基于ProE手机外壳造型设计及数控仿真加工

本科毕业设计(论文)

题目：基于Pro/E手机外壳造型

设计及数控仿真加工

教学单位：机电工程系

专业：机械设计制造及其自动化

学号：0912010137

姓名：王晓乐

指导教师：邱海飞马志奇

2013年5月

摘要

本次毕业论文设计主要是应用Pro/E Wildfire 5.0软件进行手机外壳造型设计以及数控仿真加工，利用该软件的草绘功能和建模功能进行所需要的模型设计，并利用NC 加工模块进行手机模型的数控仿真加工的过程。本毕业论文是以联想A520手机为模板，使用测绘工具得出其数据，并在Pro/E5.0建模功能的基础上，绘制出所设计的手机外壳模型，然后制作出工程图，再使用Pro/E的NC加工模块进行数控仿真加工，设计工艺参数，选择合适的加工机床，并选择刀具以及确定其参数，然后设计出刀具运行轨迹，最后经过后处理导出NC程序的过程。

关键词：手机外壳；Pro/E；NC加工

ABSTRACT

This graduation thesis design mainly is 5.0 softwares carries on the handset outer covering modelling design as well as the numerical control simulation processing using Pro/E the Wildfire, uses this software the grass to draw the model processing process which the function and the modelling function carry on need, and carries on the handset model using the NC processing module the numerical control simulation processing, this graduation thesis is take associates the A520 handset as the template, the use mapping tool obtains its data, and in the Pro/E5.0 modelling function foundation, draws up the handset outer covering model which designs, then manufactures the engineering plat, again uses Pro/E the NC processing module to carry on the numerical control simulation processing, the design craft parameter, chooses the appropriate processing engine bed, and chooses the cutting tool as well asDetermined its parameter, then designs the cutting tool movement path, finally derives the NC procedure after the post-processing the process.

Key word: Handset outer covering ; Pro/E; NC processing

目录

第1章绪论 (1)

第2章Pro/E软件简介 (2)

2.1 Pro/E介绍及特点 (2)

2.2 NC加工介绍 (3)

第3章Pro/E手机外壳造型设计 (5)

3.1 新建零件文件 (5)

3.2 创建手机主体模型 (5)

3.3 创建手机后盖模型 (13)

第4章Pro/E NC加工 (16)

4.1 手机主体毛坯创建 (16)

4.2 粗加工 (17)

4.3 孔加工 (19)

4.4 NC加工后处理 (21)

第5章结论 (23)

参考文献 (24)

致谢 (25)

第1章绪论

模具是现代工业生产中的重要工艺装备之一，模具工业是国民经济中重要的基础工业，模具设计与制造水平的高低是衡量一个国家综合制造能力的重要标志。工业发达的国家对模具工业都极为重视，早在50年代就开始已经是模具摆脱了产品更新换代的重要工艺装备，模具对工业的发展有重要意义。从工业的产值对比来看，1987年模具生产总值为124亿美元，而其机床总产值为102亿美元；1991年前者为131亿美元，后者为120亿美元。在各种模具产品中，塑料板和冲压模是用量最大涉及领域最广的两种。据统计，日本一万多家模具企业中，生产塑料板和冲压模的各占40%左右。在塑料模具中，由于注塑模具能够一次成型形状复杂，尺寸精确的制品，适用于高效率，大批量的自动化生产方式，使其在塑料膜中所占用量超过了5%。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了想当数量的CAD/CAM系统，如Pro/E、UG、CADSS、Cimatron等等。这些系统和软件的引进，虽然花费了大量的资金，但是在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如冲模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM的技术的发展。近年来，我国自主开发的CAD/CAM系统有了很大的发展，只要有北航华政软件工程研究所开发的CAXA系统，华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况，能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及CAD/CAM技术创造了良好的条件。

随着科学的发展，各种产品的更新换代速度越来越快，而产品的更新是以新产品的造型设计、制造与更新为前提的。模具的设计是模具更新的基础，模具设计工作与产品的更新息息相关。串通的手工设计模式已经不能很好的适应时代的需求，计算机辅助设计与制造已经成为许多大型CAD/CAM/CAE软件追求的目标。而在众多辅助设计制造软件中，Pro/E软件是当今世界较先进、面向制造业的综合软件。该软件的功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了从概念设计，功能工程，工程分析，加工制造到产品发布的全过程，在模具，惶恐，汽车，机械，电气电子等各工业领域的应用非常广泛。Pro/E软件在产品造型，注塑模设计中的应用，将体现该软件在产品造型和模具设计中的强大功能，展现它的灵活性和工程设计严谨性的特点和优点。

第2章 Pro/E软件简介

2.1Pro/E介绍及特点

Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的软件名称，但在中国用户所使用的名称中，并存着多个说法，比如ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指Pro/Engineer软件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0\creo2.0等等都是指软件的版本。

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。

Pro/e功能强大，囊括了零件设计、产品组立、模具开发、NC加工、板金件设计、铸造件设计，造型设计、自动测量、机构仿真设计、应力分析、数据库管理等多种功能。它的出现改变了传统的CAD/CAM作业方式，参数花设计及全关联性数据库使产品的设计变得更加容易，大大缩短了用户开发产品的时间。只有熟悉注塑材料知识和通晓常规设计的人，才能更好地应用和掌握Pro/e技术，才能在注塑模设计和制品生产中创造辉煌业绩。

Pro/Engineer是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽壳（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer

软件的其它模块或自行利用C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（运动分析、人机工程分析）和工程制图能力（不包括ANSI，ISO，DIN或JIS标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（HP，HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer 功能如下：

1．特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；

2．参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；

3．通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计；

4．支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等）。

5．贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动）。其它辅助模块将进一步提高扩展Pro/ENGINEER的基本功能。

Pro/ENGINEER是美国参数科技公司PTC（Parametric Technology Corporation）推出的大型CAD/CAE/CAM软件。

Pro/ENGINEER NC加工是将Pro/ENGINEER生成的几何模型与计算机辅助制造CAM相结合，利用加工制造中的机床、夹具、刀具、加工方式和加工参数来进行产品的制造规划。在设计人员制定好规划后，由计算机生成的加工刀具轨迹数据CL （Cutter Location）。

Pro/ENGINEER NC 5.0有加工仿真功能，可以进行干涉和过切检查，节约加工成本。Pro/ENGINEER NC加工能生成工序单，控制了加工时间。Pro/ENGINEER NC 加工不仅可以满足数控铣床和加工中心的编程要求，而且能满足车床和线切割机床的编程要求。

2.2NC加工介绍

Pro/E Wildfire5.0提供了数控加工模块Pro/E NC处理为刀位数据文件；通过模拟加工，检测加工中的误差，干涉和过切等问题，设计出合理的制造流程文件；通过Pro/E NC后置处理模块，生成能驱动数控机床加工的数控代码，从而完成零件的数控加工过程。

在制造模式下的菜单管理器主要包括制造模型、制造设置、处理管理器、加工、CL数据等选项。下面简单介绍各选项的功能：

1．主要用于制造模型的相关操作，如装配或创建参照模型和工件等。

2．主要是对加工操作环境进行设置，如设置工作机床的参数、建立加工刀具数据等。

3．单击此项可以弹出“制造工艺表”对话框，它列出了全部制造工艺对象，如机床、刀具和NC序列等。

4．主要有定义NC序列及参数设置和生成、演示刀具路径，以及对生成的加工路径进行检测等功能。

5．可以对生成的加工路径数据进行整理、输出、显示等操作。

6．可以对加工模型、加工操作环境等参数进行修改，如零件的尺寸、NC序列等。

7．对修改后的加工模型、加工操作环境等参数进行重新计算。

8．可以对装配元件进行操作，如对模型树的顺序进行重排、创建新零件等。

9．用于设置附加装配信息。

10．单击此项可以弹出“关系编辑器” 对话框，可进行关系方程的设定。

CAM过程的最终目的是生成一个数控机床可以识别的代码程序。自动编程是经过刀具轨迹计算产生的刀位文件，而不是数控程序，因此，需要设法把刀位文件转换为特定机床能执行的数控程序，输入数控机床的数控系统，才能进行零件的数控加工。把刀位文件转换成指定数控机床能执行的数控程序的过程称为后置处理（Post Processing）Pro/E的刀位文件为NCL文件，要将其转化为NC文件，其处理结果为生成一个.tap文件，是一个文本文件，可以直接用记事本打开并编辑。

第3章 Pro/E手机外壳造型设计

3.1新建零件文件

打开Pro/E如图2-1，并在<文件>下选<工作目录>设置好建模时常用来放文件的工作目录，这样方便于工作和文件存放。在工具箱上单击新建按钮，打开【新建】对话框，在【类型】分组框中选取【零件】选项，【在子类型】分组框中选取【实体】选项，在【名称】文本框中选择默认零件名称，取消使用缺省模板，单击确定。然后在【新文件选项】对话框中，选取其中的【mmns-part-solid】表示是建实体单位是毫米-牛-秒。

图2.1 打开界面

3.2创建手机主体模型

3.2.1绘制主体

选择FRONT面为草绘基准面，进入草绘界面，绘制长126mm，宽63mm的长方形，完成后拉伸厚度为9mm，并倒圆角，半径为10mm，在上表面进行倒圆角，半径为2mm，如图2.2.1所示。

图2.2.1主体

3.2.2去除材料（1）

在侧面位置祛除材料，并反向切除，并倒圆角，半径为6mm，如图2.2.2所示。

图2.2.2 去除材料1

3.2.3去除材料（2）

在侧面位置祛除材料，并反向切除材料，然后以RIGHT面为中轴面进行镜像，并倒圆角，半径为2mm，如图2.2.3所示

图2.2.3 去除材料2

3.2.4去除材料（3）

以工件下表面为基准面，进入草绘界面，绘制完成后反向祛除材料，完成后效果如图2.2.4所示。

图2.2.4 去除材料3

3.2.5倒圆角

对工件的下表面轮廓进行倒圆角，半径为2mm，如图2.2.5示。

图2.2.5 倒圆角

3.2.6拉伸材料并倒圆角

以工件的下表面为草绘平面，

绘制11mm的正方形，距离两边的

距离分别为11mm，7mm。绘制完

成后拉伸1.5mm，并倒圆角，半径

为2mm。如图2.2.6所示。

图2.2.6 拉伸凸台

同样以下表面为草绘平面，草绘如图2.2.7所示的图形，完成后退出草绘界面，反向祛除材料深度为5mm。效果如图2.2.8所示。

图2.2.7草绘图形1 图2.2.8去除材料4

3.2.8去除材料（5）

同上，绘制如图2.2.9所示图形，完成后反向祛除材料深度为2mm，完成后效果如图2.2.10所示。

图2.2.10反向拉伸

图2.2.9 草绘图形2

同上，绘制如图2.2.11所示图形，完成后反向祛除材料深度为1mm，完成后效果如图2.2.12所示。

图2.2.12去除材料5

图2.2.11 草绘图形3

3.2.10打孔（1）

同上，分别草绘直径为5mm，12mm，10mm的圆，完成后分别反向祛除材料深度分别为4mm，0.5mm，1mm。完成后效果如图2.2.13所示。

图2.2.13 打孔1

3.2.11去除材料（7）

以下表面为草绘平面，进入草绘，绘制如图所示图形，完成后反向祛除材料深

度为2mm，并倒角长度为2mm，并进行倒圆角，半径为2mm，完成后效果如图2.2.14所示。

图2.2.14 去除材料6

3.2.12打孔（2）

同样，以下表面为草绘平面，进入草绘界面，草绘直径为3mm的6个圆，如图2.2.15所示，完成后反向祛除材料深度为5mm，如图2.2.16所示。

图2.2.15 草绘

图2.2.16 打孔2

3.2.13拉伸凸台

分别以侧面为基准面，绘制如下图2.2.17所示的图形，并进行拉伸，祛除材料等，最终获得如下图2.2.18所示的效果。

图2.2.17 草绘图形

图2.2.18 拉伸

3.2.14去除材料（8）

以工件的上表面为草绘平面，进入草绘界面，草绘如图2.2.19所示的图形，绘制完成后进行反向拉伸并除去材料深度为0.5mm，拉伸完成后效果如图2.2.20所示。

图2.2.19 上表面草绘

图2.2.20祛除材料7

3.2.15去除材料（9）

以上表面为草绘平面，进入草绘界面，绘制如图2.2.21所示图形，完成后反向拉伸深度为1mm，完成后效果如图2.2.22所示。

图2.2.21 草绘

图2.2.22 去除材料8

3.3创建手机后盖模型

3.3.1绘制主体

选择FRONT面为草绘基准面，进入草绘界面，绘制长126mm，宽63mm的长方形，完成后拉伸厚度为9mm，如图2.3.1所示。

图2.3.1 主体

3.3.2拉伸凹槽

以上表面为草绘平面，进入草绘界面，绘制如图1.3.2所示图形，完成后反向拉伸祛除材料深度为8mm。如图2.3.3所示。

图2.3.3反向去除

图2.3.2草绘轮廓

3.3.3倒圆角

对工件四角进行倒圆角，半径分别为10mm，5mm，如图2.3.4所示。

图2.3.4 倒圆角

3.3.4轮廓倒圆角

分别对工件的下表面轮廓和内轮廓四边进行倒圆角，半径为2mm，完成后效果如图2.3.5所示。

图2.3.5 轮廓倒圆角

3.3.5去除材料（1）

以工件侧表面为基准草绘平面，草绘如图2.3.6所示，完成后反向切除材料，深度为64mm，完成后如图2.3.7所示。

图2.3.6 侧面草绘

图2.3.7 去除材料

3.3.6去除材料（2）

以工件下表面为草绘基准面，草

绘如图2.3.8所示图形，完成后反向

祛除材料至穿透，并倒圆角半径为

2mm，如图2.3.9所示。

图2.3.8 草绘图形

图2.3.9 去除材料并倒圆角

3.3.7打孔阵列

以下表面为草绘基准面，草绘直径为1.5mm的圆，完成后反向祛除材料至穿透，并进行阵列，如图2.3.10所示。

图2.3.10 打孔并阵列

第4章Pro/E NC加工

4.1手机主体毛坯创建

打开Pro/E后，新建一个制造界面，并取消勾选【使用缺省模板】，在【子类型】中选择【NC组件】，点击确定后选择米制进入制造界面。

进入Pro/E制造界面后，单击右上角【装配参照模型】，选取要加工的模型。如图3.1所示。

图3.1 调入模型

模型调入完成后，选择【缺省】，然后点击【装配参照模型】下方的按钮，进行毛坯选定，选择默认大小，如图3.2所示。

图4.2 创建毛坯