基于Pro_E的电风扇旋钮产品设计及模具加工毕业设计论文.doc

第一章 绪论 1.1 本次毕业设计的课题与目的本次论文研究题目为“基于Pro/E的电风扇旋钮产品设计及模具加工”，此次研究主要是通过参考书及pro/E视频教程学会并运用pro/E进行模具的设计及加工，从而完成电风扇旋钮产品，最终要达到能用pro/E进行一些简单的模具设计及加工。1.2 pro/E设计软件的介绍 Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 主要特性:Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。 Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 (1) 参数化设计 相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。 (2)基于特征建模 Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。(3)单一数据库（全相关） Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。1.3 数控加工发展趋势随着社会的发展，科技的进步，机械专业对专业人才的需求在不断发生变化。信息技术的高速发展，特别是CAD/CAM、pro/E等软件的广泛应用，带动了数控技术的快速发展，也给传统的制造业带来了革命性的变化。作为人才培养摇篮的各类学校，其相关专业的建设必须改革，以适应社会的需要。近几年，我院在珠三角以及长三角地区机械行业的一些重点企业中，进行了广泛的人才需求调查。调查表明，企业对生产一线的应用型、技能型专业人才需求量很大。从需求的专业看，机械制造、数控技术及应用、模具设计与制造等专业人才需求量大。以数控机床为例，目前我国数控机床的使用已从飞机制造、军工仪表扩展到铁路、 纺织、机械、汽车等行业。在机械制造业，有90以上的行业使用数控机床。1.4 数控加工的特点 （1）工序集中 数控机床一般带有可以自动换刀的刀架、刀库，换刀过程由程序控制自动进行，因此，工序比较集中。 工序集中带来巨大的经济效益： 减少机床占地面积，节约厂房。 减少或没有中间环节（如半成品的中间检测、暂存搬运等），既省时间又省人力。 （2）自动化 数控机床加工时，不需人工控制刀具，自动化程度高。带来的好处很明显。 对操作工人的要求降低：一个普通机床的高级工，不是短时间内可以培养的，而一个不需编程的数控工培养时间极短（如数控车工需要一周即可，还会编写简单的加工程序）。并且，数控工在数控机床上加工出的零件比普通工在传统机床上加工的零件精度要高，时间要省。降低了工人的劳动强度：数控工人在加工过程中，大部分时间被排斥在加工过程之外，非常省力。产品质量稳定：数控机床的加工自动化，免除了普通机床上工人的疲劳、粗心、估计等人为误差，提高了产品的一致性。 加工效率高：数控机床的自动换刀等使加工过程紧凑，提高了劳动生产率。 （3）柔性化高传统的通用机床，虽然柔性好，但效率低下；而传统的专机，虽然效率很高，但对零件的适应性很差，刚性大，柔性差，很难适应市场经济下的激烈竞争带来的产品频繁改型。只要改变程序，就可以在数控机床上加工新的零件，且又能自动化操作，柔性好，效率高，因此数控机床能很好适应市场竞争。加工能力强机床能精确加工各种轮廓，而有些轮廓在普通机床上无法加工。数控机床特别适合以下场合： 不许报废的零件。 新产品研制。 急需件的加工。 第二章 用pro/E生成实体2.1 设计与加工任务 如图2-1所示电风扇旋纽零件为对象,介绍其在pro/E系统中三维模型的造型过程、模具的设计过程及在pro/E系统中模具的加工过程。 图2-1电风扇旋纽2.2 设计前的准备 在进行模具设计与加工前,首先为该模具建立一个专用的文件夹，并将该文件夹设置为当前工作目录,这样一来,在产品三维造型中产生的文件、模具设计过程中产生的文件、转换的数据文件及在pro/E系统中的加工文件会一一存入该文件夹下,使整个设计及加工过程产生的文件一目了然,具体操作步骤如下。（1） 建立模具专用文件夹。 在用户计算机F盘目录下建立一个名为“chanpin”的文件夹,建立的文件夹如图2-2所示。 图2-2 建立【chanpin】文件夹（2）设置工作目录。 启动pro/E,执行【文件】/【设置工作目录】菜单命令。系统弹出如图2-3所示的选取工作目录对话框,选择建立“chanpin”文件夹。 图2-3 【chanpin】文件夹2.3 产品三维造型（1）选择菜单栏中的【文件】/【新建】命令建立新的文件,系统弹出新建对话框,在【类型】栏选择【零件】模块，在【子类型】栏选择【实体】模块,并取消【使用缺省模板】复选框即可；如图2-4所示。 图2-4 创建【零件】/【实体】模板（2）在工具栏中选择【拉伸】/【放置】/【定义】并选取FRONT为草绘平面，方向向右；如图2-5所示。 图2-5 选取草绘平面（3）草绘平面如图2-6所示。 图2-6草绘平面（4） 绘制基座圆，直径尺寸为50mm，完成后选择按钮，拉伸尺寸为10，如图2-7所示。 图2-7 绘制基座圆（5）拉伸完成基座圆如图2-8所示。 图2-8 基座圆拉伸图（6）选取基座圆上表面为草绘平面，绘制旋钮钮柄，拉伸尺寸为10，完成后如图2-9所示。 图2-9 钮柄完成图 （7）选取基座圆下表面为草绘平面，绘制圆柱，圆柱直径为30，拉伸尺寸为30，完成后如图2-10所示。 图2-10 圆柱完成图（8） 选取圆柱底面为草绘平面，绘制圆柱中心图形，选取去除材料，调整去除方向为向圆柱里，深度为30，完成如图2-11所示。 图2-11 圆柱去中心图（9） 电风扇旋钮三维立体图如2-12所示。 图2-12 三维立体图（10）电风扇旋钮完成三位曲线图如图2-13所示。 图2-13-1 三维造型曲线图 图2-13-2 三维造型曲线图 图2-13-3三维造型曲线图 图2-13-4三维造型曲线图 图2-13-5三维造型曲线图 图2-13-6三维造型曲线图 第三章 模具设计 电风扇旋纽三维造型完成后,利用pro/E系统下的【制造】/【模具型腔】模块进行模具组件设计,它包括参考模型的布局、收缩率的设置、毛坯的设计、分型面的设计、分割体积块、抽取模具元件、分割体积块及开模几大部分。3.1 调入模具参考模型 设置模具布局（1）选择菜单栏中的【文件】/【新建】命令建立新的文件,系统弹出新建对话框,在【类型】栏选择【制造】模块，在【子类型】栏选择【模具型腔】模块,并取消【使用缺省模板】复选框即可。（2）系统启动模具设计模块,并在界面顶部显示当前模具文件。（3）选择编辑栏中的【模具型腔布局】命令。（4）选择模具“dianfengshan.prt；在【布局】/【参照模型起点与定向】中，选择坐标系为”mold-csys”如图3-1所示。 图3-1 模具型腔布局（5)模型配合面如图3-2所示。 图3-2 模型配合面 （6）选择菜单管理器中的【完成/返回】命令结束参考模型布局。3.2 设置收缩率（1）选择如图3-3所示菜单管理器中的【收缩】/【按尺寸】命令,系统打开产品三维零件模型,并弹出按尺寸收缩率对话框,在比率栏输入收缩率“0.005”,并确认。图3-3【收缩】/【按尺寸】命令3.3 设置毛坯工件 （1）选择菜单管理器中的【模具模型】/【创建】/【工件】/【手动】命令,手动创建毛坯工件。 （2）系统弹出如图3-4所示元件创建对话框,在名称栏输入毛坯工件名称“dianfengshan”,并确定。 图3-4 元件创建对话框（3）系统弹出如图3-5所示创建选项对话框,选择【创建特征】选项,单击确定即可。 图3-5 【创建特征】选项 （4）选择菜单管理器中的【实体】/【伸出项】/【拉伸】/【实体】/【完成】命令。 （5）系统在下方的信息提示区出现拉伸特征选项,如图3-6所示,选择【放置】命令,单击定义按钮。 图3-6 拉伸特征选 （6）系统弹出草绘提示对话框,要求选择拉伸剖面草绘平面和草绘视图方向参照。 （7）选择如图3-7所示MOLD-FRONT基准面为草绘平面,选择MAIN-PARTING-PIN基准面为草绘视图方向参照,并在【方向】栏设置为【顶】如图3-8所示。 图3-7 草绘平面 图3-8 【方向】设置为【顶】 （8） 确定之后,系统弹出尺寸标注参照选择提示对话框,要求选择尺寸标注参照,选择如图3-9所示P1为水平尺寸标注参照,P2为垂直参照。 图3-9 尺寸标注参照 （9）单击绘制矩形按钮,绘制如图3-10所示矩形,并修改尺寸。 图3-10 绘制矩形 （10）单击特征工具栏中的剖面确定按钮,结束剖面绘制。 （11）在拉伸特征选项中选择往两侧拉伸”选项,在拉伸高度栏输入拉伸高度55,按确认键确认。 （12）打开模型线框显示,结果如图3-11所示。 图3-11 模型线框（13）选择菜单管理器中的【完成/返回】/【完成/返回】命令,结束毛坯工件的创建。3.4 设计分型面 (1)选择工具栏中的【侧面影像曲线】，生成分型面曲线，选择模型树中的参考零件和毛坯工件，单击右键选择【隐藏】，产生侧面影像曲线如图3-12所示。 图3-12 侧面影像曲线（2）选择模型树中的参考零件和毛坯工件，单击右键选择【取消隐藏】，再选择工具栏中的【分型曲面】/【裙状曲面】，弹出裙状曲面对话框，如图3-13所示，选取侧面影像曲线，如图3-14所示，选择【完成】，再选择【确定】，最后打钩完成分型面，分型面如图3-15所示。 图3-13 裙边曲面对话框 图3-14 选择侧面影像曲线 图3-15 分型面3.5 分割体积块（1）选择工具栏中【体积块分割】，选择【两个体积块】/【所有工件】/【完成】如图3-16所示。（2）选取分型面为分割面，如图3-17所示；选择分割对话框中的【选取】/【确定】/【确定】，如图3-18所示，系统自动弹出分割的模块重命名的对话框，不更改分割块的名称，下模块为“MOLD_VOL_1”，上模块为“MOLD_VOL_2”，直接选确定，如图3-19所示。 图3-16 体积块分割对话框 图3-17 选取分割面 图3-18 分割对话框 图3-19-1 下模块 图3-19-2 上模块3.6 抽取模具元件 选择工具栏【型腔插入】、【选取全部体积块】/【确定】，完成模具元件抽取，如图3-20所示。 图3-20 模具元件抽取3.7 开模（1）选择工具栏【模具进料孔】/【定义间距】/【定义移动】，如图3-21所示。 图3-21 定义开模（2）选取上模面，按鼠标滚轮，在选取模具工件一条棱为开模方向，位移距离为50，按两次回车，完成上模面开模，如图3-22所示。 图3-22-1 选取上模面 图3-22-2 选取开模方向 图3-22-3 完成上模面开模（3）按照开上模面的方法，开出下模面，由于下模面的开模方向与我们实际需要开模方向相反，所以下模面的开模位移为-50，如图3-23所示。 图3-23-1 选取下模面 图3-23-2 选取开模方向 图3-23-3 完成下模面开模 第四章 模具的数控加工4.1 创建数控加工毛坯工件（1）选择工具栏中【新建】/【类型】/【制造】/【子类型】/【NC组件】，名称为dianfengshan，取消【使用缺省模板】/【确定】，完成创建NC组件，如图4-1所示。 图4-1 创建NC组件（2）选择菜单管理器【制造模型】/【装配】/【参照模型】，选取“mold_vol_2.prt”模型，选取【约束】/【缺省】，完成模型配置，如图4-2所示。 图4-2 配置加工模型（3） 选择菜单管理器【制造模型】/【创建】/【工件】，零件名称为“dainfengshan”。（4）选择菜单管理器【实体】/【伸出项】/【拉伸】/【实体】/【完成】，如图4-3所示。 图4-3 创建加工工件（5）选择工具栏中【放置】/【定义】，随意选取草绘平面，进入草绘模式，如图4-4所示。 图4-4 配置草绘平面（6）选取四条边做参照，关闭【参照】窗口，然后画矩形为加工工件轮廓，矩形刚好将模型包围，完成加工工件轮廓绘制，如图4-5所示。 图4-5 画加工工件轮廓（7）选择工具栏【选项】/【深度】/【第一侧】/【到选定】，选择模型一面，再选择【选项】/【第二侧】/【到选定】,选择第一侧选定面的对面，选择菜单管理器中【完成】，结束加工工件创建，如图4-6所示。 图4-6-1 选定第一侧面 图4-6-2 选定第二侧面 图4-6-3 加工工件完成图4.2 设置数控加工序列（1）创建新坐标系，使Z轴方向向上。（2）选择菜单管理器【加工】进行【操作设置】，【NC机床】类型为铣削，其他机床设置为默认，选择【应用】/【确定】完成NC机床设置，如图4-7所示。 图4-7 机床设置（3）选择【操作设置】/【参照】/【加工零点】，将加工零点设置为新建立的坐标系。（4）选择【退刀】/【曲面】，将退刀曲面设置为要加工的模型面，值为5，如图4-8所示。 图4-8 退刀曲面设置（5）将【公差】设置为0.02，选择【应用】，最后【确定】完成【操作设置】。（6）选择菜单管理器中【加工】/【曲面铣削】/【3轴】/【完成】，选择【序列设置】，将【名称】勾选，其他默认勾选，再选择【完成】，输入序列名称为“123”并确认。（7）更改【刀具设定】中刀具直径为1，选择【应用】/【确定】，完成刀具的设定。（8）进入到【编辑序列参数】中，【切削进给量】为0.5，【跨度】为0.5，【安全距离】为10，【主轴转速】为3500，最后【确定】，完成序列参数编辑，如图4-9所示。 图4-9 序列参数编辑（9）选择【曲面拾取】/【模型】，选取将要加工的模型，选择【完成】，选择【选取曲面】/【添加】，选择要加工的曲面，如图4-10所示，选择【完成】，在【切削定义】对话框中选择【直线切削】/【确定】，如图4-11所示。 图4-10 选取加工曲面图4-11 切削定义 （10）选择菜单管理器【NC序列】/【演示轨迹】/【演示路径】/【计算CL】/【屏幕演示】，计算完成演示，弹出演示【播放路径】对话框，选择开始，软件开始在电脑上演示模具的