鼠标外壳注塑模设计毕业设计.docx

1、鼠标外壳注塑模设计毕业设计摘要：这次论文，主要描述了一个塑料产品（鼠标）的设计过程，包括市场调研，工艺分析，产品外形设计，对塑件进行CAE分析后，进入模具的结构设计及有关参数计算，接着进行浇注系统及模具的有关键零部件设计，最后把关键零部件的二维图和立体图，还有模具的装配图和爆炸图以图纸形式展现出来。关键词：鼠标、塑料、注塑模、Pro/Engineer绪论模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认

2、为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。现化模具工业已从传统的劳动密集产业转变为一个技术密集、人才密集和资本密集的产业。加入WTO后，模具企业为了参与激烈的市场竞争，不仅重视人才的开发和培训，广泛使用新技术，努力提高自己的模具技术水平。在激烈的竞争中发展起来的现代模具企业，其重要特征表现如下：（1)以计算机为中心。计算机技术的广泛使用，使现代模具企业的首要特征是以计算机为中心。计算机是整个企业最活跃、最核心，最

3、需要投资以及更新最快的部分(其软件每2-3年、硬件每3-5年更新一次)。以计算机为中心建立起来的计算机辅助设计、计算机辅助工程以及计算机辅助制造(CAD/CAE/CAM)是企业的生产主线，并向集成化、网络化、智能化方向发展。 (2)模具设计水平高。现代模具企业都广泛采用计算机辅助技术、人工智能技术进行设计决策、模拟分析和优化设计。同时，数据库和计算机网络技术应用使设计师可以在更大范围内共享设计资料、信息、资源和展开合作，使其现代模具设计的总体水平上升到一个前所未有高度。 现代模具有的还要求有控压、控温等功能，甚至要求提供某些测量元件。在模具标准化、通用化、典型化程度很高的情况下，各模具企业都利

4、用自己的某些专长设计制造模具，在激烈的竞争中求发展。 (3)生产设备先进。现代模具的加工，更多地依靠各种自动化程度较高的高精度、高效率机床。从模具粗加工、热处理到各种精加工、光整加工、质量控制与检测，必须设备齐全，配套合理。其中，数控加工设备所占比重比较大，以适应单件或小批量复杂模具的生产。同时，数控加工设备也是模具CAD/CAE/CAM的基础，有助于实现模具制造的全自动加工。 (4)供货期短。现代模具对短交货期的要求日益迫切，模具的交货期限已从传统的几个月向几十天、十几天甚至数小时发展，这些是传统制模方法所不能达到的。 模具设计已从人工经验设计方式转化为依靠计算机辅助设计的方式。广泛采用模具

5、CAD/CAE/CAM技术，使模具设计、计算机分析、生产装备、数控加工、检验、试模等工作一体化，设计数据直接经过网络和数据库管理系统传递到各个生产部门，大大缩短模具生产周期。此外，成形过程计算机模拟，并行工程、人工智能，快速原型制造等先进制造技术的应用，以及模具标准化、专业化生产等也为缩短供货期起了重要作用。第1章 概述11产品调研111市场调查鼠标的发展鼠标是1964年由Douglas Engelbart发明的，当时Douglas Engelbart在斯坦福研究所(SRI)工作，该研究所是斯坦福大学赞助的一个机构，Douglas Engelbart很早就在考虑如何使电脑的操作更加简便，用什么

6、手段来取代由键盘输入的繁琐指令。60年代初，他在参加一个会议时随手掏出了随身携带的笔记本(可不是笔记本电脑哦)，画出了一种在底部使用两个互相垂直的轮子来跟踪动作的装置草图，这就是鼠标的雏型。到了1964年，Douglas Engelbart再次对这种装置的构思进行完善，动手制作出了第一个成品。因此Douglas Engelbart也被称为“鼠标之父”。当时还没有“鼠标”的名称，这个新型装置是一个小木头盒子，里面有两个滚轮，但只有一个按钮。它的工作原理是由滚轮带动轴旋转，并使变阻器改变阻值，阻值的变化就产生了位移讯号，经电脑处理后屏幕上指示位置的光标就可以移动了(如图11所示)。图11由于该装置

7、像老鼠一样拖着一条长长的连线(象老鼠的尾巴)，因此，Douglas Engelbart和他的同事在实验室里把它戏称为“Mouse”，他当时也曾想到将来鼠标有可能会被广泛应用，所以在申请专利时起名叫“显示系统X-Y位置指示器”，只是人们觉得“Mouse”这个名字更加让人感到亲切，于是就有了“鼠标”的称呼。鼠标被发明之后，首先于1973年被Xerox公司应用到经过改进的Alto电脑系统中，但是遗憾的是，当时这些系统都是实验用的，完全被用于研究工作，并没有向大众推广，所以鼠标一直都默默无闻。1979年，Apple公司创始人Steve Jobs被邀请观看Alto以及执行在该系统上的软件。Steve J

8、obs被自己所看到的电脑技术所震撼，他意识到这些技术代表了电脑未来的发展潮流。这些技术就包括使用鼠标作为指点输入设备和操作系统使用的GUI(Graphics User Interface，图形用户界面)。Apple公司立即将这些功能加入自己的系统中，准备开发新型的家用电脑，并且高薪挖到了十几位Xerox公司的技术人员。1981年，Xerox公司推出了使用鼠标，并应用GUI操作系统的Star 8010电脑，这是大众首次了解鼠标，可惜由于这种电脑价格过于昂贵，销量很小。尽管如此，鼠标已经引起了不少人的注意，并开始为人们所掌握。1983年，Apple公司正式推出LISA电脑，这是Apple公司自己的

9、第一台使用鼠标的电脑，进一步把鼠标介绍给了广大用户，让用户认识到了鼠标的作用。1984年，LISA的升级产品-Macintosh问世，这是Apple公司的一个里程碑，也是电脑发展史上的一个里程碑，它为Apple公司带来丰厚收入的同时，也让鼠标走进了前家万户。之后，由于OS/2，Windows系统的广泛使用更进一步推广了鼠标和GUI的应用，使得鼠标逐渐流行起来，并最终成为了电脑的标准配置，从此，每台电脑旁边都有了一个忠实的伴侣，那就是“Mouse”-鼠标。鼠标的分类鼠标主要有两种分类标准。按定位方式和按照和电脑的连接方式来分。冲定位方式分主要有四大类：机械式、光机式、光电式、和光学式。机械式和光

10、电式基本上已经看不到了。现在市场上主要都是光机式和光学式。光机鼠标光机式鼠标的内部结构是由机械传动装置、位移传感器、按键、编码电路和连结线组成。鼠标的按键数量及种类根据自身的市场定位而变化，不过基本都包括左右两个键。当我们点击鼠标按键是会听见清脆的响声，这是微动开关发出的声音，实际上鼠标按键功能是靠微动开关闭合（编码电路根据微动开关闭合后电位变化进行信号转换）实现的。有的鼠标根据不同需求还增加了中键，侧键，和滚轮，滚轮的结构原理和圆盘光栅差不多，上面布满了光栅通过阻挡红外线发射管的光线来控制屏幕上页面的移动。编码电路将光电转换装置传来的讯号进行对比，产生横、竖两个方向的移动讯号，再将各个按键和

11、滚轮送来的讯号通过编码处理芯片进行编码，最后通过连接传输线，将讯号送到电脑的主机进行处理。 图12 光机鼠标 图13 光机鼠标内部结构经过多年的发展，光学机械式鼠标成为了目前技术最为成熟的一种鼠标，结构简单、成本低廉，到现在仍然是市场上的主流。光学鼠标光学鼠标的内部使用了一个很精密的光学传感器（optical sensor），也就是俗称的光眼。目前，高档的光学鼠标都采用安捷伦公司的光学传感器。光学传感器包括由光学组件、CMOS成像元件和专用图像分析处理芯片（DSP，即数字信号微处理器）。光学组件由棱镜和透镜组成。还有一些比较特别的结构，微软采用interllieye技术的自有品牌光学鼠标，实际

12、上就是将控制芯片、DSP、CMOS集成在一起，因此内部结构和其他鼠标有所差异。还有一点，CMOS成像只是一种比喻，实际上鼠标上的CMOS器件和我们一般所说的数码相机的CMOS器件不同，他只会捕捉简单的动态物体，以单色点作为固定参考物。鼠标的控制芯片的主要作用是负责协调光学鼠标中各元器件的工作，并与外部电路进行沟通（桥接）及各种信号的传送和收取。我们可以理解成光学鼠标的管家。另外，要实现滚轮带按键功能，只需在滚轮中轴任一端的下方增加一个微动开关即可。由的滚轮还带有发光功能，实际上也就是在滚轮旁边增加一个LED。光电鼠标如图14图14 光电鼠标鼠标按照与计算机的接口形式分可分为COM串行接口,PS

13、/2接口,USB接口. 早期的鼠标并不是电脑的标准配置，因此和现在的鼠标有很大的不同，除了必须外装电源之外，还要安装特殊的适配卡，使用起来很不方便。后来出现了一种转接盒，通过它可以把鼠标连接到Parallel接口上。Parallel接口成为了鼠标与电脑连接的第一种接口。随着鼠标被广泛使用，在加上技术的发展，COM接口(串口)成了鼠标使用的第二种接口，与其它设备一样，鼠标也是使用9针连接接口。由于电脑的COM口本来就少，还要连接其它设备，所以很容易造成资源占用的问题。如图1-5。目前广泛使用的鼠标都是使用的PS/2鼠标，这种接口是IBM公司于1987年在PS/2系统上推出的，这也是被称为PS/2

14、鼠标的来由。虽然PS/2系统最终没能得到市场的认可，但是其中的一些优秀设计还是被保留下来，比如它的PS/2鼠标接口，现在已经成了ATX主机板上面的标准配置，如图1-6。另外一种接口是USB口USB接口的出现为外设提供了更加简便额连接方案，由于它符合PNP规范，可以实现热插拔，因此使用起来很方便，而鼠标自然不会放过这一装备自己的机会，USB接口的鼠标也适时推出，不过价格要稍贵一些。如图1-7。图1-5 COM接口鼠标图1-6 PS/2接口鼠标图1-7 USB接口鼠标除了以上的介绍之外，市场上还有各种各样的鼠标。比如，无线鼠标。轨迹球鼠标。手提电脑上的触摸屏。以及IBM的触点鼠标等等。鼠标外壳的设

15、计 已有三十多年历史的鼠标，鼠标的外形由从英格尔巴特手中的“有两个滚轮、一个按钮的小木头盒子”开始，发展到了今天有着时尚外形、可以没有“尾巴”的无线鼠标，以及衍生到笔记本电脑的触摸式、推杆式鼠标，鼠标家族可谓“人丁兴旺”鼠标的外形也有原始的外形变得各种各样，如今各大厂商都已将目光投向了性能、时尚之外的舒适度上，其中的一个重要进步是把“人体工程学”引入了鼠标的设计，比如在设计鼠标时尽量使其与手掌、手指多接触，以便使用起来更舒服。一款优秀的鼠标首先是一款外观靓丽使用舒适且适合使用者手型大小的鼠标，而不同的使用者则应该根据自己的实际情况选择适合自己的鼠标。一般来说，一款优秀的鼠标表面做工应该细腻而流

16、畅，外壳光滑却不至于滑手，更不该有任何明显的毛刺和突兀，而接缝也应该细腻而精细。 许多频繁使用鼠标的人会发现自己的腕骨突出，手指和手腕会经常出现酸疼的感觉，这就说明其鼠标的设计并没有体现以人为本的设计思想。而目前市场上一些优秀的鼠标则充分体现了人体工学的设计思想，在实际手握时应感觉轻松而舒适且与手掌面贴合，按键轻松而有弹性，而目前市场上流行的3D滚轮设计，则很大程度上方便了喜欢观看电子书和网页的用户，使他们不必再在翻页和拖动页面时移动鼠标了。 图18 IE3.0 图19 MX700上面是鼠标大厂罗技和微软旗舰产品可以看出，现在鼠标的外形都是由弧面成的。上图1-8和图1-9两种鼠标是专门为右手使

17、用而设计的，是左右外形不对称的设计。这种是最符合人体工程学的鼠标设计。如今高档鼠标在设计时，先用红外线相机拍摄人的手在握着鼠标的时侯。所留下的余热。来确接触的部分。然后在改进该设计。鼠标并非纯粹的工业产品，还是一种时尚。 如今设计分为时尚型、轻松型和正统型3种，有针对性地为3种人群进行设计。即使是形状和功能相同的产品，也会通过改变外形颜色，设计出适合不同对象的产品。银色和红色鼠标主要面向时尚型用户，白色面向正统型用户，其他颜色则主要面向轻松型用户。鼠标已经不只是一种工具，而且也是展示创意的地方。下图中是各种鼠标的外形的创意设计。 图110 鼠标创意图螺钉连接鼠标的结构一般有三部分组成.上盖，按

18、键，和下盖构成。上下盖的结合一般有几种方法。最常见的是螺钉连接还有卡口连接：卡口 图1-11 卡口结构 图1-12 螺钉结构鼠标的表面粗糙度不需要太高一般在2.53.6之间而鼠标的精度要求也不是很高一般在IT5IT6之间鼠标壳的厚度在1mm3mm之间112鼠标外壳设计的初步方案设计方案，是仿照下图： 外形 底板 上壳 按键 图113 参考的外形图上图中的鼠标外壳是一个比较成熟的鼠标外形,是典型的微软系列的鼠标产品。首先因为知识产权方面的考虑，我的鼠标设计必须在外形方面有所改动。在保留所有功能不变的情况下。即双键，滚轮的3D鼠标。在Pro/e中，构型方法是使用Pro/e中的高级曲面命令bound

19、ary来建立的首先建立几条空间曲线。三条横向的空间曲线，一条纵向的空间曲线，其具体的外形如下图113Cdba（a） （b）(c) (d)图114构图曲线 我所设计的鼠标外形之所以选择使用如图113中的曲线构图有两方面的原因。 首先，考虑鼠标的外形。有设计经验可得，人手自然放松放在鼠标上能够急促的面积越大。表示鼠标的外形越符合人体工学。鼠标的上盖的侧面的外形由曲线d所决定，这条曲线的趋势应该和人手掌的趋势相符合最好。由于设备和技术的欠缺。没办法精确的测量曲率。所以只有画出大概的形状。 另外，由于使用主控文件建模，上盖，下盖，按键都是从这个外形中（主控件）切割出来的。所以在外形设计的时候也要充分考

20、虑到切割后的外形的模具是否简单。脱模是否容易。上盖和下盖的截割面如下图114所示切割面 图115主控件切割 如上图115示切割后上盖不用再设计拔模斜度，下盖也不用设计拔模斜度。因为切割的位置是鼠标最宽的地方。上盖上斜。下盖下斜的角度都比较大，所以不用设计拔模角。 在结构方面，我们是分工合作的。我完成了上盖的结构。和按键的部分结构。我所设计的上盖和下盖的结合主要是依靠螺纹和套口定位。具体结构。如下图116套筒螺丝孔图116 上下壳结合外壳的厚度选择在13mm之间。精度选择在 IT5IT6精度等级之间。表面粗糙度选择在 2.53.6之间初步具体的技术数据将在下部分报告中体现。以下是在PRO/E中的

21、图1-17图和图1-18图： 图117 产品图装配图 图118产品爆炸图总结：本设计外形是在作了多个方案之后，挑选出来的最终产品。前期的设计方案都删除了。所以不能一一列出。113现代注塑模具设计方法近十年来，模具CAD/CAE/CAM(计算机辅助设计、辅助工程和辅助制造)技术发展很快，应用范围日益扩大。可以认为，采用CAD/CAE/CAM技术是模具生产革命化的重要措施，是现代模具设计力法中最主要的组成都分。发展简史 常用塑料如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS等，在20世纪40年代才问世，注射模的历史也才50余年，但发展速度却异常迅速，塑料制品己成为工业部门和日常生活不可缺少的重要组成部分。塑

22、料工业对模具的迫切需求是注射模CAD/CAE/CAM发展的原动力，而近30年塑料流变学、几何造型技术、数控加工以及计算机技术的突飞猛进又为注射模CAD/CAE/CAM系统的开发创造了条件。 注射模CAD技术的发展十分迅速。在20世纪60年代，英、美、加拿大等国的学者相继开展了注射过程一维流动模拟和冷却分析算法的研究。在此基础上，在70年代便完成了二维流动模拟与冷却分析程序的开发。80年代开展了三维软件的研究并将研究范围扩展到保压分析、纤维分子取向以及翘曲预测等领域，从90年代开始进行集成化的研究。以上的研究成果为开发商品化的注射成型过程分析软件奠定了坚实的基础。几何制造与数控加工技术在此期间也

23、取得了显著的进步。从60年代基于线框模型的CAD系统到70年代的以曲面造型为核心的CADCAM系统、80年代实体造型技术的应用、90年代基于特征的参数化实体曲面造型技术的完善，为注射模的设计与制造采用CADCAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外市场已涌现出一批成功应用于注射模设计与制造的CADCAM系统。注射模CAD/CAE/CAM能够推广运用的另一个原因是计算机的发展。从70年代采用集中式分时系统的中、小型计算机，到80年代采用分布式系统的丁作站，再到能与工作站媲美的微型计算机，性能价格比越来越高，购置一台能用于模具CAD/CAE/CAM的微机对于普通的中、小模具厂甚至于个人，在价格上都是

24、能够承担的。 正是由于上述领域的努力和发展，注射模CAD/CAE/CAM才会在机械制造工程中异军突起，在实际应用中发挥出较大的作用。技术特点 注射模CADCAM的重点在于注射制品的几何造型、模具设计、绘图和数控加工数据及指令的生成；而CAE则是特工程试验、分析、文件生成乃至制造贯穿于制品研制过程的每一个环节之中，用以指导和预测制品在构思、设计和制造阶段的行为。 按照传统方法，注射制品的构思完成后，需要制作实际样品以评估其外观及测定其性能。若采用仿形加工制作型腔或者屯火花机床所需的电极，则需首先制作木模，经过两次翻型后方能得到石膏靠模。这种方法的主要缺点是木模的精度无法保证，而且由于仅凭经验设计

25、模具，需要多次试模和修正才能生产出合格的注射制品。 CAD/CAE/CAM的集成化从根本上改变了传统的模具设计与制造方式采用几何造型技术，注射制品一般不必进行原型试验，制品形状能够追真地显示在计算机屏幕上，并可借助于弹性有限元分析软件对制品的力学性能进行预测。当必需实际样品时，可采用快速成型制造技术(RPM：rapid prototype/part manufacturing)直接由保存在计算机中的制品几何模型自动而迅速地将实物制造出来。当需要依靠实际注射制品设计注射模时，可采用反求工程(RE：reverse engineering)技术，由三坐标测量仪获得制品表面测量点的数据，再据此生成所测

26、制品的几何模型。借助于模具CAD软件的自动检索、交互绘图和快速计算的能力，模具设计考能够从繁冗的手工绘图和计算中解放出来，集中招力从事诸如方案构思和结构优化等创造性的工CAD作。 在模具图下达车间制造之前，CAE软件可以预测成型工艺及模具结构等有关方案和参数的正确性。例如，可以来用流动模拟软件来考察塑料熔体在模具型腔内的流动过程，以此改进流道系统的设计，提高试模的成功率；可以来用保压和冷却分析软件来考察塑料熔你的凝固过程和模温的变化，以此改进模具的冷却系统，调整注射成型工艺参数，提高制品的质量和生产效率；还可以来用应力分析软件来预测制品出模后的翘曲和变形。 借助于CAM软件，模具型腔的几何数据

27、能交互地转换为机床刀具的曲面运动轨迹，进而生成数控加工指令，这样就可以省去模型的制作工序。在实际加工之前还可以来用数控加工过程仿真软件对切削过程进行检验，以避免误切。由此可见，模具CAD/CAE/CAM技术是用科学的方法，以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使用户能借助于计算机对制品、模具结构、加工、成本等进行反复的修改和优化，直至获得最佳结果。因此CAD/CAE/CAM技术能显著地缩短模具设计与制造时间，降低模具成本并提高制品的质量。工程应用 在西方先进工业国，注射模CAD/CAE/CAM技术的应用己非常普遍。公司之间模具订货所需的塑料制品资料己广泛使用电子文档，能否具有接受屯

28、子文档的模具CADCAM系统已成为模具企业生存的必要条件。当前代表国际先进水平的注射模CAD/CAE/CAM的工程应用具体表现在如下四个方面：1基于网络的模具CADCAECAM集成化系统已开始使用 如英国Delcam公司在原有软件DUCT 5的基础上，为适应最新软件发展及实际需求，向模具行业推出了可用于注射模CADCAM的集成化系统Delcams Power solution。该系统覆盖了几何建模、注射模结构设计、反求工程、快速原型、数控编程及测量分析等领域。系统的每一个功能既可独立运行，又可通过数据接口作集成分析。 2微机软件在模具行业中发挥警越来越重要的作用 在如年代初，能用于注射制品几何

29、造型和数控加工的模具CADCAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用的，如在模具行业中应用较广的美国ProE、UG II、CADDS5，法国的CATIA、EUCLID和英国的DUCT5等。随警微机技术的飞速进步，在90年代后期，基于windows操作系统的新一代微机软件，如Solid Works、Solid edge、MDT等崭露头角。这些软件不仅在采用NURBS曲面非均匀有理B样条曲面)、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CADCAM软件的优点，而且在windows风格、动态导航、特征树、面向对象等方面还具有工作站级软件所不能比拟的优点，深得使用者的好评。为了顺应潮

30、流，许多工作站级软件相继都移植了微机级的CADCAM版本，有的软件公司为了能与Windows操作系统风格一致，甚至更写了CADCAM系统的全部代码。3模具CAD/CAE/CAM系统的智能化程度正在逐步提高 当前，注射模设计和制造在很大程度上依靠着人的经验和直觉。仅凭有限的数值计算功能，软件是无法为用户提供符合实际情况的正确结果的，软件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知识的智能化功能现已成为衡量模具软件先进件和实用性的重要标志之一。许多软件都在智能化方面做了大量的工作。如以色列C1matron公司的注射模专家系统，能根据脱模方向优化生成分模面，其设计过程实现了模具零件的相关性，自动生成供数控

31、加工的钻孔表格，在数控加工中实现了加工参数的优化等，这些具有智能化的功能可显著提高注射模的生产效率和质量。4三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势 在注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，即先将三维的制品几何模型投影为若干二维视图后，再按二维视图进行模只结构设计。这种沿袭手工设计的方式已不能适应现代化生产和集成化技术的要求，在国外已有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计。与此相适应，在注射流动过程模拟软件方面，也开始由基于中性层面的二维分析方式向基于实体模型的三维分析方式过渡，使三维设计与三维分析的集成得以实现。12产品的工艺分析121注塑材料鼠标外壳的材料选择有多种。PT 、ABS等等。一般选择ABS。因为经济性的考虑。ABS树脂为不透明、白色或淡黄色的粉状体或粒状体，比重1.021.08。ABS树脂极易染色，其制品表面可喷涂和电镀.全名是：丙烯氰丁二烯苯乙烯共聚物物理性能ABS树脂无毒、无嗅、坚韧、质硬、呈刚性，有较好的耐低温性和耐蠕变性。ABS树脂不透水，常温下吸水率1，表面可抛光。机械性能冲击强度 ABS树脂有极好的冲击强度，而且在低温下强度下降不多。冲击强度的大小主要与橡胶含量、接枝率和橡胶形态等因素有关。拉伸强度 ABS树脂的拉伸强度一般为3550MPa，相氏横量为1.42.8GPa，屈服伸率24。