杯子的模具设计

目录目 录 1第 1 章 前 言 2第 2 章 课题的相关内容 31.1 课题提出 31.2 课题内容 31.3 构思课题 4第 3 章 Cimatron E 介绍 53.1 灵活性 53.2 零件设计 53.3 曲面的光顺 63.4 快速分模 63.5 分析工具 63.6 分模线和分模面 73.7 绘图 73.8 数控加工 7第 4 章 杯子的设计过程 84.1 杯子三维实体 84.2 程序修改、程序传输 94.2.1. 程序修改 94.2.2 程序传输 94.3 刀入轨迹 10第 5 章 结 论 11致 谢 12第1 章 前 言模具作为模压产品生产的关键工装，其设计与生产周期日益成为决定 新产品开发周期的决定因素目前工业发达国家的航空航天、汽车、机械、 模具、机床等行业首先得益于该项新技术，使上述行业的产品质量明显提 高，成本大幅度降低，获得了市场竞争优势在汽车工业中，过去新车型 的开发周期一般为10年，现在缩短为2〜3年福特、通用、丰田等公司 的新车型开发周期仅为1年半，这一切都得益于企业模具设计与制造手段 的现代化水平的提高模具设计是否合理会直接影响塑料制品的质量。

由于模具型腔尺寸是 由塑料制品要求尺寸加上所用材料的收缩率得来，而收缩率常常是由塑料 生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值，它不仅与模具的浇口 形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性（各向异性）、 塑料制品的形状、尺寸到浇口的距离及位置有关影响塑料收缩率的主要 因素包括热收缩、相变收缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等，而这些 影响因素与精密注塑制品的成型条件或操作条件有关因此，模具的设计 者必须有丰富的设计和注塑成型经验，必须考虑这些影响因素与注塑条件 的关系及其表观因素，如注塑压力与模腔压力及充填速度、注射熔体温度 与模具温度、模具结构及浇口形式与分布，以及浇口截面积、制品壁厚、 塑料材料中增强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响 上述因素的影响也因塑料材料的不同，或者其它成型条件如温度、湿度、 继续结晶化、成型后的内应力、注塑机的变化而不同随着数控加工装备水平提高，企业正在纷纷加大塑料模具开发力度， 塑料模具已成为模具品种中最为诱人的“奶酪”第 2 章 课题的相关内容2.1 课题提出随着电子元件、计算机、传感与检测、自动控制及机械制造等技术的 不断发展，数控制造技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。

数控制造技 术是柔性制造系统、计算机集成制造系统等先进技术的基础提高数控化 率是当前机械制造技术革新的必由之路我国是制造大国，要加快经济的 发展，必须掌握制造技术的核心，而先进的数控制造技术就是其中之一 但是目前国内数控技术的发展相对于国外还比较落后，数控化率还不够， 有待进一步的发展我院数控加工技术在重庆市区内具有较高的知名度， 这样本课题就顺应提出了2.2 课题内容学习并熟练地使用软件，理解计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制 造(CAM)、Cimatron E的真正含义该课题分三阶段完成：首先设计杯 子三维曲面或实体，生成刀具路径，进行仿真加工，并自动生成数控加工 程序；其次导出数控加工程序，形成文件通过 RS-232 接口输入机床，在 完成人工的装夹和对刀以后，利用数控机床自动加工零件；最后设计其它 五个三维曲面或实体，同时生成刀具路径，并进行仿真加工该课题采用 由南京四开机床厂生产的数控雕铣机加工零件，分别对零件进行粗精加工 以及投影加工2.3 构思课题根据自己测量的尺寸的要求，对零件的高度有一定的限制最终要加 工的零件的设计要求美观、新颖、实用且有创造性，具有内涵起初的构 想是一个直齿圆柱齿轮。

齿轮外形复杂，仿真加工成型美观，但是考虑齿 轮的加工可以使用滚齿机大批量的加工，采用数控机床加工，成本过高 最后设计确定曲线流畅、外形美观的杯子的造型实际的杯子都经过雕琢 修饰，本设计为了简化程序就只考虑其外形结构的设计其他曲面的造型也 遵守设计新颖、美观的特点第 3 章 Cimatron E 介绍Cimatron CAD/CAM 工作环境使专门针对工模具行业设计开发的在 整个工具制造过程中的每一个阶段，用户都会得益于全新的、更 高层次 的针对注模和冲模设计与制造的迅速性和3.1 灵活性Cimatron E 包括一套非常超强，卓越的，易于使用的 3D 设计工具 该工具融合了线框造型、曲面造型和实体造型，允许用户方便地处理获得 的数据模型或进行产品的概念设计在整个工具设计过程中，Cimatron E提供了一套集成的工具，帮助 用户实现模具的分型设计、进行设计变更的分析与提交、生成模具滑块与 嵌件、完成工具组件的详细设计和电极设计针对工具的制造过程， CimatronE 支持具有高速铣削功能的 2.5－5 轴铣削加工，基于毛坯残留知识的加工和自动化加工模板，所有这些大大 减少了数控编程和加工的时间。

3.2 零件设计- 在单一的混合造型环境中，使用强大的建模工具来生成复杂的几何 形状 以实体建模技术的快捷性进行先进的参数化的曲面设计 对开放实体和封闭实体具有同样容易的操作 为制造应用提供一系列的工具，使几何造型最优化，纠正倒扣负角， 增加过渡曲面，实现3.3 曲面的光顺- 在装配和零件环境中，都能在对象之间进行布尔操作 读取二维图纸并可使用已有的轮廓形状设计三维模型 读取二维图纸并可使用已有的轮廓形状设计三维模型 完全参数化设计功能使模型的编辑更加简单 运用快速设计变更分析工具处理设计变更 在设计过程中的任何阶段，用户都可随时更改几何造型 提供完全和部分几何模型的相关性来满足用户的不同需求 使用户能够在装配环境中，动态地观察模型以确保所有零件互不干 扰，协调工作3.4 快速分模- 用快速分模技术把零件分成型芯，型腔，嵌件和滑块 不需要事先对物体进行缝合或修正就可以进行分模设计 沿着最大外轮廓线完成零件表面的分离，同时允许用户指定特定的 拔模角度 使用滚动条就可以模拟分模过程3.5 分析工具- 识别倒扣负角和不能分模的区域，以不同颜色显示出来 允许用户定义颜色并设定拔模角度值 使用动态的剖切工具检查模型的剖面。

在工作过程中，可以保持动态剖切工具保持激活，使用户对存在的 潜在倒扣负角实现即时检查3.6 分模线和分模面- 生成分模线和分模面 采用参数化的、全相关的曲面功能 可以对所有分模的组件应用分模面的功能3.7 绘图- 为开放的和封闭的物体生成视图和剖面 提供基于 PDM 的 BOM 使用全相关的数据库实现基于设计修改的图纸更新 利用用户定义的绘图模板实现自动化出图以提高工作效率- 简化了剖面和尺寸编辑 支持并行工程3.8 数控加工- 粗加工 处理大型，复杂模型 自动识别零件形状和毛坯信息 高效去除材料 用检查面来定义铣削边界 提供多轴加工功能 利用模板使相似的程序编制自动化 模拟连续铣削 检验加工结果第 4 章 杯子的设计过程由于该杯子芯有大量的加工余量，所以首先要进行粗加工根据工件 尺寸大小，粗加工选用直径 22mmR6 的环行刀加工而由于该杯子侧壁有 脱模斜度，使用12mmR2刀具环行半精加工最后采用曲面铳-根据层精加 工和清角加工，使用 5mmR1 的刀具精加工4.1 杯子三维实体在 Cimatron E 中制作杯子三维实体如图 4-1 所示图 4-1 杯子三维实体4.2 程序修改、程序传输4.2.1. 程序修改Cimatron E 在加工中心上的应用是以程序为纽带的，而生成的程序， 有的指令或符号往往与加工中心或数控机床不兼容，这就需要根据采用的 系统进行程序修改。

我对生成的程序作如下修改：(1) 将生成的程序中的半径符号R,改为CR=0.5；(2) 根据零件的实际要求和机床的实际情况，对主轴速度 S 、进给率 F 、 有无切削液等参数进行适当修改4.2.2 程序传输数控程序的传输可以利用 Cimatron E 软件的通信功能,通过接口与 数控机床进行通信，也可以通过专用的通信软件，如DNC软件进行传输通过控制系统的RS232接口，可以从机床中读出数据并传输到外部设备中，同样，也可以从外部设备把数据再读入到机床中读入操作步骤：(1) 打开“程序管理器”，进入程序主目录；(2) 按“读入”键，按此键通过RS232接口装载零件程序；(3) 在PC机上选定程序，按“回车”键；(4)按机床上的“启动”键，用此键启动输入过程4.3 刀入轨迹杯子的刀路轨迹如图 4-2 所示图 4-2 刀路轨迹第 5 章 结 论模具是工业生产的基础工艺装备，由于用模具加工成形零部件具有生 产效率高，质量好，节约原材料和能源，成本低等一系列优点，以成为当 代工业生产的重要手段和工艺发展方向近年来，中国模具发展速度相当 快目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为 30%随着中国汽车、 家电、电子通讯、各种建材迅速发展，预计在未来模具市场中，塑料模具 占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。

为了提高模具的质量、精度和生产效率，人们在模具生产过程中越来 越广泛地使用CAD/CAM设计和CNC数控加工相结合的制造方式如何使模 具结构更合理，数控加工效率和精度更高，一直是模具设计和制造人员努 力研究的方向特别是对三维型面的造型和加工，传统的造型和加工方法 很难实现，即使能够实现效率和精度也很低，因此将造型设计与数控加工 有机地结合起来，对小型模具加工将是很好的选择在这次过程中，我对软件的运用有了近一步的提高，以前的知识难点 都在这里有了一个很好的解决我很感谢这次大作业，首先让我把所学知 识有效的结合起来，还促进了同学之间的友谊我觉得这次大作业是对自 己能力的一个检测致谢我的大学学习即将结束，在这将近两年的时间里，众多的良师益友在 学习及生活上给予我关怀、照顾，在思想上给我的鞭策、鼓励，所有的一 切将使我终生难忘在此期间，在重庆信息工程学院的各位老师的教育指 导下，我感到不论是自己的个人素质还是科学知识方面都得到了很大的提 高本毕业设计与编写过程中，我的指导老师给了我很大的帮助，在此深 表谢意，同时在两年的学习生活中他们给予了我很大的帮助，大家相互关 心，共同学习，彼此之间建立了深厚的友谊。

同时也对各位同学给予我的 关心与帮助表示感谢我也要感谢我所列出的所有参考文献的著者、编著者、编者，以及那 些未被我列出的参考文献的作者，他们的研究成果给了我莫大的帮助参考文献[1] 孙建甫 Mastercam3D 设计及模具加工高级教程，北京 冶金工业出版 社 2006.1[2] 何满才 模具设计与加工- Mastercam9.0 实例详解 人民邮电出版社， 2006.2[3] 孙祖和 Mastercam 设计和制造范例解析 北京 机械工业出版社， 2003.3[4] 何满才 电火花线切割 -Mastercam9.0 基础教程 人民邮电出版社，2004.7[5] 欧伟民 实用模拟电子技术，北京 冶金工业出版社，2006.3[6] 魏明 刘伟民 Mastercam9.0 模具设计与加工 人民邮电出版社 2006.2[7] 何满才数控编程与加工-Mastercam9.0实例详解人民邮电出版社 2005。