3044.电话听筒型腔模的设计与制造

1、 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 设计题目：设计题目：电话听筒型腔模的设计与制造 专专 业：业： 数控技术 班班 级级： 班 学学 号：号： 04 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： xxx 电子机械高等专科学校 二七年六月 前言前言 随着产品的集约化生产，型腔模具在各个领域的产品生产中越来越显得重 要，20 世纪 80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列政策的支持和引 导下，再加之产品规模化生产的需要，我国模具工业，特别是塑料和压铸等型腔 模具发展十分迅速。 模具是制造业的重要工艺基础。在我国，模具制造属于专用设备制造业。 中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。

2、直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。 模具在现代工业生产中是重要的工艺设备之一，它在铸造、锻造、冲压、 塑料、橡胶、玻璃、粉末冶金、陶瓷制品等的生产行业中得到了广泛应用。由于 采用模具进行生产能提高生产效率、节约原材料、降低成本，并保证一定的加工 质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机、电器、仪表、玩具和日常用品等产品的 零部件很多都采用模具进行加工。根据国际技术协会预测，到 2005 年产品零件 粗加工的 75，精加工的 50将由模具加工完成。 在世界上一些工业发达国家里，模具工业的发展是很迅速的。据有关资料 介绍，某些国家的模具总产值已超过了机床工业的总产值，其发

3、展速度超过了机 床、汽车、电子等工业。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命模具 的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。随着生产和科学技 术的迅速发展，产品更新、改型加快，模具的更新越来越快。为了适应工业生产 对模具的需求，在模具生产中采用了许多新工艺和先进加工设备，不仅改善了模 具的加工质量，也提高了模具制造的机械化、自动化程度。 虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口 集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期 及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年 需要大量进口模具。 中国模具产业

4、除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的 调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产 品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形 分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应 用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 摘要摘要 我的设计是应用基于 windows 平台的三维建模软件生成零件的外形和模具 等外形，然后再生成加工轨迹去加工。这是生成并制造模具的流程过程。 在设计中，我先建立零件的模型并生成加工零件的模具外形。模具的凸模 和凹模都是在软件中生成的。而且达到了它们之间需要的配合关系。

5、利用模具的 模型生成加工轨迹和 nc 代码。这样就可以应用 nc 代码在数控机床上面加工了。 在设计中，我采用主流的设计软件 unigraphics 来设计零件、模具的外形,并生 成加工轨迹和 nc 代码。 毕业设计的内容就是加工一个简单的型腔模具的流程。在实际生产中的过 程与这个流程类似。cad/cam 软件在生产中的应用是十分广泛的，从建模到生成 加工轨迹都是在一个软件中实现的。 abstract my design is application according to the terrace of windows of three the shape of born spare par

6、ts in the software of with molding tool etc. shape, then reborn process the track process. this is born to combine the process of the manufacturing molding tool. in design, i establish first the model of the spare parts and born process the molding tool shape of the spare parts. the convex mold of t

7、he molding tool is all in software born with the cave mold. and come to a their the match relation of a demand. model that make use of the molding tool the born processing the track with the code of nc. can apply the code of nc like this at counted to control the machine bed to process up. in design

8、, i adopted the design software of the main of unigraphics current to the shape that design the spare parts, molding tool and in software born process the track with the code of nc. contents that graduate the design is to processes a simple molding tool of process. in the actual process in the produ

9、ction similar with this process. cad/ cam the software of is in production the applied is very extensive, from set up the mold arrive the production track is all what realizes in software. 目录目录 前言前言.i 摘要摘要.ii 目录目录.iii 第一章第一章设计分析设计分析 .- 4 - 1.1.零件分析.- 4 - 1.2.材料分析.- 5 - 1.2.1.工艺特性.- 6 - 1.2.2.常见塑料材料的

10、简单判别方法.- 11 - 1.3.应用软件.- 12 - 1.3.1.计算机技术在注射模中的应用.- 12 - 1.3.2.软件介绍.- 13 - 第二章第二章模型塑造模型塑造 .- 16 - 2.1.整体造型.- 16 - 2.1.1.基础模型的塑造.- 16 - 2.1.2.曲面裁剪听筒上、下面.- 17 - 2.1.3.听筒前端外形塑造.- 20 - 2.1.4.听筒尾部外形塑造和上表面倒角.- 21 - 2.2.分模.- 22 - 2.3.上、下盖分别造型.- 23 - 2.3.1.上盖的造型.- 23 - 2.3.2.下盖的造型.- 24 - 第三章第三章装配装配 .- 25 -

11、3.1. 自顶向下装配.- 26 - 3.2. 自底向上装配.- 27 - 3.3. 装配爆炸图.- 29 - 第四章第四章模具的生成模具的生成 .- 30 - 第五章第五章工程图的生成工程图的生成 .- 32 - 第六章第六章工艺分析工艺分析 .- 34 - 6.1.塑料模具的常用材料.- 34 - 6.2.注射成型工艺.- 34 - 6.2.1.概述.- 34 - 6.2.2.脱模斜度.- 35 - 6.2.3.壁厚.- 36 - 6.3.毛坯的选择.- 37 - 6.4.定位基准的选择.- 37 - 第七章第七章加工加工 .- 39 - 7.1.ug cam 加工基本流程.- 39 -

12、7.2.加工工艺.- 40 - 7.3.模具加工 nc 文件程序生成.- 42 - 个人总结个人总结.- 44 - 参考资料参考资料.- 45 - 第一章第一章 设计分析设计分析 1.1.1.1. 零件分析零件分析 听筒的基本尺寸大小为 200mm50mm54mm，壁厚是 2mm。听筒的上盖和下 盖都是不规则的曲面，下盖又还多了一个凸出的圆台。 具体外观如下： 听筒打开后可以看到，听筒的上、下盖仅由两颗螺钉连接。 上盖的外形和内部结构都较简单。主要的结构就是与下盖的配合关系，上 盖的两个螺纹孔柱体和一个凸出的块，与下盖都存在配合关系。上盖的螺纹孔 柱体表面与下盖上用于连接的台阶孔的柱体的表面是

13、配合的，而上盖凸出的块 是用来压紧的。 具体结构如下： 下盖的内部结构较上盖复杂。主要是因为有较多的内部结构，且这种结构 大多数都是依附在曲面上的。这就给下盖的建模工作带来了许多的困难。 具体的结构如下图： 本设计的听筒实物的外形与上面的图示其实是有一定区别的，实物的听筒 的上、下盖都有一定的拔模斜度的。但在用 ug 建模的过程中发现，这个软件是 没办法按想象的样子去实现拔模的。ug 中的拔模都是以一平面开始的，但电话 听筒的实物却是以它的分型面（上、下盖相接的面，是一不规则曲面）为基准 拔模的。最开始建模时并没看出有何不妥，但在建完模装配时才发现，两者根 本无法装配。询问导师也没办法，所以本

14、设计中的听筒模型是没有拔模斜度的。 再加上零件测绘时要受测量工具限制等一系列因素的影响，测绘得到的结果也 存在测量误差和人为误差，这些都是不可能避免的。所以只能够保证零件形状 的完整，做到模型和真实零件的形状大小相差不是很大，配合关系的准确。 1.2.1.2. 材料分析材料分析 本设计的电话听筒是一注塑件。注塑是注射塑料的简称，对于设计注塑模 具而言，首先需要对注塑模具设计的材料有一定的了解。塑料是高分子材料的 一种，以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下具有塑性和流动性， 可被塑制成一定形状，且在一定条件下形状不变的材料。 塑料有 400 多个品种，其中常用材料的有 40 余种，主要

15、分为热固性塑料 与热塑性塑料，一般工程上使用的塑料主要有尼龙、聚磷酸脂、聚甲醛和 abs 等，其力学性能高，可替代金属而作为工程用材料。不同的塑料，其成型温度、 成型压力、设计时选择的脱模斜度和壁厚等皆有所不同，例如对于热塑性塑料 而言，增加壁厚，冷却时间和成型时间都会延长，使成本增加，而且还容易产 生缩空、翘曲和凹陷等缺陷。 本节就将对塑料这种材料的特性做一些介绍。 1.2.1.1.2.1.工艺特性工艺特性 听筒的材料是热塑性塑料。这种材料特点为受热后发生型态变化，由固态 软化或溶化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成固体，且过程可多次反复， 塑料本身的分子结构则不发生变化。 热塑性材料品种极

16、多，即使同一品种也由于树脂分子量及附加物配比不同 而使其使用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原有品种的特性，常用共 聚、交链等各种化学聚合方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的异种单 体或高分子相等树脂，以改变原有树脂的结构成为具有新的使用及工艺特性的 改性品种。 1 1）收缩率收缩率 塑件自模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩这种性能称为收缩性。由 于收缩不仅是树脂本身的热胀冷缩。而且还与各成形因素有关，所以成形后塑 件的收缩应称为成形收缩。 1.成形收缩的形式 （1）塑件的线尺寸收缩 由于热胀冷缩，塑件脱模时的弹性恢复、塑性 变形等原因导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小，为此型腔设计

17、时必须考虑 予以补偿 （2）收缩方向性 成形时分子按方向排列，使塑件呈现各向异性，沿料 流方向（即平行方向）则收缩大、强度高，与料流直角方向（即垂直方向）则 收缩小、强度低。另外，成形时由于塑件各部位密度及填料分布不均，故使收 缩也不均。产生收缩差使塑件易发生翘曲、变形、裂纹、尤其在挤塑及注射成 形时则方向性更为明显。因此，模具设计时应考虑收缩方向性按塑件形状、流 料方向选取收缩率为宜。 （3）后收缩 塑件成形时，由于受成形压力、剪切应力、各向异性、密 度不均、填料分布不匀、模温不匀、塑性变形等因素的影响，引起一系列应力 的作用，在粘流态时不能全部消失，故塑件在应力状态下成形时存在残余应力。

18、当脱模后由于应力趋向平衡及贮存条件的影响，使残余应力发生变化而塑件发 生再收缩称为后收缩。一般塑件在脱模后 10 小时内变化最大，24 小时后基本 定型，但最后稳定要经 3060 天。通常热塑性塑料的后收缩比热固性大，挤塑 及注射成形的比压塑成形的大。 （4）后处理收缩 有时塑件按性能及工艺要求，成形后需进行热处理， 处理后也会导致塑件尺寸发生变化。故模具设计时对高精度塑件则应考虑后收 缩及后处理收缩的误差并予以补偿。 2.收缩率计算 塑件成形收缩值可用收缩率来表示，如公式（11）及公式（12）所示。 q 实 = a-b/b*100 (1-1) q 计 c-b/b*100 (1-2) 式中 q

19、 实实际收缩率（） 、q 计计算收缩率（） ； a 塑件在成形温度时单向尺寸（毫米） ； b 塑件在室温下单向尺寸（毫米） ； c 模具在室温下单向尺寸（毫米） 。 实际收缩率为表示塑件实际所发生的收缩，因其值与计算收缩相差很小， 所以模具设计时以 q 计为设计参数来计算型腔及型芯尺寸。 3影响热塑性塑料成形收缩的因素如下 （1）塑料品种 热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化成的体积变化， 内应力强，冻结在塑料内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性 塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显，另外成形后的收缩、退 火或调湿处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。 （2）塑性特性 成形

20、时融料于型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的 固态外壳。由于塑料的导热性差，使塑料内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度 固态层。所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。另外，有无嵌体及嵌体 布局、数量都直接影响料流方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特 性对收缩大小，方向性影响较大。 （3）进料口形式、尺寸、分布 这些因素直接影响料流方向、密度分布、 保压补缩作用及成形时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚）则收 缩小但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方 向平行的则收缩大。 （4）成形条件 模具温度高，融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结 晶料则因结晶料则因

21、结晶度高，体积变化大，故收缩更大。模温分布与塑料内 外冷却及密度均匀性也有关，直接影响到各部分收缩量大小及方向性。另外， 保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩量大小及方向性 大。注射压力高，融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性回跳大，故收 缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。因此在成形时调整模温、 压力、注射速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。 模具设计时根据各种塑料的收缩范围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸 及分布情况，按经验确定塑件各部件的收缩率，再来计算型腔尺寸。对高精度 塑件及难以掌握收缩率时，一般宜用如下方法设计模具： 对塑件外径取较小收缩

22、率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余 地。 试模确定浇注系统形式、尺寸及成形条件。 要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况（测量时必须在脱模后 24 小时以后） 。 按实际收缩情况修正模具。 再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。 2 2）流动性流动性 热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋 线长度、表现粘度及流动比（流程长度塑件壁厚）等一系列指数进行分析。 分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺纹线长度长、 表现粘度小，流动比大的则流动性就好，对同一品名的塑料必须检查其说明书 判断其流动性是否适用于注射成形。按模具设计要求

23、我们大致可将常用塑料的 流动性分为三类： （1）流动性好 尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚甲 基戊烯; （2）流动性中等 改性聚苯乙烯、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚； （3）流动性差 聚碳酸酯、硬聚氯乙稀、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氯塑 料。 各种塑料的流动性也因各成形因素而变，主要影响的因素有如下几点： （1）温度 料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异。 （2）压力 注射压力增大则融料受剪切作用大，流动性也增大，所以成 形时宜调节注射压力来控制流动性。 （3）模具结构 浇注系统的形式，尺寸，布置，冷却系统设计，融料流 动阻力等因素都直接影响到融料在型腔内的实际流动性，凡促使融料降低

24、温度， 增加流动阻力的则流动性就降低。 模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。成形时则也可控 制料温，模温及注射压力、注射速度等因素来适当地调节填充情况以满足成形 需要。 3 3）结晶性结晶性 热塑性塑料按其冷凝时有无结晶现象可划分为结晶形塑料与非结晶形（又 称无定形）塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于 无次序状态，变成分子停止自由运动，按微略固定的位置，并有一个使分子排 列成为正规模型的倾向的一种现象。 作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般 结晶性料为不透明或半透明（如聚甲醛等） ，无定形料为透明（如有机玻璃

25、等） 。 但也有例外情况，如聚甲基戊烯为结晶性料却有高透明性，abs 为无定形料但 却并不透明。 4 4）热敏性及水敏性热敏性及水敏性 热敏性塑料系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受到时间较长或进料口 截面过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚，分解的倾向，具有这 种特性的塑料称为，热敏性塑料。如硬聚氯乙稀、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚 物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等 副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或有毒 性。因此，模具设计、选择注射机及成形时都应注意，应选用螺杆式折射机， 浇注系统截面宜大，模具和料筒应镀烙，不得有死角滞

26、料，必须严格控制成形 温度、模温、加热时间，螺杆转速及背压等。如有分解应立即洗清设备及模具， 必要时应在热敏性塑料中加入稳定剂，减弱热敏性能。 有的塑料（聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分 解，这种性能称为水敏性，对此必须预先加热干燥。 5 5）应力开裂及熔融破裂应力开裂及熔融破裂 有的塑料对应力敏感，成形时易产生内应力并质脆易裂，塑件在外力作用 下或在溶剂作用下即发生开裂现象。为此，除了在原料内加入附加剂提高抗裂 性外，对原料应注意干燥，合理的选择成形条件，以减少内应力和增加抗裂性。 并应选择合理的塑件形状，不宜设设置嵌件等尽量减少应力集中。模具设计时 应增大脱模斜度，选

27、用合理的进料口及顶出机构，形后塑件还宜进行后处理提 高抗裂性，消除内应力并禁止与溶剂接触。 当一定融熔指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后， 熔体表面发生明显横向裂纹称为熔融破裂，有损塑件外观及物性。故在选用熔 融指数高的聚合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注射速度，提高 料温。 6 6）热性能及冷却速度热性能及冷却速度 各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时 需要热量大，应选用塑化能力大的注射机。热变形温度高的冷却时间可短，脱 模早，但脱模后要防止冷却变形。热传导率低的冷却速度慢必须充分冷却，要 加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低，热

28、传导率高的塑料。比热大、 热传导率低，热变形温度低，冷却速度慢的塑料则不利于高速成形，必须用适 当的注射机及加强模具冷却。 各种塑料按其品种特性及塑件形状，要求必须保持适当的冷却速度。所以 模具必须按成形要求设置加热和冷却系统，以保持一定模温。但料温使模温升 高时应予冷却，以防止塑件脱模后变形，缩短成形周期，降低结晶度。当塑料 余热不足以使模具保持一定温度时，则模具应设有加热系统，使模具保持在一 定温度，以控制冷却速度，保证流动性，改善填充条件或用以控制塑件使其缓 慢冷却，防止壁厚塑件内外冷却不均及提高结晶度等。对流动性好，成形面积 大、料温不均的则按塑件成形情况有时需加热或冷却交替使用或局部

29、加热于冷 却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。 7 7）吸湿性吸湿性 塑料中因有各种添加剂，使其对水分各有不同的亲疏程度，所以塑料大致 可分为吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制 在允许范围内，不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起 泡、流动性下降、外观及机电性能不良。所以对吸湿性塑料必须按要求采用适 当的加热方法及规范进行预热，在使用时还需要用红外线照射以防止再吸湿。 听筒的材料特性决定了它是用注射模具来制造的。它在尺寸公差方面如没 有特殊的要求一般采用 68 级精度等级。而在表面粗糙度方面的要求也不是很 高，一般都是 6.3 或 12.5。

30、这都取决于模具型腔的表面粗糙度。 1.2.2.1.2.2.常见塑料材料的简单判别方法常见塑料材料的简单判别方法 塑料材料有各种各样的种类,即使是相同形状的制品也常常用不同的材料 来生产,判定不同的材料用化学分析法来判明可以知道是什么材料,但作为一个 普通的生产者或技术人员, 用那么复杂的过程来判定一种材料既花钱又花费时 间。 下面介绍一种简单地利用火焰来判定的方法,列表如下: 序 号 材料 代号 方 法 种 类 燃烧 难易 离火焰后, 能否燃烧 火焰 颜色 塑料 状态 气味产品 特性 1pmma 聚甲 基丙 烯酸 容易燃 烧 能燃烧上端蓝色 黄色 软化乙烯 酸单 体 透明 2abs. ps s

31、an ，(透) 苯乙 烯 容易 燃烧 能燃烧橙黄色 黑烟 软化苯乙 烯单 体 金属 声音 3pa 聚酰 胺(尼 龙) 慢慢 燃烧 不能燃烧上端黄色熔融 滴下 特有 气味 有弹 性 4pvc 聚氯 乙烯 难燃烧不能燃烧黄色，下 端蓝色 软化氯气 气味 软后 橡胶 状 5pp 聚丙 烯 容易燃 烧 能燃烧黄色完全 燃烧 特有 气味 乳白 色 6pe 聚乙 烯 容易燃 烧 能燃烧上端黄色 下端 熔融 滴下 石油 气味 乳白 色浅 色 7pf 酚醛 树脂 慢慢燃 烧 不能燃烧黄色胀龟 裂 酚醛 气味 黑棕 色 8vf 脲甲 醛 难燃烧不能燃烧黄色，下 端青绿 胀龟 裂 福尔 马林 气味 漂亮 色常 见

32、 9mf 三氯 氰胺 甲醛 树脂 难燃烧不能燃烧淡黄色胀龟 裂白 化 甲醛， 福尔 马林 气味 表面 光洁， 非常 硬 1 0 vp 不饱 和酯 树脂 容易燃 烧 能燃烧黄色黑烟稍微 肿胀， 白化 聚乙 烯气 味 玻璃 纤维 增强 根据上表，我们可以初步的判断听筒是 abs 这种材料。 1.3.1.3. 应用软件应用软件 塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、 模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计 师模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个 设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越 难

33、以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手 工设计方式，并取得了显著的经济效益。 1.3.1.1.3.1.计算机技术在注射模中的应用计算机技术在注射模中的应用 计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面： 1. 塑料制品的设计： 基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质 量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良好的基础。 2. 结构分析： 利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结 构设计。 3. 模具结构设计： 根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件 会提供相应的设计步骤、参数选

34、择计算公式以及标准模架等，最后给出全套 模几结构设计图。 4. 模具开合模运动仿真： 运用 cad 技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从 而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。 5. 注射过程数值分析： 采用 cae 方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改 进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具 的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。 6. 数控加工： 利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲 面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣 削刀具轨迹

35、等。 目前，国际上占主流地位的注射模 cad 软件有 pro/e、i- deas、ug、solidworks 等；结构分析软件有 msc、analysis 等；注射过程数 值分析软件有 moldflow 等；数控加工软件有 mastercam、cimatron 等。本设计 所选用的是 unigraphics。 1.3.2.1.3.2.软件介绍软件介绍 unigraphics（简称 ug）是美国 ugs 公司的集 cad/cam/cae 于一体的软件 集成系统，它的功能覆盖整个产品开发过程：从概念设计、功能工程、功能分 析到制造，在航空航天、汽车、机械、模具和家用电器等工业领域的应用非常 广泛。

36、同时 unigraphics 也是当今世界上最先进的、紧密集成的 plm 软件，它 为整个制造行业提供了全面的产品生命周期解决方案。它所提供的解决方案可 以帮助制造业企业优化产品全生命周期的全过程。 unigraphics 的 cad/cam/cae 系统提供了一个基于过程的产品设计环境， 使产品从设计到加工，真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设 计与制造。ug 面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术，在面向过程驱 动的技术环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程 的各个环节保持相关，从而有效的实现并行工程。 unigraphics 提供集成的、全面的总产品

37、工程解决方案的工具族，使用户 能够数字地建立三维产品定义。许多世界领先的制造商用它来执行概念设计、 工业设计、详细的机械设计、工程仿真和数字化的制造。 功能描述：功能描述： 1） 自顶向下设计自顶向下设计 自顶向下设计过程是 ug wave 的一个重要应用。总体参数、外围轮廓尺 寸、组件位置等可以在装配结构的上层定义，且被相关地向下传送到装配下层 的组件部件中。 在装配顶层的定义数据可以包含基准、草图、用于修剪的片体等。下层组 件应包含对父几何对象的几何连接。 运用 ug wave 作自顶向下设计有以下两个优点： 当需要改变上层产品设计时，允许设计者自动更新组件设计。一个关 键参数能够在装配顶

38、层中做修改且被向下传播到细节零件。 可以实现并行工程，因为概念设计数据和细节设计数据是在不同的部 件中定义的。细节设计工作可以在上层装配部件的约束设计完成前就 开始。 2） 工程制图工程制图 制图是 ug 系统的应用之一。它将按照各国不同的制图标准，在同一个模 型下建立一套完整的工程图。 ug 制图基于建模应用中生成的三维模型建立和维护各种二维工程图。在 制图应用中建立的图与三维模型完全相关。对模型做的任何改变自动地反映在 于中。这种相关性使设计人员可随时按需要对模型做改变。除相关性外，制图 应用还有下列有用的特点： 一个直观的、易于使用的、图形化的用户界面。允许快速方便地建立 二维工程图。

39、一个图板工作范例如同正在一图板上工作。这种方法大大提高了生产 率。 支持新的装配结构和并行工程。当设计员在模型上工作时，允许制图 员可以同时进行制图。 建立完全相关的有自动消隐线处理与画剖面线的剖切视图。 仅仅用光标指示位置可以添加视图到图上。 当添加正交试图时，它们将自动地与父试图对准。 剖截视图与实体完全相关联。 每个视图与实体完全相关联，如果实体更新视图也将被更新。 制图注释（尺寸、标记和带引线的符号）直接放在图上。与选择的几 何体完全相关联。如果在实体中这些几何体被改变，制图注释将自动 更新。 当图更新时完全相关联的视图边界自动地被计算。 从图形窗口编辑大多数制图对象的能力（如尺寸、符

40、号等） ，这个功能 允许建立制图对象并立即对它们进行改变。 用户可控制的图更新，它增强了用户的生产力。 3） 模具设计模具设计 使用 ug 的专业应用模块“模具向导” （mold wizard）可以实现复杂的模 具设计。模具向导模块运用知识嵌入的基本理念，根据注塑模具设计的一般过 程模拟模具设计的全过程，提供了功能全面的计算机辅助模具设计解决方案。 模具向导模块与 ug 的其他功能相结合，具有极强的自动化能力和功能强大的 造型和修改能力，极大的方便了用户的模具设计。 ug 模具向导（mold wizard）是 ug 软件中设计注塑模具的专业应用模块， 它为设计模具的分型、型腔、型心、滑块、嵌件

41、、推杆、镶块、电极，以及模 具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便、快捷的设计途径，最终可以创 建出与产品参数相关的、用于加工的三维模具。 4） nc 加工加工 ug 是 cad/can/cam 三维参数化集成软件，其加工模块提供了强大的计 算机辅助制造功能。由 ug/cad 或者其他 cad 软件创建的实体模型，可在 ug/cam 中生成精确的刀具路径。用户可以在图形界面中编辑刀具路径，观察 刀具的运动过程并进行加工模拟。生成的刀具路径，可以通过后置处理产生用 于特定数控机床的加工代码。 ug/cam 由三维建模、刀具轨迹设计、刀具轨迹编辑修改、加工仿真、后 置处理、数控编程模板、切削参数

42、库设计和二次开发功能接口等组成。加工编 程可分成数控铣、数控车以及数控电火花线切割等，其中的数控铣是应用最广 的一种加工方法，能够完成平面、型腔、曲面轮廓和螺纹等加工。在本设计 （电话听筒型腔模的加工）中，用到的就是数控铣的编程。 本设计所需要用到的软件功能，如模型的塑造、零件的装配、工程图的生 成、模具的塑造、零件的加工和 g 代码的后置处理等操作，都可以在 unigraphics 这个软件中找到。在整个模型的建立过程中，unigraphics 完全自动 捕捉设计意图和引导设计修改；通过部件导航器的引导，复杂零部件的细节和 局部设计格外清晰明了；尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改；它和

43、 pro/e、solidworks 一样可以用尺寸来驱动模型形状的生成，只要尺寸一变化， 模型也会相应的变化；特别是它在生成工程图的时候是很有效率的。在模型的 建立过程中，我采用了自顶向下的设计顺序，而在模具的设计中，我则采用了 自底向上与自顶向下混合的设计顺序。这两种设计的顺序都可以在装配关系定 制好之后，做到不仅尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动 完全相关。这样就做到了前后尺寸的一致，做到了零件装配的统一。 软件界面如下： 第二章第二章 模型塑造模型塑造 本章是对所做设计中听筒部分的建模过程的介绍。在这个模型塑造的过程 中，我所采用的是自顶向下装配的设计方法。大致是：整体模

44、型的塑造（即听 筒的上、下盖合在一起的整体模型） 、分模（用上、下盖连接的这条线作为分模 线分模）以及分别对听筒上、下盖模型进行内部结构的塑造。这样所做出的听 筒上、下盖模型间就是全自动完全相关的，一旦修改其中一部分，其它与之相 关的模型、尺寸等自动更新，不需要人工参与。 2.1.2.1. 整体造型整体造型 2.1.1.2.1.1.基础模型的塑造基础模型的塑造 首先，在 x-y 面建立一草图。先画两条平行于 x 轴的直线，均匀分布在 x 轴的两边，距离为 50mm。再画两个 r33mm 的圆与这两条直线相交，两圆的圆 心都在 x 轴上，有一个圆的圆心且在 y 轴上。修建草图，使其刚好是封闭的。

45、 如下图： 然后，进行拉伸操作（z 轴的正方向拉伸 70mm） 。拉伸后外形如下： 2.1.2.2.1.2.曲面裁剪听筒上、下面曲面裁剪听筒上、下面 听筒的上、下两个面都是曲面，在测量工具有限的情况下是不好测量的。 我只好在听筒上等距的截取了几个面，然后测量这几个面与听筒相交所形成的 曲线（测量曲线的三个点就可以得到这条曲线） 。然后用自由形式特征中的“通 过曲线”将其连成面。 1. 测得构成曲线的三点，并用插入插入曲线曲线点点输入这些点。然后，用插入插入 曲线曲线样条样条通过点（单段）通过点（单段） ，将这些点连成线。如下图： 2. 通过插入插入自由形式特征自由形式特征通过曲线通过曲线，使前

46、面的曲线生成面。如图： 3. 用裁切体去掉面以上的部分，得到以下的样子： 4. 塑造听筒下表面时与上表面稍有不同。听筒的下表面不像上表面，上表 面不仅是曲面，且还有一定的弯曲，须测三点；而下表面是一平直的曲面，只 须测得 z 向的高度就可以了。同前面相同的，先测得并插入点再连成线，只是 这里所用的连成线的是插入插入曲线曲线由极点生成样条由极点生成样条。生成面时使用的是插入插入 自由形式特征自由形式特征扫掠扫掠，在进行这项操作前须先画一条截面线（用插入插入曲线曲线 基本曲线画基本曲线画一条空间曲线） ，再用裁切体就可以了。经过这些操作，就可以得 到如下图这样的模型： 2.1.3.2.1.3.听筒

47、前端外形塑造听筒前端外形塑造 在这个部分，需要建立一个基准平面。这个基准平面是将 x-y 平面向 上偏置 34mm 生成的，再用这个基准平面做草图，画出以下的图： 然后进行拉伸。这样，听筒的外形与实物就比较相象了。再将其进行一些 倒角的操作，就可以得到以下的样子： （其中的可变半径圆角，在后面的建模过程中将用 到） 最后，是在上面的一些细节的塑造。凸出部分上有一些下凹的同心圆的结 构，用基本曲线插入几个圆，再用自由形式特征中的通过曲线去掉多余部分； 再用圆台塑造中间的小凸起部分；最后用插入插入成形特征成形特征球球减掉中间部 分，得到最后外形。 如下图： 2.1.4.2.1.4.听筒尾部外形塑造

48、和上表面倒角听筒尾部外形塑造和上表面倒角 听筒的尾部向内凹的圆弧过渡，是本设计模型塑造的难点。我的处理方法 是：先将尾部作成一台阶状，再用可变半径倒角。 创建基准平面在基准平面上画草图拉伸除料，可得台阶的形状。再进 行可变半径的倒角，即可得到想要的效果。 上表面的倒角，直接用变半径倒圆角就可以了。 2.2.2.2. 分模分模 整体造型完成后，输入测得的构成分模线的点，然后连成样条线，再拉伸。 如下图： 用自顶向下的设计方法，将前面造好形的模型分成上盖和下盖两个部分。 在装配导航器中，将组件设置为 wave 模式；再创建（两个）新的层，将部件 全部放入新的层中；最后，分别对新的层中的部件进行塑造

49、，得到听筒的上盖 和下盖两个部分。 2.3.2.3. 上、下盖分别造型上、下盖分别造型 2.3.1.2.3.1.上盖的造型上盖的造型 上盖的结构简单：两个用于连接上、下盖的螺纹孔圆柱；一个压块；一个 放置电话线的口和几个卡子（同样用于上、下盖的连接） 。 首先，要将实体模型进行抽壳的操作（厚度为 2mm） 。然后才是其它 内部结构的塑造。 1) 放置电话线的口，建基准平面画草图拉伸除料（在后面的建模过程 中将会经常用到这个方法）就可以了。 如图： 2）在对螺纹孔圆柱和压块进行建模时，因为这两个结构都与下盖存在着 配合关系，且上盖的结构简单，没有可作为基准的结构，所以在对这两个进行 建模时需要借

50、助下盖的一些结构作为基准，这样塑造出的上盖模型与下盖才配 合的上。 首先，需要先将下盖与上盖进行装配，将上盖建模时需要的基准平面用 （wave 几何连接器）提取到上盖的部件文件中去。然后，就可以开始 按照前面常规的方法进行建模了。 可得到以下的结构： 2.3.2.2.3.2.下盖的造型下盖的造型 下盖的结构比上盖就复杂多了。 首先，做的是电路板的支撑部分。先建立基准平面（这里用的是三点建立 基准平面，须先插入点） ，再画草图，然后拉伸增料。如下： 然后，在同一平面上再用同样的方法塑造听筒的按键孔。如下： 然后，是听筒前端结构的塑造。 听筒的正面的一些结构： 最后，是一些螺纹孔圆柱和与上盖有配合

51、关系的结构的造型。 第三章第三章 装配装配 在这一章里，会介绍 ug 软件中装配模块在本设计中的应用。 电话听筒外形建模完成以后，需要将听筒的上、下盖模型装配到一起，便 于看到其整体的效果，也可以观察在建模的过程中是否出错，看上、下盖是否 可以完全配合。在后面，模具成功生成后也可以以此方法看到效果。 在本设计中，我运用了混合装配的方法（即在实际的工作中，根据需要混 合运用自顶向下的和自底向上两种方法。例如，一开始在自底向上模式下工作， 随着设计过程的进展，可以转到自顶向下模式。根据需要，可以在这两种方法 之间任意转换） 。在对听筒的外形进行塑造时用的是自顶向下的设计方法，即是 先塑造的是听筒整

52、体的模型，然后分模（将整体模型分为上、下盖两部分） ，最 后再分别对其内部的结构进行塑造。在后面的模具的生成过程中的前面部分， 又用到了自底向上的设计方法，具体的步骤会在下一章节介绍，在这里仅说一 下装配的部分。 3.1.3.1. 自顶向下装配自顶向下装配 自顶向下装配（top-down assembly）的方法是指在上下文设计（working in context）中进行装配。上下文设计是指在一个部件中定以几何对象时引用其 他部件的几何对象，如在一个组件中定义孔时需引用其他组件中的几何对象进 行定位。当工作部件是尚未设计完的组件而显示部件是装配件时，上下文设计 非常有用。 自顶向下的设计是指

53、在装配环境下进行相关设计子部件的能力，不仅做到 尺寸参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关，并且为设 计者提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。 用户可以在装配布局图做好的情况下，进行设计其它零部件，并保证布局 图、零部件之间全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模型、 尺寸等自动更新，不需要人工参与。 在本设计中，自顶向下装配的设计方法主要用于模型的塑造。 自顶向下装配的方法有两种： 1.（1）先建立装配结构，此时没有任何的几何对象。 （2）使其中一个组件成为工作部件。 （3）在该组件中建立几何对象。 （4）依次使其余组件成为工作部件并建立几何对象，注

54、意可以引用显 示部件中的几何对象。 2. （1）在装配件中建立几何对象。 （2）建立新组件，并把图形加到新组件中。 在实际应用中，我们是在建模完成后，在装配导航器中用鼠标右键点击部 件文件名前面的省略号处，将其设置为 wave 模式模式，再将鼠标移动到文件名 位置，点击鼠标右键，选择 wave创建新的层创建新的层，会出现下面的对话框，对对 话框进行设置：先指定一个文件名；然后进行框选，将模型全部选中；最后点 击确定。 这样，新的装配关系就建立了，装配导航器中会有以下的变化： 后面，将需要操作的新组件设置使成为显示部件，就可以分别的对其进行 其它操作，如象前面所说的模型塑造部分中一样分别对听筒的

55、上、下盖进行内 部结构的塑造。 3.2.3.2. 自底向上装配自底向上装配 自底向上装配是常用的装配方法，即先设计装配中的部件，再将部件添加 到装配中，由底向上逐渐的进行装配，在装配关系定制好之后，不仅做到尺寸 参数全相关，而且实现几何形状、零部件之间全自动完全相关，并且为设计者 提供完全一致的界面和命令进行全自动的相关设计环境。 用户可以在产品的装配图做好后，可以设计其它零部件、添加装配关系， 并保证零部件之间全自动完全相关，一旦修改其中一部分，其它与之相关的模 型、尺寸等自动更新，不需要人工参与。设计中经常需要修改和重复设计，并 需要随时考查和预览同一零部件的不同设计方案和设计阶段，或者记

56、录下零部 件在不同尺寸时的状态或不同的部件组合方案，而不同的状态和方案又可同时 在一张工程图或总装配体内同时显示出来，因而 unigraphics 利用配置很好地捕 捉了实际设计过程中的修改和变化，满足了各种设计需求。 本设计中，自底向上装配的设计方法主要用在了模具生成的前面部分。 在生成模具的时候，需要用自底向上装配自底向上装配将模型装入创建的模具体中。 1 点击加入已存的组件加入已存的组件，会出现下面的选择部件选择部件对话框，选择需要 加入的部件。然后会有一个增加已有部件增加已有部件的对话框，可以在这里对加入的部件 进行设置。 2 加入部件后，可用匹配组件匹配组件将其进行重定位。点击匹配组

57、件匹配组件后会 有一个对话框，选择需要的装配类型进行装配。 也可以用组件重定位组件重定位进行定位。在用组件重定位前会先出现一个类选 择器，选中要定位的组件，然后会在选中的组件上出现一个坐标，用鼠标将组 件拖动到需要的位子就可以了。 3.3.3.3. 装配爆炸图装配爆炸图 一旦已经建立了装配图，便可以为其中的组件定义爆炸图了。爆炸图 （exploded views）像其他的用户定义视图一样，可以被加到任意需要的视图 布置（layout）中。在该视图中，各个组件或子装配已经从它们的装配位置移 走。爆炸图与显示部件相关联，并且可以和显示部件一起保存。 1 爆炸图的特点： 可对爆炸图中的组件进行所有的

58、 ug 操作，如编辑特征参数等。 任何对爆炸图中组件的操作均影响到非爆炸图中的组件。 爆炸图可随时在任意视图中显示或不显示。 2 爆炸图的限制 不能爆炸装配部件中的实体，只能爆炸装配部件中的组件。 爆炸图不能从当前模型中输入或输出。 下图即是将一装配体爆炸后： 第四章第四章 模具的生成模具的生成 建模的工作完成以后，就可以利用 ug 软件的混合装配的设计方法生成模 具。在这里我仅描述听筒上盖型腔模的生成过程，上盖型腔模的生成过程与下 盖是相同的，就不多做赘述了。 第一步： 新建一个 220mm70mm70mm 的模具体。 按上一章所讲的自底向上装配的方法，将下盖的模型装入前面新建的模具 体中。

59、 然后，用 wave 几何连接器几何连接器中的体体，将听筒模型提取到模具体 中；再用插入插入特征操作特征操作减，减，将模具体掏空。 第二步： 用插入插入曲线操作曲线操作抽取抽取，抽取出听筒的一些边界线；将其投影（插入插入 曲线操作曲线操作投影投影）到模具体的一个面上；再插入两条直线，使投影的曲线延伸 到模具体的外面；最后，将曲线拉伸，如下图： 再用插入插入自由形式特征自由形式特征裁剪的片体裁剪的片体，将中间部分裁剪掉，便于后面分 模。 第三步： 用自顶向下的设计方法，建立两个部件文件，将模具体分别放入这两个部 件文件中，再分别进行裁剪体的操作。这样，就可分出模具的两部分型腔和 型芯，这种方法同

60、前面的将听筒分为上盖和下盖是相同的。 分模后，有如下的结构： 第五章第五章 工程图的生成工程图的生成 ug 这个软件是可以直接生成工程图的。 ug 制图的一般过程：制图的一般过程： （1） 创建一个模型的部件文件，xxx.part.完成模型设计。 （2） 利用主模型法创建一个制图部件文件，xxx_daw.part 选择 applicationassemblies，选择 assembliescomponentsadd existing 选择 xxx.part 用绝对坐标系定位单击 ok 按钮，再进入制图应用，选择 applicationdrafting。 （3） 建立一张新图选择 inserts