毕业设计（论文）-基于ProToolkit的齿轮注塑模三维参数化设计.doc

黄河科技学院毕业设计（论文） 第36页基于ProToolkit的齿轮注塑模三维参数化设计摘要随着塑料制品的大量使用,注塑模的应用越来越广。注塑模具是一种结构复杂、零件精度要求很高的工艺装备,传统设计方法无法使模具满足塑件的高精度要求。参数化设计作为一种智能化、自动化的机械设计方法,可使模具的设计水平达到新高度。本论文根据注塑模具的设计原理,在Windows XP环境下,基于Pro/E野火4.0软件平台,采用Microsoft SQL Server数据库,利用Microsoft Visual Studio 2005编译器和Pro/E自带的功能丰富的二次开发工具Pro/TOOLKIT,通过Pro/E强大的Parameters和Relations功能,开发一套界面友好、交互性强的直齿渐开线锥齿轮注塑模CAD系统。 论文通过对锥齿轮结构的详细分析,采用基于特征的参数化造型方法建立标准渐开线锥齿轮的三维模型,并依据注塑模设计理论选择注塑机、确定其合理的模具结构,达到模具设计步骤规范化。 论文对锥齿轮注塑模CAD系统的整体框架进行规划,建立锥齿轮参数化设计、选择注塑机、成型零件参数化设计、推出机构参数化设计、模板类零件参数化设计、其它零件参数化设计、锥齿轮模具总装图设计七大模块。分别对各模块的零件尺寸建立驱动方程,利用Pro/E的参数和关系功能将各模块零部件的尺寸仅由锥齿轮的基本参数驱动。 论文通过分析Pro/E软件、Microsoft Visual Studio 2005编译器、数据库之间的通信及有关接口技术要点,研究MFC可视化对话框设计、Pro/TOOLKIT菜单设计、MFC ODBC数据库访问等关键技术,建立本系统各模块的对话框、菜单和信息资源文件,创建管理各模块零部件标准尺寸的Microsoft SQL Server数据库,实现锥齿轮注塑模CAD系统的可视化界面设计。 论文在Microsoft Visual Studio 2005环境下编制本系统各模块的主程序,实现编程模块化,从而把实体模型、菜单和界面联系起来,最终实现锥齿轮注塑模CAD系统各模块的参数化设计。关键词：参数化设计、 锥齿轮、 注塑模、CAD系统、 Pro/TOOLKIT 、Microsoft SQL ServerGear Injection Mold Pro Toolkit 3D parametric designAbstractWith the extensive use of plastic products, injection mold used more and more. The injection mold is a complex structure, precision parts requires high technology and equipment, traditional design methods can not mold to meet the precision requirements of the plastic parts. Parametric design as an intelligent, automated mechanical design allows mold design standards to new heights. This thesis is based on the injection mold design principle, under the Windows XP environment, based on Pro / E Wildfire 4.0 software platform, Microsoft SQL Server database using Microsoft Visual Studio 2005 compiler and Pro / E comes secondary development tool Pro / TOOLKIT, by the powerful Pro / E Parameters and Relations function to develop a friendly interface, interactive, straight teeth involute line of bevel gears injection mold CAD system. Through a detailed analysis of the bevel gear structure, the use of feature-based parametric modeling methods to establish the standard three-dimensional model of involute bevel gears, and based on the injection mold design theory to select injection molding machines, to determine the reasonable structure of the mold, to mold design steps standardized. Paper to plan the overall framework of the injection mold CAD system of the bevel gear, establish the bevel gear parametric design, injection molding machines, molding parametric design, the introduction of parametric design, parametric design of a template class, and other parametric design, bevel gear mold assembly diagram design of the seven modules. Part size of each module, the driver equation, the use of Pro / E parameters and relationships function the size of the module components only by the basic parameters of the bevel gear drive. Thesis by analyzing the Pro / E software, the Microsoft Visual Studio 2005 compiler, the points of communication between the database and related interface technology, research MFC visualization dialog design, Pro / TOOLKIT menu design, the MFC ODBC database access and other key technologies, the establishment of module in the system dialog box, menu, and information resource file, create a management standard size for each module components of Microsoft SQL Server database, the visual interface design bevel gear injection mold CAD system. Papers prepared under the Microsoft Visual Studio 2005 environment, the main program of the system module, programmed modular, so that the solid model, the menu and interface are linked, and ultimately the design of the bevel gear injection mold CAD system module parameters.Key words: parametric design, bevel gears, injection molds, CAD systems, Pro / TOOLKIT, the Microsoft SQL Server目 录1 引言32 塑料齿轮结构设计53 齿轮塑件材料的选择54 注塑机的选择841 注射量的校核842 注射压力的校核843 锁模力的校核944 模具开模行程校核945 模具厚度校核105 模具结构分析与设计1051 分型面的选择与确定1052 型腔数目的确定及排列1153 浇注系统设计1154 成型零件结构设计1355 推出机构的设计1556 模具结构166 齿轮注塑模 CAD 系统的模块设计1761 系统设计思路1762 零件建模18621齿轮设计18622模板设计20623 杆类零件2063 程序设计21631设计思路21632 添加菜单2164 注塑模各模块设计24641 定模模块24642零件数据库建立2765 编写注册文件32设 计 总 结33致 谢34参 考 文 献351 引言市场上三维造型软件非常多，PRO/E，UG，CATIA，SOLIDWORKS，CIMATRON等，在模具行业运用最多的要数PRO/E，UG。他们自身带的模具模块（EMX，UGMOLDWIZAR）大大提高了模具设计效率。他们与MOLDFLOW的无缝连接，减少了试模次数，降低了生产成本。但是这些软件都有自身的局限性，他们针对的是广大用户，针对一些产品单一，但同一系列量大的公司，用这些软件时重复性工作还很多。所幸他们都为用户提供了二次开发。用户根据自己的需要可以编写自己所需要的模块。从而提高设计效率。PRO/E提供的二次开发的平台有基于Pro/TOOLKIT的二次开发过程，基于Automation GATEWAY的二次开发，基于J-Link的二次开发过程，基于Pro/Web Link的二次开发过程，基于VB API的二次开发过程。用的最多是Pro/TOOLKIT，它是针对Pro/E功能强大的二次开发工具19。它封装了许多针对Pro/E底层资源调用的库函数与头文件，借助第三方编译环境（C语言、VC+语言等）进行调试。使用Pro/TOOLKIT开发应用程序包含三个基本步骤：编写源文件（包括资源文件和程序源文件）；生成可执行文件；可执行文件在Pro/E中注册并运行是Pro/E软件自带的二次开发模块，可以直接访问ProE软件的最底层数据库资源，这是进行PRO二次开发最根本的方法，但要求开发人员具有相当C语言的编程能力；它是PTC公司为Pro/E提供的用户化工具箱，该工具箱为用户程序、软件及第三方程序提供了与Pro/E的无缝联接。用户程序和第三方程序是用c语言编写的，Pro/TOOLKIT提供了大量的C语言的库函数，能够使外部应用程序安全有效地访问Pro/E的数据库和应用程序。通过C语言编程及应用程序与Pro/E的无缝集成，用户和第三方能够在ProE系统中增加所需的功能9。C语言开发平台有很多，本次开发的第三方软件是Visual Studio 2005。Visual C+是新一代面向对象的、可视化程序设计工具。利用其开发基于ProE的三维标准零件库程序一般需要两个步骤：一是可视化程序设计阶段；二是代码编写阶段。在可视化程序设计阶段，编程者使用VC来定制所需用户界面。在代码编写阶段，编程者通过调用消息和事件函数实现所需的功能。由于在Visual C+中可以非常方便地使用对话框(dialog)，位图(bitmap)、菜单(menu)等工具箱，编程人员只需编写少量的代码就可以设计出界面友好、方便用户使用的程序，因而可以大大提高系统开发的效率。从用户观点来看，Windows操作系统具有适宜的人机交互界面，它面向用户提供了图形与文字共存的可视化环境，使操作更为自然、简便和快捷。但在本文中，主要是利用VC对所编写的ProTOOLKIT应用程序进行编译、连接以生成可执行文件。在建模中统一系列的零件可以建立相应的数据库，然后访问数据库，这样比PRO/E中的族表更好用5。本次毕业设计的产品是塑料齿轮。随着电子产品的飞速发展，塑料齿轮的需求量越来越大，型号也越来越多样性。如果每一型号的产品都要重新设计，大大降低公司的竞争力。因此建立一个齿轮注塑模设计系统，模具可以根据产品的大小而做出相应改变，针对性强14。2 塑料齿轮结构设计塑料齿轮具有传动噪声低、可以或者许吸振、自润滑、生产模型加工生产效率高等优点，塑料齿轮在齿轮行业的应用会愈来愈多，成为一种趋势。随着塑料齿轮被广泛应用于办公自动化设备、医疗器械、仪器仪表、电动工具、大型玩具、家用电器等一些传动机构中，同时伴随着齿轮传动性能好、噪音低、耐磨强度好、精度基本达到用户要求等优点，因此塑料齿轮被越来越多的厂商与用户所关注。本文设计的齿轮尺寸小，结构较为一般，因此分型面设计，脱模设计都比较简单。塑料齿轮质量非常轻，强度也能满足要求，特别适合用在电子产品，由于塑料成本较低，生产效率也大大提高16。图2-1 零件三维图 图2-2零件二维图 3 齿轮塑件材料的选择在选择齿轮塑件材料时，需综合考虑以下几方面，以判断其是否能满足使用要求。塑料的力学性能：如强度、刚性、韧性、弹性、弯曲性能、冲击性能以及对应力的敏感性； 塑料的物理性能：如对使用环境温度变化的适应性、光学特性、绝热或电气绝缘的程度、精加工和外观的完美程度等； 塑料的化学性能：如对接触物(水、溶剂、油、药品)的耐性、卫生程度等； 必要的精度：如收缩率的大小及各向收缩率的差异；成型工艺性：如塑料的流动性、结晶性、热敏性。 乙缩醛作为一个重要的齿轮制造材料广泛应用于汽车、器具 、办公设备等领域，已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 以上。和金属以及其它塑料材料相比，它具有优异的润滑性能。 PBT聚酯可制造出非常光滑的表面，不进行填充改性其最大工作温度可达150，玻纤增强后的产品工作温度可达170。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较，它运行良好，经常用于齿轮的结构中17。 聚酰胺材料，与其它的塑料材料和金属材料比较，具有韧性好和经久耐用的性质，常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150，玻纤增强后的产品工作温度可达175。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征，使得它们不适合用于精密齿轮领域。 聚苯硫醚（PPS）的高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。液晶聚合物(LCP)做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220的温度，具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮，相当于人头发直径的2/3大小。 热塑性弹性体能使齿轮运行更安静，做成的齿轮柔韧性更好，能够很好的吸收冲击负荷。例如，共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮，当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候，运行时允许出现一些偏差，同时能够降低运行噪音。这样的一个应用例子是窗帘传动器中使用的齿轮。 在温度相对较低、腐蚀性化学环境或者高磨损环境中，聚乙烯、聚丙烯和超高分子量聚乙烯等材料也已被用于齿轮生产。也考虑了其它的聚合材料，但在齿轮应用中受到了许多苛刻的限要求限制，例如聚碳酸酯润滑性能、耐化学性和耐疲劳性能不好；ABS和LDPE材料通常不能满足精密齿轮的润滑性能、耐疲劳性能、尺寸稳定性以及耐热、抗蠕变等性能要求。这样的聚合物大多数用于常规的、低负荷或者低速运转的齿轮领域18。聚甲醛是一种没有侧链，高密度，高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。 聚甲醛表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在-40- 100C温度范围内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能。很不耐酸，不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射。 聚甲醛的拉伸强度达70MPa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度，弯曲强度，耐疲劳性强度均高，耐磨性和电性能优良。典型应用范围。POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性，特别适合于制作齿轮和轴承。由于它还具有耐高温特性，因此还用于管道器件（管道阀门、泵壳体），草坪设备等。化学和物理特性。POM是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度，但不易于加工。共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶性材料并且不易吸收水分。POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2%3.5%。对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。 聚甲醛（POM）是一种性能优良的工程塑料，在国外有“夺钢”、“超钢”之称。POM具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外它还有较好的耐化学品性。POM以低于其他许多工程3。塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，自问世以来，POM已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，POM也表现出较好的增长态势。POM的性能参数表3-1 POM技术指标密度 （g /Cm）1.39吸水率0.2连续使用温度 ()50100屈服抗拉强度 (MPa)63屈服拉应变10极限拉应变31缺口冲击韧度 (Kj/)6洛氏硬度 (MPa)135邵氏硬度 (MPa)85弹性模量 (MPa)2600软化温度 ()150热变形温度HDT ()155热导率 W/(mK)31摩擦系数0.35其综合表现为：耐疲劳强度高。耐磨性好，磨擦性能非常优异。 吸水率低。 表面硬度大，刚性好。尺寸稳定性好，产品的尺寸精度高4。 4 注塑机的选择41 注射量的校核 若注塑机的最大注射量小于制品所需注射量，就会造成制品的形状不完整、内部组织疏松、制品强度下降等缺陷，因此需对注射量进行校核7 KM （1）KV （2）n型腔数目；k最小注射量的折算系数，一般取0.2；M0、V0注塑机的实际额定注射量，g或Cm ；mi 、 vi单个塑件的质量或体积g或Cm；mj 、vj浇注系统及飞边质量或体积g或Cm；42 注射压力的校核 注射成型时，塑料熔体在一定的压力推动下从注射机喷嘴经浇注系统充满型腔。若注塑机的最大注射压力不能满足制品成型的需要，将使制品产生缩孔、缩松、气泡等现象，因此需对注射压力进行校核。其校核公式为8P max 1.25*P （3）P max 注塑机最大注射压力 P 塑料制件所需注射压力43 锁模力的校核 注射成型时，熔体在型腔内的压力很高，作用在模具上的力也很大，为防止在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边、跑料等现象，需对锁模力进行校核3。即使作用在分型面上的推力大小等于塑件和浇注系统在分型面上投影面积之和乘以型腔内的熔体压力，作用在分型面上的推力应小于注射机的额定锁模力6T推=A*P平均=1d15=0.38*mend ifif hax1d15=0.46*mend if（倒圆角尺寸）d9=b 在参数下齿轮模型建好后，能较快修改的重生成。622模板设计板类零件的设计比较简单，重要的是重要尺寸用参数定义，便于编程中修改其尺寸。图6-2 动模板主要尺寸 表6-2 动模板主要参数名称值L1250L2203L3101W1200W2160H30623 杆类零件 导柱，复位杆，顶杆等零件设计也比较简单，拉伸，旋转即可，关键尺寸使用参数定义。如直径，长度等等。63 程序设计631设计思路开始建立项目主菜单程序设计打开零件，提取参数，定义参数打开装配图设置启动文件运行建立数据库在主对话框设置按钮，然后关联到分对话框，图6-3程序设计模型树632 添加菜单 在vs2005中，建立一个新项目，使用MFC DLL模板，项目名称为zhusumu 。vs2005会自动建立名为zhusumu的文件夹。配置以下三个项目属性：(1) 常规字符集，将其中的默认“使用UniCode字符集”改为“使用多字节字符集”(2) C/C+预处理器，在“预处理器定义”里加入：PRO_USE_VAR_ARGS(3) 连接器输入，在“附加依赖项”里加入：wsoCk32.libmpr.libpsapi.libprotk_dllmd.lib在项目所在目录下，建立一个text目录，并text目录下，新建一个菜单文本文件，取名为menu.txt，文件内容为：m_zhusumu&注塑模设计#b_para&注塑工件参数输入#paratip&输入模架，销钉等参数#添加主菜单ProStringToWstring(menumsgfile,menu.txt);status=ProMenubarMenuAdd(zhusumu,m_zhusumu,Help, PRO_B_FALSE,menumsgfile);status=ProCmdACtionAdd(MyDLG,(uiCmdCmdACtFn)MyDLG,uiCmdPrioDefault,UserACCessTestMenu,PRO_B_TRUE,PRO_B_TRUE,&Cmd_id);status=ProMenubarmenuPushbuttonAdd(zhusumu,para,b_para,paratip,NULL,PRO_B_TRUE,Cmd_id,menumsgfile);函数解释PRO/Error ProMenubarMenuAdd (ProMenuItemName menu_name /* (输入参数) 菜单名 (必须唯一)*/ProMenuItemLabel untranslated_menu_label /* (输入参数) 菜单的标签*/ProMenuItemName neighbor /* (输入参数) 菜单栏上的邻近菜单注: 如果添加的是第一个菜单，请将neighbor参数设为NULL. */ProBoolean add_after_neighbor /* (输入参数) 指定添加菜单到邻近菜单的左边还是右边; PRO_B_TRUE 指定到右边.*/ProFileName filename /* (输入参数) 包含标签的消息文件名 */)ProMenubarmenuPushbuttonAdd添加一个新的按钮（菜单项）到Pro/ENGINEER的菜单中必须包含以下头文件：#inClude 函数原型：PRO/Error ProMenubarmenuPushbuttonAdd (ProMenuItemName parent_menu /* (输入参数) 父菜单名 */ProMenuItemName push_button_name /* (输入参数)新菜单项名(必须唯一)*/ProMenuItemLabel push_button_label /* (输入参数) 新菜单项标签 */ProMenuLineHelp one_line_help /* (输入参数) 菜单项功能提示 */ProMenuItemName neighbor /* (输入参数)父菜单的邻近项. 注: 如果添加的是第一个菜单项，则将neighbor 参数设为NULL. */ ProBoolean add_after_neighbor /* (输入参数) 指定新菜单项是在邻近菜单项的前边还是后边; PRO_B_TRUE 指定到后边 */uiCmdCmdId aCtion_id /* (输入参数)菜单项的动作标识符号 */ProFileName filename /* (输入参数)包含标签与提示文本的消息文件名*/)由于protoolkit插入插入菜单的不方便性，特别是在建立二级三级菜单时。因此此系统的菜单用VS2005的按钮功能来完成，方便快捷。首先基于函数添加主菜单，在vs2005中连接一个对话框，然后再其上设置16个按钮，更改按钮名称，易于区分，如图6-4。再分别建立12个对话框，使他们与按钮向关联。然后双击按钮，写入以下语句CDialog dlg;dlg.DoModal();第一行的CDialog是对话框类的名称。并在头文件中添加头函数就可调用其对话框。 图6-4 主要对话框64 注塑模各模块设计641 定模模块新建对话框，然后添加类dlg_dingmu，添加静态文本控件（StatiC Text）和编辑控件（Edit Control），图片控件（PiCture Control），位编辑控件添加变量m_l1, m_l2, m_l3, m_w1, m_w2, m_h，完成后格式如图6-5 图6-5 定模板对话框双击确定按钮输入下列语句。void dlg_dingmu:OnBnCliCkedOk()ProMdl model; /模型ProFamilyName partname; /零件模型文件名int nWindowID; /窗口标识ProModelitem feature; /特征ProParameter param1,param2,param3,param4,param5,param6; /参数(变量个数应以所有模型中参数最多的为准)ProParamvalue value1,value2,value3,value4,value5,value6; /参数值(同上)/打开定模模型ProStringToWstring(partname,dingmu.prt);ProMdlRetrieve(partname, PRO_MDL_PART, &model); /提取工作目录中的零件模型ProMdlDisplay(model); /显示模型 ProMdlWindowGet(model,&nWindowID); /获取模型窗口标识符ProWindowACtivate(nWindowID); /激活模型窗口 /初始化定模参数int i;double l1,l2,l3,w1,w2,h;ProMdlIdGet(model,&i);ProModelitemInit(model,i,PRO_PART,&feature);ProParameterInit(&feature, Ll1, ¶m1); ProParameterInit(&feature, Ll2, ¶m2);ProParameterInit(&feature, Ll3, ¶m3);ProParameterInit(&feature, Lw1, ¶m4);ProParameterInit(&feature, Lw2, ¶m5);ProParameterInit(&feature, Lh, ¶m6);UpdateData(true); /将编辑框中的数据传送到关联变量l1=m_l1; /直接取用变量的值即可l2=m_l2;l3=m_l3;w1=m_w1;w2=m_w2;h=m_h; /为定模参数赋新值(一定要对应上面个参数的顺序) value1.type=PRO_PARAM_DOUBLE; /在pro/E中，所有的参数都是实数类型 value1.value.d_val=l1; ProParameterValueSet(¶m1, &value1); /设置新的参数值 value2.type=PRO_PARAM_DOUBLE; value2.value.d_val=l2; ProParameterValueSet(¶m2, &value2); value3.type=PRO_PARAM_DOUBLE; value3.value.d_val=l3; ProParameterValueSet(¶m3, &value3); value4.type=PRO_PARAM_DOUBLE; value4.value.d_val=w1; ProParameterValueSet(¶m4, &value4);value5.type=PRO_PARAM_DOUBLE; value5.value.d_val=w2; ProParameterValueSet(¶m5, &value5);value6.type=PRO_PARAM_DOUBLE; value6.value.d_val=h; ProParameterValueSet(¶m6, &value6);ProSolidRegenerate(ProSolid)model, PRO_B_TRUE); /再生模型ProMdlSave(model); /保存模型 OnOK(); /关闭对话框642零件数据库建立注塑模中使用的标准件比较多，例如导套，导柱，顶杆，复位杆，浇口套等。如果设计中能直接调用它们，大大节约成本，提高效率。PRO/E中族表可以实现此功能，但对于整个系统来说，调用时很不方便。本文采用调用SQL server 2000数据库方法来实现标准件的调用。以导柱为例使用SQL Server 2000建立一个“Engineering”数据库，并在其中建立一个“导柱”数据表，表结构为：D为导柱直径D1导柱头直径H导柱头高度 表6-3 表结构设计列名数据类型长度允许空Dfloat8不允许D1int4允许Hint4允许表6-4 零件重要参数DD1H12175162162025625308303583540840451050561260661570761580861590962010010620使用数据库时vs2005中的语句会相应的增加，如下void dlg_daozhu:OnBnCliCkedOk()UpdateData(true); /将编辑框中的数据(工件孔径)传送到关联变量m_DHole /根据SQL语句生成记录集m_pReCordset.CreateInstanCe(_uuidof(ReC