控系统与被控机床本体的结合体成为数控机床。

数控技术是数控机床的关键技术。

数控系统将来发展的主要目标是：

增加可靠性，拓宽功能，提高系统舒适性，提高集成高度，提高系统的柔性和开放性，进一步降低价格。

表1-1列出了数控系统新的发展趋势[11]。

新一代数控系统广泛采用多微处理机系统，而且大量采用大规模集成电路和三维高密度焊接，高档的印制电路板，是系统小型化，经济，可靠。

中数控系统趋向于采用基于PC机的硬件构成形式，通过这种形式使应用PC软件（如MSWindows），PC工具和PC

数控系统领域

发展趋势

硬件

开放式数控系统，PC集成技术，系统模块化

系统软件

开发式数控系统，标准操作系统，实时数据库

CNC核心功能

三维刀具补偿，样条插补

监控和诊断

自适应技术，智能故障诊断

编辑功能

三维图形模拟，面向车间的编程WOP，宏程序设计，会话式蓝图编程

伺服功能

交流驱动，数字调节器，SERCOS

用户界面

用户可设计界面

通信

MAP/MMS,TCP/IP,现场总线等

表1-1

硬件成为可能[12]。

2.5数控机床的开放性

开放式生产对于一些资本密集型的从事大型制造，尤其是生产大批量复杂零件的厂家而言，有特别的意义。

开放式生产可以将企业的管理部门、设计部门、生产部门进行系统集成，通过TCP/IP通信协议进行网络通信，为制造商提供出整套数据信息一致的生产方案，使不同的CNC控制程序、编程加工位置以及刀具定位点等数据信息得到统一。

通过这样的网络通信，数据传递的速度得到极大提高。

过去要几个小时才能完成传输的大程序，现在只需几秒钟就行了[13]。

2.6数控机床的复合化

复合化包括工序复合化和功能复合化。

德国的Schulz和Kncisel研究了车铣加工可以完成车削加工硬质材料难以完成的精密加工，结果表明车铣加工表面质量可以和磨削相媲美，并且可以通过优化切削用量来提高刀具寿命。

数控机床的发展已模糊了粗、精加工等工序的概念。

加工中心又把车、铣、镗、钻等类的工序集中到一台机床来完成。

一台具有自动换刀装置、自动交换工作台和自动转换立卧主轴头的镗铣加工中心，不仅一次装卡可以完成镗、铣、钻、铰、攻丝和检验等工序，还可以完成箱体五个面粗、精加工的工序[14]。

在现代数控系统中还引进了自适应控制技术，数控系统能检测对自己有影响的信息，自动连续调整有关系统参数，对变化了的加工环境及时作出反应[15]。

利用这些知识库，经过推理可以进行故障定位或排除故障。

现代数控机床都具有很强的通信功能，可以与其他CNC系统，上位机，编程机及各种外设进行通信，实现数控机床联网或进线的要求。

它们除了有RS-232C串行接口外，还有RS-422，DNC等多种通信接口，最新的数控系统采纳了符合ISO的开放系统互联（OSI）参考模型的有关协议进行网络连接，如MAP/MMS，现场总线等[16]。

3课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究难点及预期达到的目标

3.1课题的研究内容

本课题主要是塑料成型的工艺设计及制造，也就是注塑模的工艺设计方案分析及确定工艺计算，模具结构设计计算等内容。

生产主要是为了提高生产效率，因此在设计是要力求结构简单，但是一定要保证其精度要求。

产品三维图如下：

3.2研究方法（技术路线）

注塑模具的设计须按照以下几个步骤进行

3.2.1塑件分析

（1）明确塑件设计要求仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种，塑件形状，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行性和经济性，必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。

（2）明确塑件的生产批量小批量生产时，为降低成本，模具尽可能简单；在大批量生产时，应保证塑件质量前提条件下，尽量采用一模多腔或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产率，因此对模具的推出机构，塑件和流道凝料的自动脱模机构提出严格要求。

（3）计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。

3.2.2注塑机选用

根据塑件的体积或重量大致确定模具的结构，初步确定注塑机型号，了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数，如注塑机定位圈的直径，喷嘴前端孔径及球面半径，注塑机最大注塑量，锁模力，注塑压力，固定模板和移动模板面积大小及安装螺孔位置，注塑机拉杆的间距，闭合厚度，开模行程，顶出行程等。

3.2.3模具设计的有关计算

（1）凹，凸模零件工作尺寸的计算；

（2）型腔壁厚，底板厚度的确定；

（3）模具加热，冷却系统的确定。

3.2.4模具结构设计

（1）塑件成型位置及分型面选择；

（2）模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置；

（3）模具工作零件的结构设计；

（4）侧分型与抽芯机构的设计；

（5）顶出机构设计；

（6）拉料杆的形式选择；

（7）排气方式设计。

3.2.5模具总体尺寸的确定，选购模架

模架已逐渐标准化，根据生产厂家提供的模架图册，选定模架，在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图。

3.2.6注塑机参数的校核

（1）最大注塑量的校核；

（2）注塑压力的校核；

（3）锁模力的校核；

（4）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核，包括闭合高度，开模行程，模座安装尺寸等几方面的相关尺寸校核。

3.2.7模具结构总装图和零件工作图的绘制

模具总图绘制必须符合机械制图国家标准，其画法与一般机械图画法原则上没有区别，只是为了更清楚地表达模具中成型制品的形状，浇口位置的设置，在模具总图的俯视图上，可将定模拿掉，而只画动模部分的俯视图。

模具总装图应该包括必要尺寸，如模具闭合尺寸，外形尺寸，特征尺寸（与注塑机配合的定位环尺寸），装配尺寸，极限尺寸（活动零件移动起止点）及技术条件，编写零件明细表等。

通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，因此应首先认真绘制，而其余零部件应尽量采用标准件。

3.3研究难点

（1）注塑零件的设计与工艺路线；

（2）模具结构设计及其计算；

（3）塑料成型的工艺设计及制造；

（4）注塑模的工艺设计方案分析及确定工艺计算。

3.4预期达到的目标

通过本次毕业设计能更好的掌握注塑模具的设计方法，对PRO/E软件的运用更加熟练深入并能将所设计的模具应用于生产实践。

4研究工作详细进度和安排

2010.11.15—11.20下达任务书。

2010.11.20---12.31完成外文翻译、文献综述、开题报告初稿。

2011．1.10前—完成外文翻译（两篇）、文献综述、开题报告。

2011.3.28前—完成提交实习报告，要求必须在第6周结束前完成实习返校，不得请假，以保证毕业设计基本的工作时间。

2011．4.30前—中期检查毕业论文的进展情况。

2011.5.15前-完成毕业设计（论文）初稿。

2011.5.27-5.29毕业答辩。

5参考文献

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中国轻工业出版社.1995

[2]宋王恒.塑料注塑模设计实用手册[M].北京：

航空工业出版社.1994

[3]陈万林.实用塑料注塑模设计与制造[M].北京：

机械工业出版社.2000

[4]贾润礼，程志远.实用注塑模设计手册[M].北京：

中国轻工业出版社.2000

[5]于华.注塑模具设计技术及实例[M].北京：

机械工业出版社.1998

[6]陆宁.实用注塑模具设计[M].北京：

中国轻工业出版社.1997

[7]《塑料模设计手册》编写组.塑料模设计手册[M].第二版.北京：

机械工业出版社.1994

[8]刘昌祺.塑料模具设计[M].北京：

机械工业出版社.1998

[9]《塑料模具技术手册》[M]编委会.北京：

机械工业出版社.1997

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（2）42：

20-22

[11]王志浩.直线运动球轴承保持圈注塑模设计[M].模具工业.2005.No.2.总第288期

[12]周永泰.中国模具工业的现状与发展[M].电加工与模具.2005增刊总第247期

[13]Pro/E模具设计[M]杨峰人民邮电出版社

[14]Pro/E模具设计与Mastercam数控加工[M]何满才人民邮电出版社

[15]林清安《Pro/E入门与范例》[M]中国铁道出版社2006

[16]Matsumoto,T.andTanaka,M.Optimumdesignofcoolinglinesininjectionmouldsbyusingboundaryelementdesignsensitivityanalysis.FiniteElementsinAnalysisandDesign,1993,14（2-3）,177-185.