基于SolidWorks对自动铅笔的造型设计技术

1、基于Sol idWorks对自动铅笔的造型设计技术摘 要本次毕业设计是通过SolidWorks软件来建立自动铅笔的三维模型。本文首先从市场调查开始, 再介绍自动铅笔的设计方案，然后论证英方案的可行性，再去建立自动笔的笔夹、笔杆、手捏、笔头 和尾帽，最后对整套产品进行组合装配。关键词:SolidWorks：自动铅笔；3D模型AbstractAbstractThe graduation project is through SolidWorks software to create three-dimensional model of a mechanical penci 1 In this pa

2、per, the investigation began from the market, and then introduce the design of a mechanical pencil, and then demonstrate the feasibility of its programs, re-build auto-pen pen holder, pen, hand pinch the final assembly of the entire portfolio of productsKeyKey words:words: SolidWorks; automatic penc

3、il; 3D model1.自动铅笔的设计方案 .1前 言.11.1背 景 .11.2市场调查 .11. 3设计方案.21. 3. 1笔夹的设计 .21. 3. 2笔杆的设计 .21. 3. 3手捏的设计.21.3. 4笔头的设计 .22.设计方案的论证 .22. 1设计方案的论证.22. 2分析可行性.33.基于SolidWorks对自动铅笔的设计过程 .33.1笔夹的造型 .33. 2笔杆的造型.53. 3手捏的造型.63. 4伸缩笔头的造型 .73. 5尾帽的造型 .83. 6自动铅笔的装配 .93. 7自动铅笔的装配 .9结论和尚存在的问题.16致谢 .17参考文献.18附录 .19基

4、于Sol idWorks对自动铅笔的造型设计技术刖旨由于指导老师沈庆云教授做过不少此类的研究和模具开发，具有丰富的经验，同时对SolidWorks 软件有较深的研究，可以深入地、系统地指导此课题，并结合自己多年对消费产品的设汁、注塑工 艺、软件应用方而的经验，为本次设计奠左了很好的基础。1自动铅笔的设计方案1.1背景以市场需求为向导，消费者需要什么，我们就设计什么。消费者喜欢什么，我们就做什么，这 就是市场经济的规律。随着社会科技的进步和经济的发展，人们的生活水平越来越好，生活品质不 断地提高，对日常用品的要求也越来越髙。对于文具行业而言，也随着消费者越来越高的要求，不 断改进和完善自己的产品

5、。现在的消费群体也越来越冷静，除了对外观的要求之外，更在乎其功能 的强弱、使用是否方便，而让使用者舒适也是本行业的一种潜默的自我要求。所以设计的是否合理、 人性化，是否符合人体工程学，都将对产品的销售以及品牌的延续起着至关重要的作用。1.2市场调査从市场找出所有相关的笔型作为备选，并挑选其中有代表的特型笔做比较，但部分与自动铅笔 产品属性不合，或是不适合作为铅笔的使用，但筛选过后，仍做如下有针对性的对比性调査。最后 分两轮进行对比，每一轮都是五种以上的笔型参与，其中包含有自动铅笔和其它笔型。每轮的笔型 除了有国内的产品外，同样有在国外生产、销售的产品，这也符合行业国际趋势。最后得出四款笔 型被

6、选次数为最髙。如下：第一推荐（A）第二推荐（B）第三推荐（C） 第四推荐（D）在这几款推荐自动笔中，不少被调查者反映可以将几个笔型的优点结合起来，改进其的外型。例如：A款最大的问题是笔身过细，而且因为苴是金属外壳，不但制作成本高、且较重，因为自动 笔这种消费品的特殊性，所以更显岀它使用的局限性：B款外观柔美，且是塑料笔身，不足就是笔夹 设计不够人性化，有脱落的可能性，再者就是笔身偏细：C款的总题效果较不错，其最大的亮点在其 有软性手捏，使用者会感觉舒适，可以抵消部分长时间使用的疲劳；D款的使用者最大的感受就是 粗细适中，使用的舒适度最好。1. 3设计方案以上述几款笔型为基础，将英优点融合，再加

7、入自身的设计理念，即以使用者的感受为设讣初衷, 如舒适程度、整体效果、价格接受能力等。所以将笔型的截面改做成非常规的三角状，这样符合手 握笔的形状，这样对降低使用者的疲劳度有非常大的帮助。同时它也将成为本款笔设计的最大的亮 点！英次主要采用塑料作为该款笔的原材料，这样对其成本的控制将起到至关重要的作用！1.3. 1笔夹的设计以C、D笔型为基础，将英优点融合起来，暂定为以下几个方面的设计方向：（1）将笔夹的身做 成三角型，这样使用更符合人体工程学：（2）将笔挂正而、侧而圆弧都做成流线型圆弧，减缓视觉 的冲击：（3）弃用直面配合，做成斜而与笔身配合，秃显美观大方。1.3.2笔杆的设计以C、D笔型为

8、基础，暂妃为以下几个方而的设计方向：（1）改常规直圆筒笔杆设计观念，将其 笔杆截而改为三角状，使其更符合人体工程学；（2）将笔身与笔夹和手捏的配合位置做成斜面配合。1.3.3手捏的设计参考现有的产品C,采用软胶手捏，以及三角型的截而设计，以符合人体工程学。1.3.4笔头的设汁以C、D笔型为基础，以流线型的设计，以符合视觉之审美。2.设计方案的论证2.1设汁方案的论证（1）自动铅笔笔夹（材料：ABS）耙笔夹分成两部分来设汁，笔挂、笔夹简的设汁，然后再对英配合处完成造型之后要进行计算, 笔夹必须符合设计要求在其公差范围内（一般为土0. 035mm）。（2）自动铅笔笔杆（材料：ABS）其要求是：尽可

9、能简单而不失美观，适合人机工程，内通孔的脱模斜度要适当，考虑配合处要 吻合。产品力求简单，注意产品壁厚，要适合注塑工艺，其模具制作简单可行。（3）自动铅笔手捏（材料：TPR）其要求是：尽可能简单而不失美观，适合人机工程，后期装配力求简单、方便。同时要适合注 塑工艺，其模具制作简单可行。（4）自动铅笔可伸缩笔头（材料：ABS）英要求是：尽可能流线型美观，符合人机工程，螺纹配合部位要考虑生产工艺，脱模方便。整 体力求简单，壁厚要均匀，避免产品注塑变形，其后期模具制作避免复杂。2.2分析可行性自动铅笔的笔夹、笔杆、手捏、笔头的设讣及装配都是在SolidWorks的基础上完成，所以 SolidWork

10、s必须得有着强大的造型和装配功能。SolidWorks是集CAD/CAM/于一体的三维参数化设汁 软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一。它的功能覆盖了从概念设计到 产品生产的整个过程，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领 域得到了大规模的应用。它提供了强大的实体建模技术和髙效的曲面构建能力，能够完成最复杂的 造型设汁。除此之外还集成了装配功能、2D出图功能、提供Cosmos MotionXpress （运动仿真分析）、 Cosmos FloXpress和DFMXpress （可制造性的分析）等模块。使得SolidWorks在工业界成为一套倍

11、受推崇的CAD/CAM系统。用SolidWorks来完成自动铅笔的整套造型和装配设计是完全可行的。3.基于SoldWorks对自动铅笔的设计过程3. 1笔夹的造型按照前面的设计方案，得岀以下数据：笔夹的尺寸规格：长（44. 3mm） x宽（12.0mm） x高（17.1mm）,笔夹分两部分来进行设计，一 是笔夹简，再是笔挂。绘制笔夹筒运用拉伸命令将草图（图3-1-1）拉伸25mm：绘制R12旋转曲而（图3-1-2）,运用曲而切除命令去除多余部分，这样就完完成笔夹筒弧顶 面（图 3-1-3 ）；再运用圆角命令将顶部周用圆角Rl. 2umi；绘制一曲面（图3-1-4）切割配合斜面（图3-1-5）：

12、再切除中间部分（图3-1-6）；即完成笔夹简的设计（图3-1-7）；图3-1-7 （笔夹筒完成）绘制笔挂运用拉伸命令建立笔挂与笔夹筒间的连接部分；运用曲而扫描功能绘制笔挂的顶部大而曲而，将正向外侧与内侧的面按草图（图3-1-8）扫描 出来（图3-1-9）；运用曲而拉伸命令拉伸草图（图3-1-10）得到侧边曲而（图3-1-11）：运用曲而修剪曲而、圆角、变化圆角、加厚及实体组合等命令结合使用：最后完成笔夹的整体造型（图3-1-12）o图3-1-1 （笔夹筒截而尺寸）图3-1-2 （笔夹筒曲而草图）图3-1-4 （笔夹简配合而草图）图3-1-5 （笔夹筒配合而切除）图3-1-6 （笔夹简内孔切除）

13、图3-1-8 （笔挂内外而草图）图3-1-9 （笔挂内外而曲而）图3-1-11 （笔挂侧而）32笔杆的造型参照照C、D两款笔外形，按照前面的设计方案，得出以下数据：笔杆的尺寸规格：长（108. 3mm） x外径（I）12. 35mm）,笔杆先用拉伸命令进行设计，再做两头 的配合而。按操作步骤先运用拉伸命令拉伸草图（图3-2-1） 75mm；运用切除命令切除草图（图3-2-2）完成配合而（图3-2-3）；运用拉伸命令做出与手捏配合R40mm,长38. 8mm （图3-2-4）和与笔夹配合半径R4. 5mm,长图3-1-10 （笔挂侧面草图）图3-1-12 （笔夹完成）图3-2-1 （笔杆截而尺寸

14、）13. 7mm 部位（图 3-2-5）：运用切除命令切岀内孔R3. 8mm： 即完成对笔杆的造型设计（图3-2-6）o33手捏的造型参照照C、D两款笔手捏之外形，按照前面的设计方案，得出以下数据：手捏的尺寸规格：长 （38.0mm） x（最大）直径（P12. 35mm）,英先用拉伸命令进行主体设讣，再做配合而造型。运用旋转命令将草图（图3-3-1）做成实体（图3-3-2）状：运用曲而切除命令切除草图（图3-3-3）完成至外形面（图3-3-4）；运用切除命令切除草图（图3-3-5）,做岀与笔杆的配合而；运用切除命令切去中间内孔R40mm （图3-3-6）；完成对手捏的造型设计。图3-2-3 （

15、笔杆配合而）图3-2-4 （笔杆与手捏配合体）图3-2-6 （笔杆完成）图3-4-2 （笔头螺纹）7图3-4-3 （笔头内部实体）图3-3-4 （手捏三角而）34伸缩笔头的造型运用用曲而拉伸、缝合、切除和组合等命令完成内部形状（图 3-4-3）；参照照C、D两款笔头的外形，按照前而的设讣方案，得岀以下数据：笔头的尺寸规格：大头直径（9. 2mm） x高（16.0mm） x小头直径（63.0mm）,用旋转、扫描、 组合等命令进行其实体设计。运用旋转命令完成笔头内部实体（图3-4-1）：运用扫描曲而完成螺纹螺牙 P二0 5mm、D二5. 96mm、Dl=5. 28mm、H=0. 34mm （图 3

16、-4-2）：运用旋转命令做岀笔头外部造型（图3-4-4）；运用组合、切除、阵列命令完成整体造型（图3-4-5）： 完成对手捏的造型设计。图3-3-1 （手捏草图）图3-3-2 （手捏主体）图3-3-3 （手捏三角而草图）图3-3-6 （手捏完成）图3-4-1 （笔头内部主体）图3-5-5 （尾帽完成）35尾帽的造型参照照A. B、C三款尾帽的外形，照前而的设计方案，得岀以下数据：尾帽的尺寸规格：外径（67.2mm） x高（19.0mm）,其先用拉伸命令进行主体设计，再做顶部 装饰孔。运用拉伸命令完成尾帽直径为7. 2mm的主体（图3-5-1 ）；运用圆顶命令完成顶头圆弧（图3-5-2）：运用圆

17、角命令完成装饰圆角R0.5 （图3-5-3）：运用抽壳命令完成同壁厚为0. 7mm形体（图3-5-4）：运用拉伸切除命令完成顶部异形装饰孔造型（图3-5-5）；完成对尾帽的造型设汁。图3-4-4 （笔头外型）图3-4-5 （笔头完成）图3-5-4 （尾帽抽壳）3. 6装配管的造型按设计方案，以及与装配管配合的笔头得出以下数据：装配管的尺寸规格：外径（6.5mm） x高（28.6mm）,苴先用选择命令进行主体设计，再做配合 孔和螺纹的造型。运用旋转命令利用草图完成装配管的主体（图3-6-1）：运用切除命令完成配合方孔2. 60mmxl. 80mm （图3-6-2）：运用扫描命令完成与笔头的配合螺

18、纹（图3-6-3）：完成对装配管的造型设计。37自动铅笔的装配图3-7-0 （新建装配体）9图3-6-1 （装配管主体）图3-6-2 （装配管配合方孔）图3-6-3 （装配管配合螺纹）新建一个装配体文件，保存名为自动铅笔装配体（图3-7-0）：笔夹与笔杆的装配配完成（图3-7-25）o3. 7.1运用插入零部件命令插入第一个实体笔杆（图3-7-1）：3. 7. 2运用插入零部件命令插入第二个实体笔夹（图3-7-21 ）：运用配合命令进行笔夹与笔杆的装配（图3-7-22）：选择笔杆与笔夹配合的圆柱位置，再选择笔夹的笔夹筒内孔做为两者的配合而（图3-7-23）；再分别选取笔杆的两个配合斜而和笔架的

19、两个配合斜而做配合而进行组装配合（图3-7-24）；图3-7-23 （笔杆与笔夹同心配合）10图3-7-1 （插入笔杆）图3-7-21 （插入笔夹）图3-7-22（配合操作界而）113. 7. 3插入第三个实体手捏（图3-7-31）运用配合命令进行手捏与笔杆的装配；分别选取笔杆和手捏的两个配合斜而做配合而进行组装（图3-7-32.图3-7-33）：图3-7-24 （笔杆与笔夹斜面配合）图3-7-25 （笔杆与笔夹配合完成）手捏与笔杆的装配配完成（图3-7-34）o图3-7-31 （插入手捏）图3-7-32 （手捏也笔杆斜面配合）图3-7-33 （手捏与笔杆圆柱而配合）图3-7-34 （手捏与笔

20、杆配合完成）374插入第四个实体装配管（图3-7-41）运用配合命令进行装配管与笔杆的装配（图3-7-42）：分别选取笔杆的内孔而和装配管的外表而做配合而进行组装（图3-7-43）；图3-7-43 （装配管与笔杆端而配合）3. 7.5插入第五个实体笔头（图3-7-51）；运用配合命令进行笔头与装配管的装配（图3-7-52）：分别选取笔头的端而、螺纹和装配管的端而、螺纹做配合进行组装（图3-7-53）：图3-7-51 （插入笔头）图3-7-52 （笔头与装配管配合）12图3-7-41 （插入装配管）图3-7-42 （装配管与笔杆圆而配合）八丄门 勺、”3. 7.6插入第六个实体尾帽（图3-7-6

21、1）；运用配合命令进行尾帽与笔夹的装配；选取笔夹的内孔和尾帽的外表而做配合而进行组装（图3-7-62）；选取笔夹的内孔台阶而和尾帽的端而做配合而进行组装（图3-7-63）：图3-7-53 （笔头与装配管配合完成）完成尾帽与笔夹的装配（图3-7-64）：图3-7-61 （插入尾帽）图3-7-62 （尾帽与笔夹圆而配合）图3-7-63 （尾帽与笔夹圆面深度配合）图3-7-64 （尾帽与笔夹配合完成）13装配完成（如下图）。图3-7-71 （装配完成效果图）图3-7-72 （装配完成效果图）图3-7-73 （装配完成效果图）图3-7-74 （装配淀成效果图）图3-7-75 （装配完成效果图）14图3

22、-7-76 （装配完成效果图）15结论及尚存在的问题经过对以自动铅笔的市场调查研究结果作为设讣基础，根据CAD设计的理念，结合指导老师的 设讣经验，对自动铅笔的外形、尺寸进行设计，利用SolidWorks的建模，装配，制图三大基本功能 模块分别完成了自动铅笔造型、装配，得出基于SolidWorks的自动铅笔造型与装配设计是完全可行 的。在整个设计过程的中，我遇到了不少的困难，例如：对自动笔截面的数次调整时，对整个模型 产生严重的错误，以至于导致重新建模，所以在建模时应该尽量考虑淸楚“父子关系”再去建模， 这样对做一系列不同产品，特別是装配体时会有更大的灵活性。最后通过反复的检査，查阅资料， 寻

23、找问题的根源，合理利用软件，解决了问题。经过16周的毕业设计，使我充分体会到：完成一项任务，必须有全盘的规划、设计，要有系统 的知识，使整个任务具有完整的框架和流程，按照既立的方案逐步顺序完成，遇到问题及时的思考、 询问、交流、反复检查，扫淸障碍，为后而的工作做好铺垫，最终完成任务。16参考文献11赵眾，龚堰珏，张云杰编著 SolidWorks 2008从入门到精通 科学岀版社，2008-3-12（美）SolidWorks公司 著，杭州新迪数字工程系统有限公司 编译Solidworks髙级曲而教程2008版 机械工业出版社，2008-8-1杭州新迪数字工程系统有限公司，SolidWorks髙级

24、教程：髙级装配机械工业出版补，20074117ABS塑料原料特性及用途简介化学名称：丙烯購丁二烯-苯乙烯共聚物英文名称：Acrylonitrile Butadiene Styrene比 重：1.05克/立方厘米收缩比率：0.4-0.7%成型温度：200-240sC干燥条件：80-90aC 2小时工作温度：-50+70C特 点：1、综合性能较好，冲击强度较高，化学稳泄性，电性能良好。2、与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表而镀铭，喷漆处理。3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性比HIPS差一点，比PMMA. PC等好，柔韧性好。用 途：适于制作一般机械零件,减磨耐

25、磨零件，传动零件和电讯零件.成型特性：1、无泄形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表而要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90 度,3小时。2、宜取髙料温，髙模温，但料温过高易分解（分解温度为270度）。对精度较髙的塑件，模温宜 取50-60度，对高光泽。耐热塑件，模温宜取60-80度。3、如需解决夹水纹，需提髙材料的流动性，采取髙料温、高模温，或者改变入水位等方法。4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表而会残存塑料分解物，导致模具表面发亮, 需对模具及时进行淸理，同时模具表而需增加排气位置。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS, SAN, BS的各种性能有机

26、地统一 起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯月青、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A 代表丙烯腊，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧 缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、饶焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳泄性好、电性能、耐磨性、抗 化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部 分醇类和烧类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代炷中。ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。T

27、PR塑料原料特性及用途简介热塑性弹性体（Thermoplastic Elastomcr-TPE）亦称热塑性橡胶（Thermoplastic Rubber-TPR）是一种 兼具橡胶和热塑性塑料特性之材料，热塑性弹性体具有多种可能的结构，最根本的一条是需要有至 少两个互相分散的聚合物相，在正常使用温度下，一相为流体（使温度髙于它的Tg玻璃化温度）， 另一相为固体（使温度低于它的Tg或等于Tg）,并且两相之间存在相互作用。即在常温下显示橡胶弹 性，高温下又能塑化成型的高分子材料，具有类似于橡胶的力学性能及使用性能、又能按热塑性塑 料进行加工和回收，它在塑料和橡胶之间架起了一座桥梁。因此，热塑性弹性体

28、可象热塑性塑料那 样快速、有效的、经济的加工橡胶制品。就加工而言，它是一种塑料；就性质而言，它又是一种橡 胶。热可塑性弹性体有许多优于热固性橡胶的特点。目前，热塑性弹性体尚无统一的命名，习惯以 英文字母缩写语TPR表示热塑性橡胶，TPE表示热塑性弹性体，两者在有关资料著作中均有使用。 为统一起见，都以TPE或热塑性弹性体称之。目前国内对热塑性苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物则称之为 18SBS(styrene-butadiene-styren block copolymer),热塑性异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物称为 SIS(styrene-isoprene block copolymer),饱和型 SBS 则称之为 SEBS,即 Styrene-cthylene-butylenc-styrene block copolymer的缩写，就是苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。其它各类热塑性弹性体均以生 产厂家的商品剑称称之。我国也采用SBS的代号，表示热塑性苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，习 惯称为热塑性丁苯橡胶。特点