塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计.docx

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塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计

本科毕业设计论文

题目塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计

专业名称机械设计制造及其自动化

学生姓名冯凡

指导老师周惠群

毕业时间2014.6

设计

论文

毕业任务书

一、题目

塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计

二、指导思想和目的要求

1.毕业设计是一次理论结合实际的训练，是一项综合能力的锻炼，是对四年来所学知识的系统运用。

通过这次毕业设计，要巩固和加强以前在校所学的基础理论和专业知识；培养学生综合运用所学的知识以解决实际工程问题的独立工作能力，并初步掌握机械装备或部件设计的思想、设计程序、设计原则、步骤和方法；培养学生使用有关设计规范、手册、参考文献以及分析计算、绘图和编写设计说明书等项能力的基本技能训练；要强调对学生创新精神的培养，注意提高其科研能力，既要遵循科学研究的一般规律，又要符合本科教学的基本要求。

2.毕业设计的目的是要进一步巩固和加强对我们的基本知识和基本技能训练，加强对我们的多学科理论、知识与技能综合运用能力的训练，加强我们的创新意识、创新能力和获取新知识能力的培养。

设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务；认真对待设计计算、绘图等工作，在设计中应遵循设计规范，尽量利用国内外先进技术与经验，以使设计成果达到较高的水平。

通过毕业设计培养我们严谨、求实的治学方法和刻苦钻研、勇于探索的精神。

并且要求在规定时间内完成要求的设计内容。

三、主要技术指标

1、确定自己用UG三维软件技术进行设计的思路和方案。

2、掌握UG、AutoCAD等软件的使用方法。

3、用UG软件设计一个螺旋压板机构。

4、用UG应用软件系统完塑料壳凹模模加工的数控编程。

5、撰写论文，阐述自己毕业设计的工作内容。

四、进度和要求

2013.3—2013.3.15：

翻译外文文献、熟悉设计所需的专业知识搜集资料做

好准备工作，查阅资料，确定设计方案，熟悉相关软件，做好准备工作，进行总体设计；

2013.4.5—2013.4.15:

完成装配图及三维视图；

2013.4.15—2013.5：

进行塑料壳凹模的程序编制及其仿真加工；

2013.5—2013.6：

撰写毕业设计论文；

2014.6：

准备并完成答辩。

五、主要参考书及参考资料

[1]濮良贵，纪名刚,《机械设计》第八版北京：

高等教育出版社，2006

[2]毛振扬等，《机械零件课程设计》杭州：

浙江大学出版社，1995

[3]哈尔滨工业大学，《机械零件设计指导书》北京：

人民教育出版社，1982

[4]马兰《机械制图》北京，机械工业出版社，2010.3

[5]袭贵义，《机械夹具设计》机械零件设计图册，北京：

人民教育出版社，1981

[6]王科社，《机械设计课程设计指导书》北京：

北京机械工业学院，2001

[7]周凯勤，《机械零件设计手册》第5版，北京：

高等教育出版社，2001

[8]黄华梁，彭文生，《机械设计基础》第3版，北京：

高等教育出版社，2001

[9]成大先，《机械设计手册》第二版，北京：

化学工业出版社，1994

[10]北京化工学院、华南工学院，《塑料机械设计》北京：

轻工业出版社，2010

[11]李波，《AutoCAD2011机械设计完全自学手册》机械工业出版社，2011.6

[12]徐鸿本，《机械夹具设计》辽宁科学技术出版社2004.3

[13]邓文英，郭晓鹏，宋力宏，《金属工艺学第五版》高等教育出版社，2008.4

[14]阎光明，侯忠滨，张云鹏，《现代制造工艺基础》西北工业大学出版社,2007.8

[15]李体仁，《数控加工与编程技术》北京大学出版社，2011.1

[16]麓山文化，《UGNX7从入门到精通》北京：

机械工业出版社，2010.1

[17]王义文，《UGNX7.0从入门到精通》北京：

中国铁道出版社，2011.3

学生冯凡指导教师周惠群系主任魏生民

摘要

数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。

用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。

它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。

数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。

有手工编程和自动编程两种方法。

螺旋压板机构是指螺旋副与其他元件相结合，对工件实施夹紧的机构。

螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。

螺旋压板机构结构简单，夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大，是手动夹紧中采用最多的一种夹紧机构。

本文以塑料壳凹模加工的数控编程为例，对数控编程进行介绍，是零件从图纸到获得数控加工程序的全过程。

本文以螺旋压板机构的设计为例，对夹紧机构进行了介绍。

夹具的特点是操作简便，针对性强，夹紧力可靠，结构紧凑，生产效率高，使用安全，且有合理的装卸空间。

本次设计还运用制图软件UG，AutoCAD对螺旋压板机构的各个零部件进行了三维制图和装配并且绘制了零件图和装配图的工程图。

除此之外，还用了UG对塑料壳凹模进行了数控加工编程。

关键词：

数控编程，螺旋压板机构，夹紧机构，装配图，工程图

ABSTRACT

CNCmachiningreferstoaprocessforpartsonCNCmachinetoolsformachining,CNCmachiningprocessplanningwithtraditionalmachiningsaidingeneralisthesame,butsignificantchangeshavetakenplace.Digitalinformationcontrolpartsandmachiningtooldisplacementmethod.Itistosolvethepartschangingvarieties,smallbatch,complexshape,highprecisionproblemsandachieveefficientandeffectivewaytoautomatedprocessing.CNCprogrammingCNCmachiningisoneofthemainstagesofpreparation,oftenincludingpartspatternanalysistodeterminethemachiningprocess;calculatethetrajectorypasses,drawncutterlocationdata;writeNCprograms;productioncontrolmedium;proofreadingprocessandthefirstpiecesoftestcut.Therearemanualprogrammingandautomaticprogrammingoftwoways.

Platenmechanismisthehelicalscrewpaircombinationwithotherelements,theclampingmechanismofaworkpiece.Screwclampingmechanismisverycommontouseinproduction.Spiralplatemechanismissimplestructure,largeclampingstroke,andgoodself-lockingperformance,increasestrengthratio,isusedinmostmanualclampingaclampingmechanism.

Inthispaper,theplasticcaseofthediemachiningCNCprogrammingexample,introducedCNCprogrammingisdrawingtogetpartsfromCNCmachiningprogramtheentireprocess.

Inthispaper,spiralplatedesignagency,forexample,oftheclampingmechanismwereintroduced.Fixturefeaturesasimple,targeted,clampingforce,reliable,compact,highproductionefficiency,safety,andthereisareasonablehandlingspace.

ThedesignalsousesmappingsoftwareUG,AutoCADvariouspartsofthespiralplatebodieswereassembledandthree-dimensionalmappinganddrawnpartsandassemblydrawings.Inaddition,alsowithaplasticshelldieUGconductedonNCprogramming.

Keywords:

CNCprogramming，spiralplateinstitutions，clampingmechanism，assemblydrawing,engineeringdrawings

摘要Ⅰ

ABSTRACTⅡ

第1章绪论5

1.1数控加工的发展背景5

1.2国内外的发展史及研究动态5

1.3研究背景6

1．4选题的意义6

1.5本次设计的简介7

第2章螺旋压板机构的简介8

2.1螺旋压板机构的初步认识8

2.2夹具的分类9

2.2.1万能通用夹具9

2.2.2专用性夹具9

2.2.3可调夹具9

2.2.4组合夹具9

2.2.5组成夹具9

2.2.6自动线夹具9

2.3螺旋压板机构的特点10

2.4本章小结10

第3章设计过程中软件的功能介绍11

3.1UG软件的简介11

3.2UG软件的操作解析11

3.2.1UG界面介绍11

3.2.2鼠标功能13

3.2.3工具条13

3.3AutoCAD软件的简介13

3.3.1AutoCAD的发展史13

3.3.2AutoCAD的工作界面13

3.4本章小结14

第4章塑料壳凹模的数控编程15

4.1塑料壳凹模零件15

4.2塑料壳凹模加工的工艺路线15

4.3塑料壳凹模的数控加工15

4.4本章小结23

第5章零件建模24

5.1制图过程24

5.2零件建模过程24

5.3本章小结33

第6章工程图的绘制34

6.1主要零件工程图的绘制34

6.2整体装配图的绘制37

6.3本章小结37

第7章螺旋压板机构的装配38

7.1装配操作的基本步骤38

7.2螺旋压板机构的装配过程38

7.3本章小结43

第8章全文总结44

第9章毕业设计心得体会45

参考文献47

致谢48

附录49

第1章绪论

1.1数控加工的发展背景

数控技术起源于航空工业的需要，20世纪40年代后期，由美国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想，1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。

50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。

60年代，数控系统和程序编制工作日益成熟和完善，数控机床已被用于各个工业部门，但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。

一些大的航空工厂配有数百台数控机床，其中以切削机床为主。

数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。

数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主，连续轨迹控制。

又称轮廓控制，要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。

以后又大力发展点位控制数控机床。

点位控制是指刀具从某一点向另一点移动，只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。

1.2国内外的发展史及研究动态

数控加工机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。

随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。

数控加工机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。

它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。

欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控加工机床产业化进程，而中国从20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。

中国数控加工仍然较为落后。

中国数控加工机床市场巨大，与国外产品相比，中国的差距主要是数控加工机床的高速高效化和精密化上。

与国外的铸造机床产业相比，我国的铸造机床产业在制造工艺水平上明显落后，这使得其在核心运行部件的技术水平和运行速度、产品精度保持性以及机床的可靠性上有着明显的不足。

由于中国数控加工和工业化水平逐步提升，其技术的获得再也不能依赖别人。

过去，中国走了一条从模仿到引进的道路，从现在开始必须走自主创新的道路。

企业技术遇到新的封锁，建立自主、新型、战略性的产学研创新模式是支撑产品结构调整技术来源的惟一途径。

1.3研究背景

我国铸造机床企业缺乏自主创新和基础理论研究的意识与能力，这就制约了我国铸造机床技术的发展，要改变这种现状，就要深入研究用户行业产品工艺的特点和要求，结合工艺特点开发出高水平加工设备，同时，还要注重基础理论工作的研究，这样才能让我国铸造机床产业在不久的将来有更好的发展。

机械设计制造及其自动化专业所涵盖的内容非常广泛，机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标准之一。

国家的工业、农业、国防和科学技术的现代化程度都与机械工业的发展程度相关。

目前在机械制造加工工艺中，数控加工对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，能够大大提高劳动生产力和改善劳动条件。

同时，不论是集中进行的大量生产还是多品种、小批量生产，都便于实现产品的标准化、系列化和通用化，在加速生产实现机械化、自动化进程等方面有非常重要的作用。

1.4选题的意义

本次选择课题为塑料壳凹模加工的数控编程及螺旋压板机构的设计，其中塑料壳凹模加工的数控编程意义非凡，数控加工具有工序集中、操作简单、降低劳动强度、质量稳定、柔性化高、加工范围广等特点。

设计螺旋压板机构意义重大，因为它作为一种机械夹具，用于切削加工时安装工件并使之与机床和刀具间保持正确的相对位置。

机床夹具被广泛用于制造业中，为大批量生产提供了必要条件。

它的作用包括保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、是实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备。

所以设计一个操作简单装夹方便的压板机构对工业生产是十分重要的。

1.5本次设计的简介

在对螺旋压板机构总体设计之前，需要确定螺旋压板机构的夹紧方式，基本类型以及绘制草图，并根据结构特点和要达到的要求进行分析，如各个部分的尺寸、形状、连接方式等。

然后还必须深入了解螺旋压板机构的工作原理，大量收集资料和尺寸数据，了解螺旋压板机构的优缺点，并进行改良和再设计。

然后是总体方案的设计，总体方案设计的具体工作是绘制各个组成零件的三维设计图、工程图、装配图并导出CAD图且进行数据标注。

本次毕业设计还包含了塑料凹模的速控仿真加工，它是一个将设计转化为实物的过程，通过仿真我们可以完善设计方案，并对零件的可加工性进行检测，同时还是一个系统熟悉UG软件的过程。

通过分析和借鉴图1-1的模型机构，并自己设计出一个螺旋压板机构。

螺旋压板机构的结构如下图1-1所示：

图1-1

第2章螺旋压板机构的简介

2.1螺旋压板机构的初步认识

螺旋夹紧机构是指螺旋副与其他元件（压板、垫片、螺钉等）相结合，对工件实施夹紧的机构。

螺旋夹紧机构在生产中使用极为普遍。

螺旋夹紧机构结构简单，夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大，是手动夹紧中用的最多的一种夹紧机构。

常用的夹紧形式有：

单个螺旋夹紧机构、螺旋压板夹紧机构。

图2-1

常见的螺旋压板夹紧机构如图2-1、2-2所示，（左）为移动压板，（右）为回转压板。

图2-2

2.2夹具的分类

夹具分有万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具、组成夹具、自动线夹具等。

2.2.1万能通用夹具

特点：

能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。

适用于各种不同尺寸的零件加工，如导尺、分度盘等。

常见的万能通用夹具有：

机用虎钳、卡盘、吸盘、分度头和回转工作台等。

2.2.2专用性夹具

特点：

为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。

如在铣床上加工弯曲零件必须采用相应的夹具，在刨床上加工斜面、曲面也要采用专用夹具。

常见的专用性夹具有：

车床夹具、铣床夹具、钻模、镗模和随行夹具。

2.2.3可调夹具

特点：

可以更换或调整元件的专用夹具。

常见的可调夹具：

三坐标夹具等。

2.2.4组合夹具

特点：

由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

常见的组合夹具有：

轴承座夹具等。

2.2.5组成夹具

这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。

它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。

这类夹具从外形上看它和可调夹具不易区别。

但它与可调夹具相比，具有使用对象明确、设计科学合理、结构紧凑、调整方便等优点。

2.2.6自动线夹具

自动线夹具一般分为两种：

一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。

2.3螺旋压板机构的特点

螺旋压板机构应能满足以下基本要求：

（1）结构简单、夹紧行程大，且自锁性能好，增力比大。

（2）结构刚性好、成本低易操作、易于维修。

（3）操作方便省力，安全。

（4）灵活性强、夹紧可靠、便于装卸。

（5）具有良好的工艺性。

2.4本章小结

螺旋压板机构作为一种机械夹具，用于切削加工时安装工件并使之与机床和刀具间保持正确的相对位置。

机床夹具被广泛用于制造业中，为大批量生产提供了必要条件。

它的作用包括保证机械加工质量、提高生产效率、减轻劳动强度、降低对工人技术的过高要求、是实现生产过程自动化不可或缺的重要工艺装备。

所以设计一个操作简单装夹方便的压板机构对工业生产是十分重要的。

本章通过对螺旋压板机构功能的阐述，对夹紧机构有了更系统更全面的了解；螺旋压板将工件零件准确定位和可靠夹紧，便于零件加工制造、保证结构构件精度方面要求得工艺装备。

其作用是要使工件在夹具中具有准确和确定不变的位置，在保证加工要求的情况下，限制足够的自由度。

由于螺旋夹紧具有以上特点，很适用于手动夹紧。

第3章设计过程中软件的功能介绍

3.1UG软件的简介

UG软件是美UnigraphicsSolution公司（简称UGS）开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。

它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

它功能强大，可以实现各种复杂实体的建模、工程分析、运动仿真、数控编程等功能。

UG的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。

其软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的可靠性;同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。

UG针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。

在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，UG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。

特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

3.2UG软件的操作解析

UG标准件库的种类指UG系统自带的标准件库，其包含螺栓、螺母、螺钉、螺柱、键销、垫圈、挡圈、密封圈、弹簧、型材、法兰等常用零部件，模型数据可被直接调用。

3.2.1UG界面介绍

1．主视窗

主视窗的作用主要是显示所绘制的二维和三维图。

主视窗内分为8个区域，即：

标题栏、顶部工具条按钮区、下拉菜单区、资源工具条区、消息区、图形区、

部件导航器区、资源工具条及底部工具条按钮区。

如图3-1所示。

图3-1

1．下拉菜单包含创建、保存、修改和设置UGNX7.0环境的所有命令。

2．工具条按钮区包含顶部工具条按钮区和底部工具条按钮，其中的命令按钮为快速选择命令及设置工作环境提供了极大的方便，用户可以根据具体情况定制工具条。

3．资源工具条区包括“装配导航器”、“约束导航器”、“部件导航器”、“InternetExplorer”、“历史记录”、“系统材料”等导航工具。

用户通过工具条可以方便地进行一些操作。

其中“装配导航器”显示装配的层次关系；“约束导航器”显示装配的约束关系；“部件导航器”显示建模的先后顺序和父子关系；“InternetExplorer”可以直接浏览网站；“历史记录”中可以显示曾经打开过的部件；“系统材料”中可以设定模型的材料。

4．消息区执行有关操作时，与该操作有关的系统提示信息会显示在消息区。

消息区中间有一个可见的边线，左侧是提示栏，用来用户如何操作；右侧是状态栏，用来显示系统或图形当前的状态。

5.图形区它是UGNX7.0用户主要的工作区域，建模的主要过程、绘制前后的零件图形、分析结果和模拟仿真过程等都在这个区域内显示。

同时还可以选择多种视图操作方式。

3.2.2鼠标功能

1．滚动鼠标中键滚轮，可以缩放模型；向前滚，模型缩小；向后滚，模型变大。

2．按住鼠标中键，移动鼠标，可旋转模型。

3．先按住键盘上的Shift键，然后按住鼠标中键，移动鼠标可以移动模型。

3.2.3工具条

工具条是应用程序调用命令的另一种方式，它包含许多由图标表示的命令按钮。

使用工具条中的按钮可以免除用户在菜单中查找命令的繁琐，方便用户进行操作。

在系统默认状态下，共分5组：

标准图标组、视图显示、特征显示、建模工具显示。

3.3AutoCAD软件的简介

3.3.1AutoCAD的发展史

AutoCAD是由美国Autodesk公司开发的通用计算机辅助绘图与设计软件包，具有易于掌握、使用方便、体系