数码相机面壳注塑模的设计与数控加工

本科毕业设计（论文）20 届本科毕业论文（设计）论文题目：数码相机面壳注塑模的设计与数控加工学生姓名： 所在院系： 所学专业： 导师姓名： 完成时间： 1摘 要Pro/ENGINEER 及 MasterCAM 是当前国内外模具设计与数控加工领域中使用最为广泛的 CAD/CAM 软件。二者的功能各有优缺点,联合应用可提高模具设计及其数控加工的质量和效率。本论文阐述了用 Pro/ENGINEER 软件进行数码相机面壳的模具设计,然后将图形数据转换到 MasterCAM 软件中进行数控编程的具体实现方法,并利用 MasterCAM 软件生成数控加工代码并输送到加工中心或数控铣床进行加工的方法和主要工艺。通过此次注塑模的设计，掌握了相关模具设计的主要步骤，对于 CAD/CAM 软件应用方面有了进一步的提高。关键词：注塑模，模具设计，刀具路径，数控加工，凸、凹模2The design and numerical control machine processing of the digital camera cover-panel jet mouldAbstractPro/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 machinings 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 die3目 录1 绪论 .12 设计要求 .13 用 Pro/ENGINEER 软件对数码相机面壳进行三维造型 .13.1 数码相机面壳的工艺性分析 .23.1.1 数码相机面壳结构尺寸 .23.1.2 数码相机面壳的精度 .23.1.3 数码相机面壳的材料 .24 用 Pro/ENGINEER 软件对数码相机面壳进行模具设计 .24.1 模具设计 .34.1.1 调入模具参考模型 .34.1.2 设置收缩率 .34.1.3 设计毛坯工件 .34.1.4 设计分型面 .34.1.5 分割体积块 .44.1.6 抽取模具元件 .44.1.7 铸 模 .44.1.8 开模 .44.2 模具的工艺性分析 .74.2.1 模具的结构尺寸 .74.2.2 模具的精度 .74.2.3 模具的材料 .75 从 Pro/ENGINEER 系统转出 IGES 数据文件 .76 MasterCAM 系统转入 IGES 数据文件 .77 用 MasterCAM 软件对数码相机面壳进行数据加工 .77.1 对数码相机面壳 凹模进行数控加工 .77.2 对数码相机面壳凸模进行数控加工 .158 结束语 .24致谢 .24参考 文献 .2541 绪论现代制造业的发展，尤其是电子、 电器、仪表、汽 车等工业产品的发展，几乎都离不开注塑模的发展，而且需求量相当大，对于注塑模的设计与制造的要求越来越高。2004 年，塑料模具在整个模具行 业中所占比例已上升到 30%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展，能否向社会提供更多的优质模具会直接影响工业产品的质量、生产成本和更新换代的速度，所以注塑模只有设计合理和精密加工，才能保证产品零件的各 项技术指标达到要求，向社会提供更多的优质模具，以加速新产品的投产及产品更新换代，提高经济效益及竞争力。随着计算机技术的进步，机械行业的设计与加工技术发展迅速，工业设计领域的 CAD/CAM 软件也得到了前所未有的 发展，各种三维 CAD/CAM 软件应运而生，且各具特色。Pro/ENGINEER 及 MasterCAM 是目前国内外模具设计与数控加工领域中使用最为广泛的 CAD / CAM 应用软件。Pro/ENGINEER 具有强大的曲面和实体参数化造型功能，在工业产品设计与模具设计方面有一定优势，但在加工方面因其参数设置较为繁琐，不利于学习和推广。而 MasterCAM 在产品造型及模具设计方面的能力远不如 Pro/ENGINEER，但在数控加工中因性价比高、易于上手及可靠的加工性能而被广泛使用，在中小企业有很大客户群。科学、高效地配合使用两者进行模具设计及加工是目前模具行业中普遍的工作模式。注塑模的设计与制造在现代制造业中占有相当重要的地位，有简单的，有复杂的，就 设计的总体过程来 说是一样的，只是不同的加工要求导致不同的工艺过程，本设计 是根据注塑件的要求，利用 计算机三维软 件来设计、数控加工中心来制造完成的。2 设计要求模具的具体设计要求为：（1）利用 Pro/ENGINEER 软件对数码相机面壳进行三维造型及模具设计（2）利用 MasterCAM 软件对数码相机面壳注塑模进行数控编程（3）利用 MasterCAM 软件生成数控加工代码（4）利用数控铣床对数码相机面壳凸模进行加工3 用 Pro/ENGINEER 软件对数码相机面壳进行三维造型在进行数码相机面壳模具设计与加工前，首先要利用 Pro/ENGINEER 系统下的【零件】模块对数码相机面壳进行三维造型。效果如图 1 所示。5图 1 数码相机面壳实物示意图3.1 数码相机面壳的工艺性分析3.1.1 数码相机面壳结构尺寸 该面壳结构比较复杂，尺寸为 1106420（mm），壁厚 t=1mm，尺寸不大，适宜于注塑加工。3.1.2 数码相机面壳的精度工件是数码相机面壳，要求的精度较高，需按照数控机床加工出的注塑模具才能达到该工件所需要的精度。3.1.3 数码相机面壳的材料工件材料选用工程塑料 PC+ABS（聚碳酸酯+丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），此材料的流动性好，强度不 错，价格适中。适用于绝 大多数的数码相机和手机外壳，只要结构设计比较优化，强度是有保障的。 较常用 GE CYCOLOY C1200HF。4 用 Pro/ENGINEER 软件对数码相机面壳进行模具设计数码相机面壳三维造型完成后，利用 Pro/ENGINEER 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、毛坯工件6的设计、分型面的设计、分割体积块、抽取模具元件、铸模及开模几大部分。4.1 模具设计4.1.1 调入模具参考模型隐藏参考模型自身的基准面和基准轴，只显示模具的三个基准面。效果如图2 所示。图 2 只显示模具的三个基准面示意图4.1.2 设置收缩率根据铸造理论，铸件在温度下降而凝固的过程中体积会缩小。因此在进行模具设计时，必须考虑材料对 零件大小的影响，通常的做法是根据材料的特性适当加大参考模型的尺寸。这样 在元件成型后会略有收缩，最后生成的零件才能得到设计要求。 该产品的收缩率 设置为“0.005”。4.1.3 设计毛坯工件效果如图 3 所示。4.1.4 设计分型面模具型腔设计的重点在于分型面的创建，模具分型面是型芯与型腔的分界线，分型面的实质是曲面，是分割体积块创建模具元件的依据。7图 3 产生毛坯工件示意图4.1.5 分割体积块在成功设计毛坯工件、设计分型面后， 还须对模具进行分割。分割模具就是以建立好的分型面为依据，分割出相应的凸模和凹模。效果分别如图 4、图 5 所示。4.1.6 抽取模具元件在 Pro/ENGINEER 的模具设计中，模具元件常常是通过用实体材料填充先前定义的模具体积块而形成的，我们将这一自动执行的过程称为抽取。完成抽取后，模具元件成为功能强大的 Pro/ENGINEER 零件，并在模型树中显示出来。4.1.7 铸模在创建完凸模和凹模之后，可以在模型中进行模拟浇注，产生一个模拟的塑料件，以便检查分型面的设计 是否合理。效果如 图 6 所示。4.1.8 开模铸模完成后，Pro/ENGINEER 系统能模拟开模过程，以便更清晰地观看模具型腔和型芯系统的结构。效果如图 7 所示。8图 4 凸模体积块示意图图 5 凹模体积块示意图9图 6 铸模模型示意图图 7 铸模零件向上移动示意图104.2 模具的工艺性分析4.2.1 模具的结构尺寸（1）凹模：尺寸为 14010025（mm）（2）凸模：尺寸为 14010035（mm）该模具结构比较复杂，尺寸不大，适宜于注塑加工。4.2.2 模具的精度工件是数码相机面壳模具，要求的精度较高，需按照数控铣床加工的方式才能达到该工件所需要的精度。4.2.3 模具的材料工件选用硬铝 12（2A12）棒材作为材料，此材料的抗拉强度 b=470MPa，0.2%屈服强度为 325MPa，疲劳强 度为 105 MPa，伸 长率为 10%，硬度为 120HB。根据以上分析该材料的综合性能好，硬度适中，适合数控切削加工。5 从 Pro/ENGINEER 系统转出 IGES 数据文件模具设计完成后，将凸、凹模文件转换为 IGES 格式文件，然后由MasterCAM 系统转入进行加工。（1）转出凸模 IGES 数据文件（2）转出凹模 IGES 数据文件6 MasterCAM 系统转入 IGES 数据文件从 Pro/ENGINEER 系统中输出凸、凹模零件的 IGES 格式文件后，便可以在MasterCAM 系 统中将其转入进行加工。（1）转入凸模 IGES 数据文件（2）凸模 IGES 数据文件的坐标处理（3）转入凹模 IGES 数据文件（4）凹模 IGES 数据文件的坐标处理7 用 MasterCAM 软件对数码相机面壳进行数据加工7.1 对数码相机面壳凹模进行数控加工 （1）加工坯料及对刀点的确定在规划数码相机面壳凹模加工刀具路径前，先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界，并将 图形中心的最高点移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。效果如图 8 所示。11（2）规划曲面挖槽粗加工刀具路径，预留量“0.3”规划数码相机面壳凹模曲面挖槽粗加工刀具路径，目的是粗切除大部分的工件材料。效果如图 9 所示。图 8 结果示意图图 9 曲面挖槽粗加工刀具路径示意图（3）工件参数设置在数码相机面壳凹模进行曲面挖槽粗加工模拟前，先要对坯料工件参数进行设定。（4）曲面挖槽粗加工实体加工模拟12利用 Mastercam 系统提供的 实体加工模拟功能，对工件进行实体粗加工模拟，可以及时发现曲面挖槽粗加工中存在的问题，以便对不合理的粗加工参数加以改进。效果如图 10 所示。图 10 曲面挖槽粗加工结果示意图（5）规划曲面挖槽加工刀具路径，清除底部平坦部位残料规划数码相机面壳凹模曲面挖槽加工刀具路径，目的是清除大刀加工后在底部平坦部位余留下的残料。效果如图 11、图 12 所示。（6）规划曲面平行粗加工刀具路径规划数码相机面壳凹模曲面平行粗加工刀具路径，将针对圆弧形凹曲面进行粗切削。效果如图 13、图 14 所示。（7）规划曲面平行精加工刀具路径规划数码相机面壳凹模曲面平行粗加工刀具路径，将针对圆弧形凹曲面进行精切削。效果如图 15、图 16 所示。（8）规划曲面等高外形精加工刀具路径规划数码相机面壳凹模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对较陡曲面的余留残料进行精加工。效果如图 17、图 18 所示。13图 11 曲面挖槽加工刀具路径示意图图 12 曲面挖槽粗加工结果示意图14图 13 曲面平行粗加工刀具路径示意图图 14 平行粗加工结果示意图15图 15 曲面平行精加工刀具路径示意图图 16 平行精加工结果示意图16图 17 曲面等高外形精加工刀具路径示意图图 18 等高外形精加工结果示意图（9）生成加工 NC 代码17利用 MasterCAM 系统的 Post 后处理功能，自 动生成加工数 码相机面壳凹模所需要的 NC 代码。如下所示%0000N106G0G90G54X22.655Y-48.306S1500M3N108Z30.N110Z5.2N112G1Z2.2F500.N114G3X25.41Y-45.989Z1.904I1.378J1.158N116X22.655Y-48.306Z1.607I-1.378J-1.158N118X25.41Y-45.989Z1.311I1.378J1.158N120X22.655Y-48.306Z1.015I-1.378J-1.158N122X25.41Y-45.989Z.718I1.378J1.158N124X22.655Y-48.306Z.422I-1.378J-1.158N126X25.41Y-45.989Z.125I1.378J1.158N128X22.655Y-48.306Z-.171I-1.378J-1.158N130X24.891Y-48.73Z-.3I1.378J1.158N132G1X26.094Y-50.947.N6596X-21.496Y30.155N6598X-21.556Y30.108N6600X-21.608Y30.075N6602X-21.778Y29.924N6604X-21.875Y29.852N6606X-22.036Y29.688N6608X-22.136Y29.601N6610X-22.285Y29.425N6612X-22.386Y29.323N6614X-22.522Y29.138N6616X-22.62Y29.023N6618X-22.741Y28.831N6620X-22.835Y28.702N6622X-22.937Y28.511N6624G0Z-17.0418N6626Z30.N6628M5N6630G91G28Z0.N6632G28X0.Y0.A0.N6634M30%（10）传输 NC 程序利用 MasterCAM 系统的 Communic 传输功能，将系统自动生成的数码相机面壳凹模 NC 代码传输到数控加工设备的控制器内。（11）加工参数设置表 1 凹模加工参数设置序号 刀 具 进 给 率（mm/min）下刀速率（mm/min）退刀速率（mm/min）主轴转速(r/min)Z 轴进给量（mm）加工余量（mm）(2) 6 平铣刀 500 500 1500 1500 0.5 0.3(5) 6 平铣刀 500 500 1500 1500 0.2 0(6) 10 球刀 900 900 2000 2000 0.3 0.1(7) 10 球刀 600 600 2000 2000 0.1 0(8) 6 球刀 750 750 2500 2500 0.2 07.2 对数码相机面壳凸模进行数控加工（1）加工坯料及对刀点的确定在规划数码相机面壳凸模加工刀具路径前，先确定加工几何图形所需要的坯料尺寸及加工边界，并将 图形中心的最高点移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。效果如图 19 所示。（2）规划曲面挖槽粗加工刀具路径，预留量“0.3” 规划数码相机面壳凸模曲面挖槽粗加工刀具路径，目的是粗切除大部分的工件材料。效果如图 20 所示。（3）工件参数设置在数码相机面壳凸模进行曲面挖槽粗加工模拟前，先要对坯料工件参数进行设定。（4）曲面挖槽粗加工实体加工模拟利用 MasterCAM 系统提供的实体加工模拟功能，对 工件进行实体粗加工模拟，可以及时发现曲面挖槽粗加工中存在的问题，以便对不合理的粗加工参数加以改进。效果如图 21 所示。19图 19 产生结果示意图图 20 曲面挖槽粗加工刀具路径示意图20图 21 曲面挖槽粗加工结果示意图（5）规划曲面挖槽加工刀具路径，将模具靠面加工到位规划数码相机面壳凸模曲面挖槽加工刀具路径，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残料。效果如图 22、图 23 所示。（6）规划曲面挖槽加工刀具路径，清除顶部平坦部位残料规划数码相机面壳凸模曲面挖槽加工刀具路径，目的是清除第一步曲面挖槽粗加工后在工件顶面余留下的残料。效果如图 24、图 25 所示。（7）规划外形加工刀具路径规划数码相机面壳凸模外形加工刀具路径，将针对顶面曲面挖槽加工无法清除的残料进行切削。效果如图 26、图 27 所示。（8）规划曲面等高外形精加工刀具路径规划数码相机面壳凸模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对较陡曲面的余留残料进行精加工。效果如图 28、图 29 所示。（9）规划曲面等高外形精加工刀具路径规划数码相机面壳凸模曲面等高外形精加工刀具路径，主要针对前一等高外形精加工刀具路径在曲面下部余留的残料进行精加工，同时清角。效果如图30、图 31 所示。21图 22 曲面挖槽加工刀具路径示意图图 23 曲面挖槽加工结果示意图22图 24 曲面挖槽加工刀具路径示意图图 25 曲面挖槽加工结果示意图23图 26 外形加工刀具路径示意图图 27 外形加工结果示意图24图 28 曲面等高外形精加工刀具路径示意图图 29 等高外形精加工结果示意图25图 30 曲面等高外形精加工刀具路径示意图图 31 等高外形精加工结果示意图（10）生成加工 NC 代码26利用 MasterCAM 系统的 Post 后处理功能，自动生成加工数码相机面壳凸模所需要的 NC 代码。效果如下所示。%0000N106G0G90G54X49.131Y-66.003S800M3N108Z30.N110Z5.3N112G1Z2.3F300.N114G3X48.869Y-71.997Z1.806I-.131J-2.997N116X49.131Y-66.003Z1.312I.131J2.997N118X48.869Y-71.997Z.818I-.131J-2.997N120X49.131Y-66.003Z.324I.131J2.997N122X48.869Y-71.997Z-.17I-.131J-2.997N124X51.121Y-71.121Z-.3I.131J2.997N126G1X54.Y-73.999N128Y-68.08N130X-54.N132Y-62.16. .N8240X-30.107Y-53.222N8242X-30.89Y-52.372N8244X-31.602Y-51.461N8246X-32.236Y-50.495N8248X-32.79Y-49.481N8250X-33.258Y-48.424N8252X-33.64Y-47.333N8254X-33.93Y-46.215N8256X-34.129Y-45.076N8258X-34.234Y-43.925N8260X-34.252Y-43.217N8262Y-43.215N8264Y-38.175N8266X-55.N8268G0Z-17.127N8270Z30.N8272M5N8274G91G28Z0.N8276G28X0.Y0.A0.N8278M30%（11）传输 NC 程序利用 MasterCAM 系统的 Communic 传输功能，将系统自动生成的数码相机面壳凸模 NC 代码传输到数控加工设备的控制器内。（12）加工参数设置表 2 凸模加工参数设置序号 刀 具 进 给 率（mm/min）下刀速率（mm/min）退刀速率（mm/min）主轴转速(r/min)Z 轴进给 量（mm）加工余量（mm）(2) 10 平铣刀300 300 800 800 0.6 0.3(5) 10 平铣刀300 300 800 800 0.6 0(6) 8 平铣刀 360 360 1000 1000 0.3 0(7) 8 平铣刀 360 360 1000 1000 0.3 0(8) 10 球刀 700 700 2300 2300 0.3 0(9) 6 平铣刀 100 100 1500 1500 0.15 08 结束语在此次设计的过程中，培养了我的综合运用所学知识的能力，分析和解决实际中所遇到问题的能力，并且能巩固和深化我所学的专业知识，使我在调查研究和收集资料等方面有了显著的提高，同时在理解分析能力、制定设计计算和绘图能力方面有较大的进步；另外我的技术分析和组织工作的能力也有一定程度的提高。致谢非常感谢学院领导和老师给我提供了这次良好的深入学习的机会和宽松的学习环境。通过这次毕业设计 ，不但使我将大学期 间 所学的专业知识再次回顾学习，而且也使我学到了专业领 域中一些前沿的知识。非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导和亲切关怀的老师及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着我。在此，请允许我再次向曾直接给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！28参考文献1何满才.Pro/ENGINEER 模具设计与 Mastercam 数控加工. 北京：人民邮电出版社，2006 2孙中柏. 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