數碼相機面殼模具的設計與數控加工【含CAD圖紙全套】

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湖 南 農 業(yè) 大 學 高等教育自學考試本科生畢業(yè)設計 蓋板零件的加工及制造工藝 學生姓名：歐陽鎮(zhèn) 考 籍 號： 專業(yè)年級：2009級模具設計與制造 指導老師及職稱：歐 偉 老 師 學 院：湖南農業(yè)大學工學院 湖南·長沙 提交日期：2011年6月 摘 要：Pro/ENGINEER及MasterCAM是當前國內外模具設計與數控加工領域中使用最為廣泛的CAD/CAM軟件。二者的功能各有優(yōu)缺點,聯合應用可提高模具設計及其數控加工的質量和效率。本論文闡述了用Pro/ENGINEER軟件進行數碼相機面殼的模具設計,然后將圖形數據轉換到MasterCAM軟件中進行數控編程的具體實現方法,并利用MasterCAM軟件生成數控加工代碼并輸送到加工中心或數控銑床進行加工的方法和主要工藝。通過此次注塑模的設計，掌握了相關模具設計的主要步驟，對于CAD/CAM軟件應用方面有了進一步的提高。 關鍵詞：注塑模，模具設計，刀具路徑，數控加工，凸、凹模 Abstract：Pro/ENGINEER and MasterCAM are widely used in domestic and international moulds design and NC machining in the CAD/CAM realm . The combined application of these two softwares can improve molds design and its NC machining's quality and efficiency. This paper expatiates the method and main techniques to proceed the molds design of the Digital camera cover-panel with the Pro/ENGINEER software, then convert the graphics data to MasterCAM software to proceed the NC programme, and apply the MasterCAM software to create the NC machining code and transport it to the control system of the NC machining center or the NC milling machine for processing.Through design the jet mould, I has grasped the main step of the correlation mold designs, and also has the further enhancement on the CAD/CAM software application. Keywords：Jet mould, Moulds design, Tool path, NC machining, Punch –die 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………1 關鍵詞…………………………………………………………………………………1 1 緒論…………………………………………………………………………………2 2 設計要求……………………………………………………………………………2 3 用Pro/ENGINEER軟件對數碼相機面殼進行三維造型……………………………2 3.1 數碼相機面殼的工藝性分析……………………………………………………3 3.1.1 數碼相機面殼結構尺寸………………………………………………………3 3.1.2 數碼相機面殼的精度………………………………………………………3 3.1.3 數碼相機面殼的材料…………………………………………………………3 4 用Pro/ENGINEER軟件對數碼相機面殼進行模具設計……………………………3 4.1 模具設計…………………………………………………………………………3 4.1.1 調入模具參考模型……………………………………………………………3 4.1.2 設置收縮率………………………………………………………………4 4.1.3 設計毛坯工件…………………………………………………………………4 4.1.4 設計分型面……………………………………………………………………4 4.1.5 分割體積塊…………………………………………………………………5 4.1.6 抽取模具元件…………………………………………………………………5 4.1.7 鑄?！? 4.1.8 開?！? 4.2 模具的工藝性分析………………………………………………………………6 4.2.1 模具的結構尺寸………………………………………………………………6 4.2.2 模具的精度……………………………………………………………………6 4.2.3 模具的材料……………………………………………………………………7 5 從Pro/ENGINEER系統(tǒng)轉出IGES數據文件…………………………………………7 6 MasterCAM系統(tǒng)轉入IGES數據文件……………………………………………7 7 用MasterCAM軟件對數碼相機面殼進行數據加工…………………………………7 7.1 對數碼相機面殼凹模進行數控加工………………………………………7 7.2 對數碼相機面殼凸模進行數控加工………………………………………14 8 結束語………………………………………………………………………………20 參考文獻………………………………………………………………………………21 致謝…………………………………………………………………………………22 湖南生物機電職業(yè)技術學院?？飘厴I(yè)設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外，本設計不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 戴博鋒 2010 年 10 月 20 日 數碼相機面殼的設計與數控加工 學 生：歐陽鎮(zhèn) 指導老師： （湖南生物職業(yè)技術學院，長沙） 摘 要：Pro/ENGINEER及MasterCAM是當前國內外模具設計與數控加工領域中使用最為廣泛的CAD/CAM軟件。二者的功能各有優(yōu)缺點,聯合應用可提高模具設計及其數控加工的質量和效率。本論文闡述了用Pro/ENGINEER軟件進行數碼相機面殼的模具設計,然后將圖形數據轉換到MasterCAM軟件中進行數控編程的具體實現方法,并利用MasterCAM軟件生成數控加工代碼并輸送到加工中心或數控銑床進行加工的方法和主要工藝。通過此次注塑模的設計，掌握了相關模具設計的主要步驟，對于CAD/CAM軟件應用方面有了進一步的提高。 關鍵詞：注塑模，模具設計，刀具路徑，數控加工，凸、凹模 Abstract：Pro/ENGINEER and MasterCAM are widely used in domestic and international moulds design and NC machining in the CAD/CAM realm . The combined application of these two softwares can improve molds design and its NC machining's quality and efficiency. This paper expatiates the method and main techniques to proceed the molds design of the Digital camera cover-panel with the Pro/ENGINEER software, then convert the graphics data to MasterCAM software to proceed the NC programme, and apply the MasterCAM software to create the NC machining code and transport it to the control system of the NC machining center or the NC milling machine for processing.Through design the jet mould, I has grasped the main step of the correlation mold designs, and also has the further enhancement on the CAD/CAM software application. Keywords：Jet mould, Moulds design, Tool path, NC machining, Punch –die 1 緒論 現代制造業(yè)的發(fā)展，尤其是電子、電器、儀表、汽車等工業(yè)產品的發(fā)展，幾乎都離不開注塑模的發(fā)展，而且需求量相當大，對于注塑模的設計與制造的要求越來越高。2004年，塑料模具在整個模具行業(yè)中所占比例已上升到30%左右，在未來幾年中還將保持較高速度發(fā)展，能否向社會提供更多的優(yōu)質模具會直接影響工業(yè)產品的質量、生產成本和更新換代的速度，所以注塑模只有設計合理和精密加工，才能保證產品零件的各項技術指標達到要求，向社會提供更多的優(yōu)質模具，以加速新產品的投產及產品更新換代，提高經濟效益及競爭力。 隨著計算機技術的進步，機械行業(yè)的設計與加工技術發(fā)展迅速，工業(yè)設計領域的CAD/CAM軟件也得到了前所未有的發(fā)展，各種三維CAD/CAM軟件應運而生，且各具特色。Pro/ENGINEER及MasterCAM是目前國內外模具設計與數控加工領域中使用最為廣泛的CAD / CAM應用軟件。Pro/ENGINEER具有強大的曲面和實體參數化造型功能，在工業(yè)產品設計與模具設計方面有一定優(yōu)勢，但在加工方面因其參數設置較為繁瑣，不利于學習和推廣。而MasterCAM在產品造型及模具設計方面的能力遠不如Pro/ENGINEER，但在數控加工中因性價比高、易于上手及可靠的加工性能而被廣泛使用，在中小企業(yè)有很大客戶群?？茖W、高效地配合使用兩者進行模具設計及加工是目前模具行業(yè)中普遍的工作模式。 注塑模的設計與制造在現代制造業(yè)中占有相當重要的地位，有簡單的，有復雜的，就設計的總體過程來說是一樣的，只是不同的加工要求導致不同的工藝過程，本設計是根據注塑件的要求，利用計算機三維軟件來設計、數控加工中心來制造完成的。 2 設計要求 模具的具體設計要求為： （1）利用Pro/ENGINEER軟件對數碼相機面殼進行三維造型及模具設計 （2）利用MasterCAM軟件對數碼相機面殼注塑模進行數控編程 （3）利用MasterCAM軟件生成數控加工代碼 （4）利用數控銑床對數碼相機面殼凸模進行加工 3 用Pro/ENGINEER軟件對數碼相機面殼進行三維造型 在進行數碼相機面殼模具設計與加工前，首先要利用Pro/ENGINEER系統(tǒng)下的【零件】模塊對數碼相機面殼進行三維造型。效果如圖1所示。 圖1 數碼相機面殼實物示意圖 3.1 數碼相機面殼的工藝性分析 3.1.1 數碼相機面殼結構尺寸 該面殼結構比較復雜，尺寸為110×64×20（mm），壁厚t=1mm，尺寸不大，適宜于注塑加工。 3.1.2 數碼相機面殼的精度 工件是數碼相機面殼，要求的精度較高，需按照數控機床加工出的注塑模具才能達到該工件所需要的精度。 3.1.3 數碼相機面殼的材料 工件材料選用工程塑料PC+ABS（聚碳酸酯+丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），此材料的流動性好，強度不錯，價格適中。適用于絕大多數的數碼相機和手機外殼，只要結構設計比較優(yōu)化，強度是有保障的。較常用 GE CYCOLOY C1200HF。 4 用Pro/ENGINEER軟件對數碼相機面殼進行模具設計 數碼相機面殼三維造型完成后，利用Pro/ENGINEER系統(tǒng)下的【制造】/【模具型腔】模塊進行模具組件設計，它包括參考模型的布局、收縮率的設置、毛坯工件的設計、分型面的設計、分割體積塊、抽取模具元件、鑄模及開模幾大部分。 4.1 模具設計 4.1.1 調入模具參考模型 隱藏參考模型自身的基準面和基準軸，只顯示模具的三個基準面。效果如圖2所示。 圖2 只顯示模具的三個基準面示意圖 4.1.2 設置收縮率 根據鑄造理論，鑄件在溫度下降而凝固的過程中體積會縮小。因此在進行模具設計時，必須考慮材料對零件大小的影響，通常的做法是根據材料的特性適當加大參考模型的尺寸。這樣在元件成型后會略有收縮，最后生成的零件才能得到設計要求。該產品的收縮率設置為“0.005”。 4.1.3 設計毛坯工件 效果如圖3所示。 圖3 產生毛坯工件示意圖 4.1.4 設計分型面 模具型腔設計的重點在于分型面的創(chuàng)建，模具分型面是型芯與型腔的分界線，分型面的實質是曲面，是分割體積塊創(chuàng)建模具元件的依據。 4.1.5 分割體積塊 在成功設計毛坯工件、設計分型面后，還須對模具進行分割。分割模具就是以建立好的分型面為依據，分割出相應的凸模和凹模。效果分別如圖4、圖5所示。 圖4 凸模體積塊示意圖 圖5 凹模體積塊示意圖 4.1.6 抽取模具元件 在Pro/ENGINEER的模具設計中，模具元件常常是通過用實體材料填充先前定義的模具體積塊而形成的，我們將這一自動執(zhí)行的過程稱為抽取。完成抽取后，模具元件成為功能強大的Pro/ENGINEER零件，并在模型樹中顯示出來。 4.1.7 鑄模 在創(chuàng)建完凸模和凹模之后，可以在模型中進行模擬澆注，產生一個模擬的塑料件，以便檢查分型面的設計是否合理。效果如圖6所示。 圖6 鑄模模型示意圖 4.1.8 開模 鑄模完成后，Pro/ENGINEER系統(tǒng)能模擬開模過程，以便更清晰地觀看模具型腔和型芯系統(tǒng)的結構。效果如圖7所示。 圖7 鑄模零件向上移動示意圖 4.2 模具的工藝性分析 4.2.1 模具的結構尺寸 （1）凹模：尺寸為140×100×25（mm） （2）凸模：尺寸為140×100×35（mm） 該模具結構比較復雜，尺寸不大，適宜于注塑加工。 4.2.2 模具的精度 工件是數碼相機面殼模具，要求的精度較高，需按照數控銑床加工的方式才能達到該工件所需要的精度。 4.2.3 模具的材料 工件選用硬鋁12（2A12）棒材作為材料，此材料的抗拉強度δb=470MPa，0.2%屈服強度為325MPa，疲勞強度為105 MPa，伸長率為10%，硬度為120HB。根據以上分析該材料的綜合性能好，硬度適中，適合數控切削加工。 5 從Pro/ENGINEER系統(tǒng)轉出IGES數據文件 模具設計完成后，將凸、凹模文件轉換為IGES格式文件，然后由MasterCAM系統(tǒng)轉入進行加工。 （1）轉出凸模IGES數據文件 （2）轉出凹模IGES數據文件 6 MasterCAM系統(tǒng)轉入IGES數據文件 從Pro/ENGINEER系統(tǒng)中輸出凸、凹模零件的IGES格式文件后，便可以在MasterCAM系統(tǒng)中將其轉入進行加工。 （1）轉入凸模IGES數據文件 （2）凸模IGES數據文件的坐標處理 （3）轉入凹模IGES數據文件 （4）凹模IGES數據文件的坐標處理 7 用MasterCAM軟件對數碼相機面殼進行數據加工 7.1 對數碼相機面殼凹模進行數控加工 （1）加工坯料及對刀點的確定 在規(guī)劃數碼相機面殼凹模加工刀具路徑前，先確定加工幾何圖形所需要的坯料尺寸及加工邊界，并將圖形中心的最高點移到系統(tǒng)坐標原點，便于加工時以圖形中心對刀。效果如圖8所示。 圖8 結果示意圖 （2）規(guī)劃曲面挖槽粗加工刀具路徑，預留量“0.3” 規(guī)劃數碼相機面殼凹模曲面挖槽粗加工刀具路徑，目的是粗切除大部分的工件材料。效果如圖9所示。 圖9 曲面挖槽粗加工刀具路徑示意圖 （3）工件參數設置 在數碼相機面殼凹模進行曲面挖槽粗加工模擬前，先要對坯料工件參數進行設定。 （4）曲面挖槽粗加工實體加工模擬 利用Mastercam系統(tǒng)提供的實體加工模擬功能，對工件進行實體粗加工模擬，可以及時發(fā)現曲面挖槽粗加工中存在的問題，以便對不合理的粗加工參數加以改進。效果如圖10所示。 圖10 曲面挖槽粗加工結果示意圖 （5）規(guī)劃曲面挖槽加工刀具路徑，清除底部平坦部位殘料 規(guī)劃數碼相機面殼凹模曲面挖槽加工刀具路徑，目的是清除大刀加工后在底部平坦部位余留下的殘料。效果如圖11、圖12所示。 圖11 曲面挖槽加工刀具路徑示意圖 圖12 曲面挖槽粗加工結果示意圖 （6）規(guī)劃曲面平行粗加工刀具路徑 規(guī)劃數碼相機面殼凹模曲面平行粗加工刀具路徑，將針對圓弧形凹曲面進行粗切削。效果如圖13、圖14所示。 圖13 曲面平行粗加工刀具路徑示意圖 圖14 平行粗加工結果示意圖 （7）規(guī)劃曲面平行精加工刀具路徑 規(guī)劃數碼相機面殼凹模曲面平行粗加工刀具路徑，將針對圓弧形凹曲面進行精切削。效果如圖15、圖16所示。 圖15 曲面平行精加工刀具路徑示意圖 圖16 平行精加工結果示意圖 （8）規(guī)劃曲面等高外形精加工刀具路徑 規(guī)劃數碼相機面殼凹模曲面等高外形精加工刀具路徑，主要針對較陡曲面的余留殘料進行精加工。效果如圖17、圖18所示。 圖17 曲面等高外形精加工刀具路徑示意圖 圖18 等高外形精加工結果示意圖 （9）生成加工NC代碼 利用MasterCAM系統(tǒng)的Post后處理功能，自動生成加工數碼相機面殼凹模所需要的NC代碼。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）傳輸NC程序 利用MasterCAM系統(tǒng)的Communic傳輸功能，將系統(tǒng)自動生成的數碼相機面殼凹模NC代碼傳輸到數控加工設備的控制器內。 （11）加工參數設置 表1 凹模加工參數設置 序號 刀 具 進 給 率（mm/min） 下刀速率（mm/min） 退刀速率（mm/min） 主軸轉速(r/min) Z軸進給量（mm） 加工余量（mm） (2) Φ6平銑刀 500 500 1500 1500 0.5 0.3 (5) Φ6平銑刀 500 500 1500 1500 0.2 0 續(xù)表1 (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 對數碼相機面殼凸模進行數控加工 （1）加工坯料及對刀點的確定 在規(guī)劃數碼相機面殼凸模加工刀具路徑前，先確定加工幾何圖形所需要的坯料尺寸及加工邊界，并將圖形中心的最高點移到系統(tǒng)坐標原點，便于加工時以圖形中心對刀。效果如圖19所示。 圖19 產生結果示意圖 （2）規(guī)劃曲面挖槽粗加工刀具路徑，預留量“0.3” 規(guī)劃數碼相機面殼凸模曲面挖槽粗加工刀具路徑，目的是粗切除大部分的工件材料。效果如圖20所示。 圖20 曲面挖槽粗加工刀具路徑示意圖 （3）工件參數設置 在數碼相機面殼凸模進行曲面挖槽粗加工模擬前，先要對坯料工件參數進行設定。 （4）曲面挖槽粗加工實體加工模擬 利用MasterCAM系統(tǒng)提供的實體加工模擬功能，對工件進行實體粗加工模擬，可以及時發(fā)現曲面挖槽粗加工中存在的問題，以便對不合理的粗加工參數加以改進。效果如圖21所示。 圖21 曲面挖槽粗加工結果示意圖 （5）規(guī)劃曲面挖槽加工刀具路徑，將模具靠面加工到位 規(guī)劃數碼相機面殼凸模曲面挖槽加工刀具路徑，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殘料。效果如圖22、圖23所示。 圖22 曲面挖槽加工刀具路徑示意圖 圖23 曲面挖槽加工結果示意圖 （6）規(guī)劃曲面挖槽加工刀具路徑，清除頂部平坦部位殘料 規(guī)劃數碼相機面殼凸模曲面挖槽加工刀具路徑，目的是清除第一步曲面挖槽粗加工后在工件頂面余留下的殘料。效果如圖24、圖25所示。 圖24 曲面挖槽加工刀具路徑示意圖 圖25 曲面挖槽加工結果示意圖 （7）規(guī)劃外形加工刀具路徑 規(guī)劃數碼相機面殼凸模外形加工刀具路徑，將針對頂面曲面挖槽加工無法清除的殘料進行切削。效果如圖26、圖27所示。 圖26 外形加工刀具路徑示意圖 圖27 外形加工結果示意圖 （8）規(guī)劃曲面等高外形精加工刀具路徑 規(guī)劃數碼相機面殼凸模曲面等高外形精加工刀具路徑，主要針對較陡曲面的余留殘料進行精加工。效果如圖28、圖29所示。 圖28 曲面等高外形精加工刀具路徑示意圖 圖29 等高外形精加工結果示意圖 （9）規(guī)劃曲面等高外形精加工刀具路徑 規(guī)劃數碼相機面殼凸模曲面等高外形精加工刀具路徑，主要針對前一等高外形精加工刀具路徑在曲面下部余留的殘料進行精加工，同時清角。效果如圖30、圖31所示。 圖30 曲面等高外形精加工刀具路徑示意圖 圖31 等高外形精加工結果示意圖 （10）生成加工NC代碼 利用MasterCAM系統(tǒng)的Post后處理功能，自動生成加工數碼相機面殼凸模所需要的NC代碼。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）傳輸NC程序 利用MasterCAM系統(tǒng)的Communic傳輸功能，將系統(tǒng)自動生成的數碼相機面殼凸模NC代碼傳輸到數控加工設備的控制器內。 （12）加工參數設置 表2 凸模加工參數設置 序號 刀 具 進 給 率（mm/min） 下刀速率（mm/min） 退刀速率（mm/min） 主軸轉速(r/min) Z軸進給量（mm） 加工余量（mm） (2) Φ10平銑刀 300 300 800 800 0.6 0.3 (5) Φ10平銑刀 300 300 800 800 0.6 0 (6) Φ8平銑刀 360 360 1000 1000 0.3 0 (7) Φ8平銑刀 360 360 1000 1000 0.3 0 (8) Φ10球刀 700 700 2300 2300 0.3 0 (9) Φ6平銑刀 100 100 1500 1500 0.15 0 8 結束語 在此次設計的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運用所學知識的能力，分析和解決實際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學的專業(yè)知識，使我在調查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，同時在理解分析能力、制定設計計算和繪圖能力方面有較大的進步；另外我的技術分析和組織工作的能力也有一定程度的提高。 參考文獻 [1] 何滿才. Pro/ENGINEER模具設計與Mastercam數控加工[M]. 北京：人民郵電出版社，2006 [2] 孫中柏. Mastercam 9.1模具設計與加工范例[M]. 北京：清華大學出版社，2006 [3] 戴向國. Mastercam 9.0數控加工基礎教程[M]. 北京：人民郵電出版社，2004 [4] 龍馬工作室. 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