剃须刀刀头注塑模具的设计与数控加工研究毕业设计

剃须刀刀头 注 塑 模 具的 设计 与数控加工研究 摘 要 由于注 塑 成型方法有其它塑料成型方法无法取代和比拟的优点，己引起人们普遍关注。注射模设计理论及方法，已经历了从经验设计到理论设计的过程。结合塑模设计的理论利用相关 大大的提高设计、制造的效率和质量。 本课题首先用 须刀刀头 的塑件进行设计，并对塑件的材料进行选型和工艺分析；然后对 剃须刀刀头 的注塑模的结构进行设计，注塑模结构包括：浇注系统的设计、型芯和型腔的设计、抽芯机构的设计和推出与复位机构等的设计，并用 利用 控加工技术是现代自动化、柔性化及数字化生产加工技术的基础与关键技术。论文完成了基于 加工工艺设计 和数控加工试验的全过程。通过设计研究为企业解决了技术难题，本文提出的数控仿真加工方法对于缩短生产周期、降低产品成本、提高工件加工质量具有实际意义。 关键词： 塑模； 控加工 C of of of ue to it s it to AM AM on of of of of by of C of Nc is on of to nc to of Nc is on of to nc to of Nc 目录 第一章 绪 论 . 7 控技术 的发展背景 . 7 控技术 对 工业发展 的重要作用 . 7 控技术的发展过程 . 7 塑模具的发展背景 . 8 具工业对社会经济发展的重要作用 . 8 塑模的发展背景 . 8 控 技术国内外的发展现状 . 9 内数控 技术的发展现状 . 9 外 数控技术 的发展趋势 . 10 课题的提出和主要研究内容 . 12 课题研究的目的和意义 . 12 第二章 塑件结构与工艺分析 . 14 须刀刀头零件结构的分析 . 14 型零件的尺寸计算 . 15 件材料性能分析 . 16 件材料选择 . 16 性能 . 17 料涂料 . 17 件结构 的 设计 . 18 . 18 塑材料成型工艺条件 . 18 塑机的发展及选用 . 19 塑机的发展 . 19 塑机的组成及作用 . 19 备分类 . 19 塑模的冷却系统分析 . 20 章小结 . 20 第三章 注塑模的结构设计 . 21 3.1 . 21 塑模的结构设计 . 21 型面选择 . 22 定型腔的排列方式 . 22 注系统设计 . 23 芯机构设计 . 24 型零件结构设计 . 25 具设计的有关计算 . 26 腔和型芯工作尺寸计算 . 26 腔侧壁厚度和底板厚度计算 . 26 具加热和冷却系统计算与结构 . 28 热和冷却系统计算 . 28 却系统结构 . 28 具温度对制品质量和生产效率的影响 . 29 出机构设计 . 30 推出机构设计的要求 . 30 出机构结构 . 30 体装配三维图 . 30 具的总体结构设计和工作原理 . 32 章小结 . 34 第四章 剃须刀刀头注塑模具的数控加工 . 35 具零件加工的工艺分析 . 35 械加工工艺规程的设计的内容及步骤 . 36 件的工艺性分析 . 36 削用量的选择原则 . 36 具的选型 . 37 控铣削加工常用刀具 . 37 控加工刀具的选择 . 38 加工刀具的直径选择 . 39 工参数的选择 . 40 具进退刀 . 41 床夹具 . 42 床夹具 . 42 床夹具 . 43 床夹具 . 43 床夹具 . 44 件的装夹方式 . 44 具型芯型腔的三维造型设计 . 44 绍及功能特点 . 44 维实体设计 . 45 标系的设定 . 46 具数控加工试验与分析 . 46 控加工的实现过程 . 46 艺处理阶段 . 46 件程序的编制 . 46 件试验设计思想 . 47 控型 腔 零件加工 . 47 章小结 . 53 第五章 总结与展望 . 54 结 . 54 望 . 54 致 谢 . 55 参考文献 . 56 附录 A： . 57 附录 B： . 62 附录 C： . 64 第一章 绪 论 控技术 的发展背景 控技术 对 工业发展 的重要作用 随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加；同时伴随着航天工业、汽车工业和轻工业消费品生产的高速增长，复杂性状的零件越来越多，精度要求也越来越高，此外，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难于适应多样化、柔性化与复杂形状的高效高质量加工要求。因此近几十年来，能有效解决复杂 、精密、小批多变零件加工问题的数控（ 工技术迅速发展和广泛应用，使制造技术发生了根本性的变化。努力发展数控技术，并向更高层次的自动化、柔性化、敏捷化、网络化和数字化制造方向推进，是当前机械制造行业发展的方向。 数控技术是机械加工现代化的重要基础与关键技术。应用数控加工可大大提高生产效率、稳定加工质量、缩短加工周期、增加生产柔性、实现对各种精密零件的自动化加工，易于工厂或车间实行计算机管理，还使车间设备总数减少、节省人力、改善劳动条件，有利于加快产品的开发和更新换代，提高企业对市场的适应能力并提高企业综 合经济效益、数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，使零件的计算机辅助设计（ 计算机辅助工艺规划（ 和计算机辅助制造（ 一体化成为现实，使机械加工的柔性化、自动化水平不断提高。 数控加工技术也是发展军事技术的重要战略技术。美国与西方各国在高档数控机床与加工技术方面，一直对我国封锁限制，因为许多先进武器装备的制造，如飞机、导弹、坦克等的关键零件，都离不开高性能的数控机床加工。我国的航空、能源、交通等行业也从西方引进了一些五轴联动机床等高档数控设备，但其 使用受到国外的监控和限制，不准用于军事用途零件的加工。这一切都说明数控加工技术在我国现代化建设方面的重要作用。 控技术的发展过程 数控研究的历史始于 20世纪 40年代前后，美国帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构研究所合作，进行数控机床的研究工作，在 1952 年研制成功了世界上第一台三坐标数控铣床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了四个阶段、八代的发展。 (1)数控 (段 早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求 。人们不得不采用数字逻辑电路 “ 搭 ” 成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控，简称为数控 (随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952年第一代一电子管 ;1959年第二代一晶体管 ;1965年第三代一小规模集成电路。 (2)计算机数控 (段 到 1970 年，通用小型计算机业已出现并成批生产，其运算速度比五、六十年代有了大幅度的提高，这比专门 “ 搭 ” 成的专用计算机成本低、可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控 (段。 1970年在美国芝加 哥数控展览会上，首次展出了由小型计算机为核心的计算机数控系统，标志着数控系统进入了计算机为主体的第四代。至此，原来由硬件实现的功能逐步改由软件完成，从此系统进入了软件数控时代。 1974 年，首次出现了采用微处理器芯片的软件 统，象征着数控系统进入了以微机为背景的第五代。这一发展真正实现了机电一体化，进一步缩小了体积，降低了成本， 简化了编程和操作，使数控系统达到了普及的程度。 70 年代末、 80 年代初，随着超大规模集成电路、大容量存储器、 普及应用，虽然仍以微处理器为基础， 但控制功能更为完备，达到了多功能的技术特征，尤其在软件技术方面发展更快，具有了交互式对话编程，三维图形动态显示 /校验，实时精度补偿等功能。在系统结构上，开始出现了柔性化、模块化的多处理机结构。数控系统产品也逐步实现了标准化，系列化。 (3)高速高精度 进入八十年代，为了实现高速、高精度曲面轮廓精加工，必须提高微轮廓线的解释处理能力和伺服驱动特性，为保证零件程序的传送、插补、加工线速度控制等连续处理， 32位 统进入了面向高速、高精度的第七代。 1986 年，三菱电机公司率先推出了 8020的 32位 起了 32位 逐渐成为当今数控系统的主流。 (4)基于 进入九十年代，个人计算机 (性能已发展到很高的阶段，从 8位、16位发展到 32位，可以满足作为数控系统核心部件的要求，而且 格便宜，可靠性高。数控系统从此进入基于 1994年，这种基于 在此后获得了高速发展。 仅为 为 开放化提供了基础，使之成为数控历史最具影响的发展。人们常称这种 塑模具的发展背景 具工业对社会经济发展的重要作用 随着科学技术和经济的快速发展以及生活质量的不断提高，人们对塑料制品 要 求也越来越高。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等行业的塑料产品需求量正在逐年增大，其产品也在不断的创 新、变化之中，这种变化促进了机械制造业的快速发展，而模具工业又是机械制造业中的一项基础产业，同时模具工业又处在高新技术产业的重要领域。所以，模具工业的发展是科学技术成果新品转化、开发成功的关键因素之一。 一个国家模具生产技术水平的高低，已成为衡量这个国家产品制造水平高低要标志之一。因为，模具技术在很大程度上决定着塑料产品的质量、效益以及产品的开发能力。近年来，我国模具工业的发展很快，模具水平也在不断提高。在这种情况下，可以说国内模具工业的发展挑战与机遇并存。目前，我国模具工业在产值上仅次于日本和美国。我国经济的高速发展同样也给模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的空间。现今，国内模具生产厂家己超过 2万家，模具制造从业人员己超过 50万人。近 10年来，国内模具在数量、质量、技术等方面有了很大的跨跃，现正以每年 15%左右的增长稳步发展。 我国模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、仪器、仪表家电和通信等产品中， 60%零部件都要依靠模具成型，模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，它加工制造方法所不能比拟的。用模具生产的最终产品的价值，往往是模 具本身价值的几十倍、上百倍。 塑模的发展背景 塑料做为四大工程材料之一，与其它材料相比，塑料具有重量轻、耐腐蚀强度高、电性能优异、绝热、阻燃以及成型容易等特点。当前，塑料己成为材工业中不可缺少的重要 组成部分。随着全球经济一体化进程的不断加快，世界各国对机械、建筑材料、电子等诸多领域的塑料产品的需求量正在逐年增加，这为模具工业的发展奠定了良好的基础。模具工业既是社会进步、科技发展的基石，又是人们生活水平不断提高的基础，是国家经济快速发展的根本之一，模具工业被形象地喻为 “ 工业基石 ” 、 “ 关键工业 ” 、 “ 促进社会繁荣富裕的动力 ” 。这些定义明确地说明了模具工业在国家的工业以及经济中所处的地位，也表明了模具工业在社会发展中的重要位置。据资料显示，美、日等发达国家的模具工业产值已超过机床工业 2。模具工业的发展己超越了近年来快速发展的新兴产业电子工业近年来，随着汽车、航天航空、国防、电子、家用电器等行业的不断发展使得大型塑件也受到越来越广泛的重视和应用。由于国内在一些新的成型工艺在模具设计等相关技术方面的问题还不能很好地加以解决，与国外相比尚有一定的差距。因此，我们应加强对大型塑件以及大型模具的理论研究并提高 企业的实应用水平。 目前，国内对塑料制品的精度、质量及使用性能等的要求也在不断提高，这些具体要求除了与制件的结构及所选用的注塑材料有关外，主要还与其成型的方法和模具的结构设计有关。因此，为生产出合格的大型塑料制品，对注塑模具质量也提出了更高的要求。要求塑料注塑模具具有高效的自动化、高精度、长命、成本低以及制造周期短。而国外传统技术进行塑料模具设计与制造的国内模具设计行业面临更大的挑战。所以我们应该在这个方面加大人力与技术投入的力度，并进行深入研究。 控 技 术国内外的发展现状 内数控 技术的发展现状 随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃己经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，相应的对 数控技术 的要求也越来越高。一方面企业为追求规模效益，使得 数控 向着高速、精密、长寿命方面发展。另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展 ，使 数控 技术如虎添翼，所涉及的范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。高科技新技术在国外的 机加工 企业中己得到广泛应用。 我国数控技术起步于 20世纪 50年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段， “ 六五 ” 、“ 七五 ” 期间的消化吸收、引进技术阶段， “ 八五 ” 期间建立国产化体系阶段， “ 九五 ” 期间产业化阶段，现已基本掌握了现代数控技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自己的数控产业。目前，较具规模的企业有广州数控、航天数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普 及型数控系统。经半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高，逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。但是由于系统技术含量低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力，只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的作用，与国外相比，还有不小的差距。主要问题有以下几方面： (1)技术创新成分低、消化吸收能力不足目前我国数控技术的研究主要还是依照国外开发的一些模式按部就班地进行。真正创新的成分不多，对国外技术的依赖度较高，对所引进技术的消化依旧停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有 完全形成产品自主开发能力和技术创新能力。技术引进是加快我国控技术发展的一条重要途径，但引进的技术要实现从根本上提高我国数控技术水平，必须进行充分的消化吸收。消化吸收的力度不强，不但无法摆脱对国外技术的依赖，而且还会造成对国外技术依赖性增强的反作用。 0 (2)技术创新环境不完善我国尚未形成有利于企业技术创新的竞争环境。企业技术创新的动力来源于对经济利益的追求和外部市场的竞争压力，其技术创新意识不强。企业还没有建立良好的技术创新机制，绝大部分企业的技术创新组织仍处于一种分散状态，很难取得高水平的科研成果。 (3)产品可靠性、稳定性不高可靠性的指标一般采用平均无故障时间 (位为 h)，国外数控系统平均无故障时间在 10 000 产数控系统平均无故障时间仅为 3 0006 000 h。这使得可靠性、稳定性上就与国外技术相差很大，必然影响产品的市场占有率。 (4)网络化程度不够我国数控技术的网络化程度不够，目前主要用于 用纸带阅读器、串口通讯技术，其集成化、远程故障排除、网络化水平有限。 (5)体系结构不够 “ 开放 ” 大部分数控产品体系结构不够开放，用户接口不完 善，少数具有开放功能的产品又不能形成真正的产品，只是停留在试验、试制阶段。用户不能根据自己的需要将积累的技术经验融入到系统中，无形中流失了很多对数控技术改进、创新和完善的资源。 外 数控技术 的发展趋势 当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在 “ 高精尖 ” 数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制 造技术已成为世界各发达国家加速经济发展，提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，其技术范围覆盖很多领域：机械制造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 (1) 高速、高精度化 高速切削加工不仅可以提高生产效率，而且可以改善加工质量，所以自 20世纪 90年代初以来，便成为机床技术重要的发展方向。各国相继推出了许多主轴转速 10 000 r 00 r 速切削加工正与硬切削加工、于切削和准干切削加工以及超精密切削加工相结合；正从铣削向车、钻、镗等其他工艺扩展；正向较大切削负荷方向发展。 高速加工对机床和功能部件的要求是：主轴功能部件的速度应能达到 12 000 40 000 r 作台最高进给速度应达到 40 60 m 速度达到 刚性的机械部件结构；高稳定、高刚度、冷却良好的高速主轴；精确的热补偿系统；高速处理能力的控制系统 (具有 能力的控制系统 )。 (2) 智能化、开放式、网络化 将来的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电动机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、 有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系 统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题，目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的 盟的 本的 国的控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象 (数控功能 )，形成系列化。并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系1 统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运 行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 中，日本山崎马扎克公司展出的“ (智能生产控制中心，简称 日本大隈机床公司展出的 “ IT (信息技术广场，简称 场 )；德国西门子公司展出的 “ (开放式制造环境，简称 ，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 (3) 环保化 随着人们环境保护意识的加强，对环保的要求越来越高。不仅要求在机床制造过程中不产生对环境的污染，也要求在机床的使用过程中不产生二次污染。在这种形势下，装备制造领域对机床提出了无冷却液、无润滑液、无气味的环保要求，机床的排屑、除尘等装置也发生了深刻的变化。上述绿色加工工艺愈来愈受到 机械制造业的重视。目前在欧洲的大批量机械加工中，已有 10一 15的加工实行了干切削或准干切削。美国 列车床、德国 高速加工中心均采用了干切削技术；日本原洲公司加工中心采用了液氮冷却技术；日本富士公司的数控车床采用了冷风冷却技术。 (4) 采用五轴联动加工和复合快速力 采用五轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅粗糙度好，而且效率也大幅度提高。一般认为， 1台五轴联动机床的效率可以等于 2台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材 料铣刀进行高速铣削淬硬钢工件时，五轴联动加工可比三轴联动加工发挥更高的效益。但过去因五轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比三轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了五轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现五轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小，因此促进了复合主轴头类型五轴联动机床和复合加工机床 (含五面加工机床 )的发展。 (5 )重视新技术标准、规范的建立 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、 适应性、扩展性，美国