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任務書
畢業(yè)設計（論文）題目
燈座注塑模具設計與制造
畢業(yè)設計（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標、任務、途徑、方法，應掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設計技術要求、注意事項等）（紙張不夠可加頁）
1. 設計目的：（1）綜合運用塑料成型材料的基本知識,以塑料成型的基本原理和工藝特點,分析成型工藝對模具的要求；（2）掌握成型設備對模具的要求；（3）掌握成型模具的設計方法,通過畢業(yè)設計,使學生具備設計中等復雜程度的模具的能力；（4）培養(yǎng)學生正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，學會運用標準、規(guī)范、手冊、圖表和查閱有關技術資料，培養(yǎng)學生從事模具設計的基本技能。
2. 設計任務：燈座注塑模具設計與制造
3. 設計規(guī)格：
（1）外形尺寸見附圖；（2）材料：ABS；（3）生產(chǎn)綱領：大批量
4. 設計內(nèi)容：
1）塑件的工藝分析以及注射機選擇
2）注塑模具的設計,主要包括：
（1）型腔數(shù)目確定 （2）分型面選擇
（3）型腔的布置 （4）澆注系統(tǒng)的設計
（5）排氣槽位置的選擇 （6）成型零件的設計與加工工藝
（7）脫模機構(gòu)零件的計算 （8）模具標準零件的選擇
（9）冷卻系統(tǒng)的設計 （10）塑料模具的材料及熱處理
3） 實體設計
（1）所給制品的實體設計
（2）凹凸模實體設計
（3）模具其他零件的實體設計
（4）模具虛擬裝配
5. 設計要求：
（1）20xx年2月10日完成開題報告，文獻綜述以及文獻翻譯。
開題報告主要內(nèi)容包括：調(diào)研資料的準備，畢業(yè)設計的目的、要求、思路與預期成果；任務完成的階段內(nèi)容及時間安排；完成設計所具備的條件因素。
文獻綜述不少于3000字；文獻翻譯不少于3000字。查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；
（2）20xx年3月1日前完成畢業(yè)設計方案。
（3）20xx年4月10日完成圖紙繪制，實體設計和畢業(yè)設計說明書初稿。
（4）20xx年4月20日完成畢業(yè)設計說明書定稿。設計說明書不少于8000字，條理要清晰，格式規(guī)范，邏輯性強。
（5）20xx年5月1日前上交所有材料（紙質(zhì)材料和電子檔），學院進行答辯資格審查 。20xx年5月14日前完成答辯前的修改工作，做好畢業(yè)答辯準備。
（6）20xx年5月19日-20日院里組織統(tǒng)一畢業(yè)答辯。
6. 參考文獻：
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畢業(yè)設計（論文）時間： 20xx 年 2 月 13 日至 20xx 年 5 月 13 日
計 劃 答 辯 時 間： 20xx 年 5 月 19日-20日
專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人（簽字）：
附圖：
圖1 注塑件尺寸圖
單位代碼
學 號
分 類 號
密 級
XX大學
畢業(yè)設計(論文)
燈座注塑模具設計與制造
院（系）名稱
工學院機械系
專業(yè)名稱
材料成型及控制工程
學生姓名
指導教師
20xx年 5 月 10 日
開題報告表
課題名稱
燈座注塑模具設計與制造
課題來源
教師擬訂
課題類型
AX
指導教師
學生姓名
專 業(yè)
材料成型及控制工程
學 號
一、調(diào)研資料的準備
根據(jù)任務書的要求，在做本課題前，查閱了注塑模具設計實用教程、機械制圖、沖壓成型工藝與模具設計、模具CAD/CAM、模具制造技術、塑料成型工藝與模具設計、材料成型原理、材料成型工藝、互換性與技術測量、模具制造工藝、塑料模具課程設計等與設計相關的手冊、書籍。
二、設計的目的與要求
（1）綜合運用塑料成型材料的基本知識，以塑料成型的基本原理和工藝特點，分析成型工藝對模具的要求；（2）掌握成型設備對模具的要求；（3）掌握成型模具的設計方法，通過畢業(yè)設計，使學生具備設計中等復雜程度的模具的能力；（4）培養(yǎng)學生正確的設計思想和分析問題、解決問題的能力，學會運用標準、規(guī)范、手冊、圖標和查閱有關技術資料，培養(yǎng)學生從事模具設計的基本技能。
根據(jù)所確定的工藝規(guī)程進行相應的模具的方案設計、總體設計及其主要零部件設計，繪制模具總裝圖及主要零部件圖等圖紙。
三、設計的主要內(nèi)容與預期成果
1、設計的主要內(nèi)容
（1）塑件的工藝分析
A塑件的原材料分析 B塑件的尺寸精度分析 C塑件表面質(zhì)量分析 D塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
（2） 確定成型設備選擇與模塑工藝規(guī)程編制
A塑件三維建模確定塑件的體積和重量 B確定成型工藝參數(shù)
（3） 注塑工藝分析及注塑模的結(jié)構(gòu)設計
A塑件澆口位置選擇B分型面的選擇C型腔數(shù)目的確定及型腔的排列D澆注系統(tǒng)的設計E型芯型腔結(jié)構(gòu)設計F推件方式的選擇G側(cè)抽芯機構(gòu)設計H標準模架的選擇 I排氣槽位置的選擇 J冷卻系統(tǒng)的設計
（4）注射模的有關尺寸的計算
A成型零件尺寸計算B成型零件力學計算C確定抽芯機構(gòu)零件尺寸計算D注射模具零件設計
（5）注射機有關參數(shù)的校核
A模具閉合高度的確定和校核B模具開模行程校核
（6）實體設計
A 燈座的實體設計B 凸凹模的實體設計及其它零件的設計C 模具裝配設計
2、預期的成果
（1）完成文獻綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關的英文翻譯一篇，不少于3000字，查閱文獻資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇。
（2）完成內(nèi)容與字數(shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設計說明書一份
（3）繪制裝配圖，部分零件圖
（4）做好包含本次設計的所有內(nèi)容的紙質(zhì)材料和電子檔案。
四、研究的主要內(nèi)容
（1）利用AUTOCAD設計繪制注塑塑件圖，以此為依據(jù)完成注塑模的型腔與型芯的尺寸與公差的計算。
（2）設計并繪制注塑模裝配圖及型腔、型芯零件圖。
（3）對模具型面進行CAD造型。
（4）圖紙繪制符合制圖標準，畢業(yè)設計說明書符合標準。
五、任務完成的階段內(nèi)容及時間安排
1周——2周 收集設計資料并完成開題報告。
3周——4周 完成英文資料翻譯并寫出文獻綜述。
5周——6周 進行總體設計和部分零部件的選擇與設計。
7周——10周 繪制裝配圖和部分零件圖、編寫畢業(yè)設計說明書。
11周 修改整理，準備答辯。
六、完成設計所具備的條件因素
本人已修完機械設計基礎、機械制圖、金屬熱處理原理與工藝、機械制造技術基礎、沖壓成型工藝與模具設計、沖壓工藝與模具設計、材料科學基礎、塑料模具課程設計、塑料成型工藝與模具設計等與畢業(yè)設計有關的課程，同時借助圖書館的相關文獻資料，以及相關的網(wǎng)絡等資源來完成本次畢業(yè)設計。
指導教師簽名： 日期：
課題來源：（1）教師擬訂；（2）學生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設計（藝術設計）；B—技術開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報告
（2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
黃河科技學院畢業(yè)設計說明書
燈座注塑模具設計與制造
摘 要
根據(jù)設計任務書的要求，先了解塑件的用途，分析了塑件的材料、表面質(zhì)量、結(jié)構(gòu)工藝性、確定塑料成型方式及工藝過程、確定塑件成型工藝參數(shù)、初選注射成型設備、注射模的結(jié)構(gòu)設計、注射模設計的有關尺寸計算、注射機有關參數(shù)的校核、注射模主要零件加工工藝規(guī)程的編制、尺寸精度等問題。然后確定成型模具的種類，成型設備的規(guī)格和型號。并編制塑件的模型成型工藝。本模具采用一模一件，點交澆口進料，注射機選XS–ZY–500型號，設置冷卻系統(tǒng)，該注射模具利用了斜導柱抽芯機構(gòu)及定模推出機構(gòu),解決了帶側(cè)向凸起的塑件的脫模問題,此模具結(jié)構(gòu)緊湊,推出可靠,安裝操作方便,成型塑件質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高,采用Pro/E三維造型，AutoCAD繪制二維總裝圖及零件圖，選擇模具合理的加工方法。在設計過程中系統(tǒng)的運用簡要的文字、簡明的示意圖和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設計。
關鍵詞：斜導柱抽芯機構(gòu)，AutoCAD，注射模，點交澆口
The Lampholders Injection Mold Design And Manufacturing
Abstract
According to the requirements of the design task book, first of all, I understand the use of plastic parts parts use the plastic parts of the material, surface quality, structure, process and to determine the plastic molding methods and processes ,to determine the plastic molding process parameters, the primary injection molding equipment, injectionmold structure design, injection mold design size calculation, the checking of the parameters of the injection machine, injection mold for the main parts the preparation of process planning, dimensional accuracy and so on.Then determine the type of mold, and molding equipment specifications and models,and the preparation of the plastic parts of model molding process.The mold with a mold 2, side gate into the material, injection machine selection XS-ZY-500 type, set the cooling system.The mold has been use the bevel pillar core institutions and scheduled to die introduction of institutions and solved the with laterally protruding plastic parts of the mold release.This mold has a compact structure, reliable launch, easy installation, good quality of castings produced and the high production efficiency,using Pro/ E 3D modeling, AutoCAD drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, select a reasonable mold processing method. In the design process, I use the brief text systematic, concise schematic and computational analysis of plastic parts, etc., in order to make a reasonable die design.
Key words：Bevel pillar pulling mechanism ,AutoCAD, injection mold, Mold Design, the side gate
摘要
在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，模具是生產(chǎn)各種產(chǎn)品的重要工藝裝備，它以其特定的形狀通過一定的方式使原材料成型，采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)省能源和原材料等一系列優(yōu)點，在鑄造、鍛造、沖壓、塑料等行業(yè)中得到了廣泛的應用，成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，了解注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品的質(zhì)量有很大意義。
關鍵詞：塑料模具，注塑模，氣體注射成型，模具制造技術，發(fā)展前景
前言
隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度，注射成型是當今市場上最常用、最具前景的塑料成型方法之一，因此注塑模具作為塑料模的一種，就具有很大的市場需求量。而傳統(tǒng)模具設計制造技術，根本不能滿足市場對模具的專業(yè)模具廠家數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加較快?！叭Y”企業(yè)及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。我國模具生產(chǎn)最為集中的地區(qū)在珠三角和長三角地區(qū)，約占全國模具總產(chǎn)值的三分之二以上，模具發(fā)展有力地支持著這兩個地區(qū)工業(yè)的快速發(fā)展。雖然我國模具總量已位居世界第三，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等發(fā)達國家，模具商品化和標準化程度也低于國際水平。但是我國的塑料模已從過去的單純仿制、加工粗糙，發(fā)展到現(xiàn)在已大量運用先進技術和理論知識， 并且積累了豐富的制模經(jīng)驗。涌現(xiàn)出大批具有相當水平的模具企業(yè)，是我國模具水準的整體提升。模具水準的提高不僅需要先進的制造技術和成熟的經(jīng)驗，更要依賴優(yōu)秀的質(zhì)量管理體系，具備所有這些條件才能使我國的塑料模具一步一步走向世界，走向成功。總體說來，我們的塑料模具制造水平與世界先進水平的差距還是很大的[1]。
由于多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展，所以氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，現(xiàn)在，熱流道模具已逐漸開始推廣，有的廠采用率達20 %以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，以及具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10 % ，與國外的50 %～80 %相比，差距較大[2]。
1注射模簡介
塑料注射成型所用的模具稱為注射成型模，簡稱注射模。它是實現(xiàn)注射成型工藝的重要設備。由于，本次畢業(yè)設計是采用注射模設計來完成燈座的模具設計，所以在文獻綜述中介紹一下注射模。注射模的成型原理是將塑料從注塑機的料斗送進注射機的加熱的料筒中，經(jīng)過加熱融化成為流動狀態(tài)后，在柱塞和螺桿的推動下，熔融塑料被壓縮并向前移動，進而通過料筒前的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔中，充滿型腔的熔料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件，這樣就完成了一個模具的基本生產(chǎn)過程。注射模根據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的目的可以分成很多種類，一般情況下分為普通注射模和特種注射模。普通注射模又可以分為：單分型面結(jié)構(gòu)注射模和雙分型面注射模。特種注射模分為：滑動型芯注射模、閉合式注射模、螺紋注射模等[3]。
2注塑模具制造的特點[4]
由于模具的生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造業(yè)水平高低的重要標志，由于塑料模具工業(yè)快速發(fā)展及各方面差距的存在，預計我國今后塑料模具的發(fā)展必將大于模具工業(yè)總體發(fā)展速度。所以我們必須對塑料模具以下特點有所了解。
（1）型腔及型芯呈立體型面。
（2）精度和表面質(zhì)量要求高，使用壽命要求長。
（3）工藝流程長，制造時間緊。
（4）異地設計、異地制造。
（5）專業(yè)分工，動態(tài)組合。
3模具制造技術的發(fā)展方向
由于市場對現(xiàn)代模具制造業(yè)提出了一些新的要求，當前模具制造的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為以下四個方面[5]：
3.1機加工方法的發(fā)展 采用光機電相結(jié)合的數(shù)控電火花成形、數(shù)控電火花線切割以及各種特殊加工相結(jié)合，例如電鑄成形、粉末冶金成形、精密鑄造成形、激光加工等。從而可以加工出復雜的型腔和型芯，以及保證較高的加工精度要求。目前慢走絲線切割和電火花放電加工精度要求。目前慢走絲線切割和電火花放電加工精度可達到±1.5μm，加工表面粗糙度可達到Ra0.004μm，基本上達到了精面要求[6]。
3.2先進的技術支持條件 模具的服務對象主要是電器、汽車廠家，產(chǎn)品的更新?lián)Q代快，而且模具的設計已經(jīng)從二維發(fā)展為三維，實現(xiàn)了可視化設計，不但可以立體、直觀地再現(xiàn)尚未加工出的模具體，真正實現(xiàn)了CAD/CAM一體化，而且三維設計解決了二維設計難于解決的一些問題，諸如：干涉檢查、模擬裝配等。
3.3 基于快速原型技術的注塑模具快速制造 直接從CAD模型生產(chǎn)工模具被認為是一種可以減少新產(chǎn)品成本和開發(fā)周期的重要的方法，近些年來，這種將CAD技術、快速成型（RP）和快速工模具制造（RT）等高新技術相結(jié)合，已經(jīng)對傳統(tǒng)的注塑模具的制造產(chǎn)生了重大的沖擊[7]。CAD技術的應用在很大程度上代替了實物的評估和試驗，減少了新產(chǎn)品研制過程中的迭代次數(shù)，從而加快了新產(chǎn)品的開發(fā)速度。
3.4高速切削技術在模具快速制造中的應用 高速切削技術制造模具，具有切削效率高，可明顯縮短機動加工時間，加工精度高，表面質(zhì)量好，因此可大大縮短機械后加工、人工后加工和取樣檢驗輔助工時等許多優(yōu)點。在某注塑模的高速銑削中，材料硬度為56~58HRC，原來采用電火花加工，每個零件需時90min，采用直徑為12mm球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速1500r/ min、工作臺進給1500r/ min進行高速加工，加工每個零件只需5min，工效提高了18倍[8]。
4新興特殊注射成型技術對模具制造的發(fā)展要求
注射成型技術作為塑料加工成型方法中最重要的方法之一，已經(jīng)得到相當廣泛的應用。隨著塑料制品應用的日益廣泛，不同的領域?qū)λ芰现破返拈_頭精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求，因此在傳統(tǒng)注塑成型技術的基礎上，又發(fā)展了許多特殊的新興注塑成型技術，如低壓注射成型、熔芯射擊成型、裝配注射成型、磁場定向注射成型、單色多模注射成型、氣體輔助注射成型、薄殼注射成型技術等。因些必須改變注塑模具的設計和制造體系，才能夠滿足成型要求[9]。
隨著微機電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)生命線的進展，微細型注塑模具設計與制造技術的研究近年來得到了人們的重視，微型注塑成型通常用于醫(yī)療、電信、計算機、電氣等領域，醫(yī)療和電子器械越來越小型化，因此對人們希望制件可以做得越來越小。微型注塑成型有許多優(yōu)點，如工模具的成本可以更低，而且原料的成本也大大的降低，研究適合微型注塑模具和微型注塑機的成型理論和制造方法，尋找和研制適合微型塑料制件生產(chǎn)的塑料原料，以及開發(fā)相應的檢測儀器設備，已經(jīng)成為目前國內(nèi)外的研究熱點[10]。
5我國塑料模具工業(yè)和技術今后的主要發(fā)展方向
盡管我國模具有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要嗎，與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距?；诖朔N現(xiàn)狀，我國塑料模具工業(yè)和技術的主要方向如下：
（1）提高大型、精密、復雜、高效、長壽命模具的設計制造水平及比例 。
（2）在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術?；诰W(wǎng)絡的CAD/
CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用[11]。
（3）多種材質(zhì)、多種顏色、多層多腔、多種成型方法一體化的模具將得到發(fā)展。
（4）推廣應用暖流道技術。氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。氣助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下。大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制體輔，而且其常用于較復雜的大型制品。模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要[12]。
（5）開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
（6）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。
（7）各種模具型腔表面技術，如修補、涂覆、研磨、和拋光等工藝會得到進一步發(fā)展。
6目前存在的問題
由于我國模具行業(yè)起步比較晚，與國外相比，有一定的差距，主要表現(xiàn)在：
6.1模具設計人員缺乏 模具人才的培養(yǎng)需要較大規(guī)模的硬件設備和高水平的師資力量。更重要的是，學模具設計需要的時間很長，一般要2到3年的實踐才可以成為一名合格的模具技術人員。
6.2制造水平低 國內(nèi)模具制造水平檔次低于國外模具制造廠家，制造工藝條件參差不齊，不少廠家因為設備不配套，很多工序依靠手工完成，嚴重影響了精度和質(zhì)量。國家模具大多采用2Cr13和3Cr13作精密熱處理，而國外則采用專用模具材料DINI2316，其綜合機械性能，耐磨耐腐蝕性能及拋光亮度均明顯優(yōu)于國產(chǎn)材料。這從根本上影響了國產(chǎn)模具的外觀質(zhì)量和使用壽命。
6.3發(fā)展不平衡，產(chǎn)品總體水平較低 雖然個別企業(yè)的產(chǎn)品己達到相當高的水平，個別企業(yè)的部分產(chǎn)品已達到或接近國際水平，但總體來看，模具的精度、型腔表面粗糙度、生產(chǎn)周期、壽命等指標與國外先進水平相比尚有較大差距。包括生產(chǎn)方式和企業(yè)管理在內(nèi)的總體水平與國外工業(yè)發(fā)達國家相比尚有10年以上的差距。
6.4大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱 一方面是技術人員比例低、水平不夠高，另一方面是科研開發(fā)投入少，更重要的是觀念落后，對開發(fā)不夠重視。
6.5管理落后 技術落后往往容易看到，管理落后有時卻難以意識到。國內(nèi)外模具企業(yè)管理上的差距十分明顯，管理的差距所帶來的問題往往比技術上的差距更為嚴重。
6.6市場需求旺盛，生產(chǎn)發(fā)展一時還難以跟上 供需矛盾一時還難以解決，供不應求的局面還將持續(xù)一段時間，特別是在中高檔產(chǎn)品方面矛盾更為突出。
7總結(jié)部分
面對對于我國模具行業(yè)的現(xiàn)狀，我認為大力發(fā)展和推廣信息化、數(shù)字化技術是極其重要的，同時應在政策上引導具有較強能力的企業(yè)單位研發(fā)新的設計方法，在模具制造方面向復雜，高精度，長壽命模具上面有更大的突破。努力提高企業(yè)管理水平，實施標準化、專業(yè)化推動了我國塑料模具加工工業(yè)的發(fā)展，促進模具標準件上品種、上水平、上規(guī)模。逐步建立起適應我國國情的模具科研設計、人才培訓和生產(chǎn)體系，不但要使我國進一步成為模具生產(chǎn)大國，與此同時我們還要繼續(xù)為我國塑料模具生產(chǎn)企業(yè)提高技術水平、增強競爭實力、加快融入國際大市場的步伐提供必要的技術保障。
本人通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在各種成型過程中對模具的工藝要求，各種模具的結(jié)構(gòu)特點及設計計算的方法，在模具制造方面，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝，基本上達到能夠獨立設計一般模具的要求。
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XX大學
畢業(yè)設計(論文)
文獻綜述
院（系）名稱
工學院機械系
專業(yè)名稱
材料成型及控制工程
學生姓名
指導教師
20xx年 03 月 10 日
注射模設計的三維模型發(fā)展
摘要
如今，為了使注塑工藝變得更簡單，很多嵌入式軟件都在高級3D注塑平臺的基礎上開發(fā)出來的，如有限元分析、計算機輔助模制造、注射模設計，模擬以及形象化設計。這些軟件都是很有利的。然而，這不是沒有缺點。事實上，這些“嵌入式軟件”也可以通過低級別的3D更靈活和更輕便性開發(fā)出來。本文查閱了各種各樣基于3D應用發(fā)展的期刊和方法，主要是關于軟件方面。首先，提出了一種基于3D應用發(fā)展的方法，這種觀點通過使用Parasolid模型的注射模實現(xiàn)的?；谠谝呀⒌哪＞咴O計中的模具設計概念，文中說明了一種被叫做 IMOLD的模件。在一個WindowsNT平臺上，面向?qū)ο蟮木幊陶Z言被用來開發(fā)這種軟件。
關鍵詞：3D模型，計算機輔助設計，注射模設計
1介紹
三維計算機輔助設計系統(tǒng)已經(jīng)越來越被用來加速產(chǎn)品的實現(xiàn)過程。涉及產(chǎn)品自動化過程的第一步是3D建模應用的組成部件的建立，在建模的過程中，這種3D模型的建立稱為數(shù)字化建模，這種數(shù)字化建模得到的3D的關鍵一步是生產(chǎn)過程自動化。
組成部件的3D數(shù)字化建模僅僅是第一步。還有許多其它輔助任務必須在零件被生產(chǎn)之前完成。這些任務包括有限元分析、夾具和固定裝置的設計、注射模設計、計算機輔助制造、模擬和形象化設計。當今很多在高級3D平臺上發(fā)展起來的嵌入式軟件來促進這些輔助任務。這種3D建模平臺提供了具有編程的用戶界面和風格的嵌入式軟件。結(jié)果，這種嵌入式軟件的開發(fā)時間大幅度的減少。
這種方法在很多方面都是有利的，但是，它也有它的缺點，特別是從長遠的角度考慮。為了為現(xiàn)有的軟件開發(fā)另外一種嵌入式軟件，那些開發(fā)者必須兼顧很多現(xiàn)有的限制條件，必須與源軟件的風格一致。那些開發(fā)者必須利用系統(tǒng)提供的各種庫函數(shù)來實現(xiàn)各種功能性操作，大多數(shù)的終端用戶需要源軟件和嵌入式軟件。不過，在很多情況下，他們可能對使用只有嵌入式的軟件更感興趣。在注射模設計過程中就有這種情況的例子，不過，這些用戶必須購買包括很多他們不需要的特征和功能的軟件包，這么大的程序通常是硬件上必需的，同時這意味著費用會更高。這種嵌入式軟件也很大程度上依賴源軟件的發(fā)展。一旦源軟件版本被更新，那些嵌入式軟件的開發(fā)者必須采用相應的行動，如果這些應用在一個低級的平臺上發(fā)展，這些缺點可能會不存在。事實上，這些嵌入式軟件可以使用低級的3D模型更靈活和更輕便性的發(fā)展。在很多情況下，這樣的操作既可行又有利。
傳統(tǒng)上注射模設計可以直接在計算進設計系統(tǒng)上執(zhí)行，整個注射模，可能由數(shù)百個組件部件組成，在計算機輔助設計系統(tǒng)（例如AutoCAD,PRO/E和Unigraphics）上建模和裝配，因為注射模設計過程是反復的，所以重新建模和裝配是相當費時的，在這個方面，像這些基于特征的PRO/E以及Unigraphics那樣的3D。計算機輔助設計系統(tǒng)比像AutoCAD那樣的2D計算機輔助設計系統(tǒng)更有優(yōu)勢，為加速注射模設計工藝的發(fā)展，這種嵌入式軟件在3D系統(tǒng)上自動發(fā)展一些注射工藝，這種附加應用的例子包括在新加坡國立大學，基于Unigraphics上發(fā)展的IMOLD（智能模型設計和裝配系統(tǒng)）、專家模具設計（基于CADKEY）及模型制作（基于EUCLID）。因為以上每一個都是基于特定的計算機輔助設計系統(tǒng)，所以都沒有嵌入兼容性。
在1994年，Mok和張[1]基于Unigraphics的注射模設計應用上做了研究。在1997年，Shsh[2]在幾何建模之間的聯(lián)系以及標準化之間提出了互訪結(jié)構(gòu)模型，他的目標是在基于Parasolid[3]的3D應用以及ACIS之間獲得嵌入兼容性，只不過它包括三維建模。在這篇文章里，作者試圖直接發(fā)展一種質(zhì)量輕的、使用低級的3D注射模設計應用，并把重點放在軟件開發(fā)的靈活性和速度上。設計概念和程序來自IMOLD[4][5]、模具設計和3D裝配中應用，盡管這些討論僅僅局限于注射模設計，但是這種方法很容易被應用在其他基于3D的建模中，并且有相似的作用。
開發(fā)工具的結(jié)合就是為了這個目的而選擇的。在方法被討論之前，對于其中先提出的工具做一個簡短的介紹，它們分別是IMOLD、Parasolid10.1版本、VC++6.0版本和微軟的基礎課程。
2 IMOLD用作模具設計應用
IMOLD（智能模型設計和裝配）是在基于3D的應用致力發(fā)展的注射模設計。它在一個叫做Unigraphics的高級計算機輔助設計系統(tǒng)之上發(fā)展起來的。該發(fā)展正在通過使用系統(tǒng)所提供的編程接口（API）來實現(xiàn)。該軟件通過提供常用的設計工具促使模具設計者能夠迅速進行設計。在設計中所需要的常用標準組成部件，可以在軟件里預先創(chuàng)建并且可能容易被設計者調(diào)用，這很大程度上降低了設計時間。模具設計過程可以分成幾個階段，以一種固定的方式給設計者們提供模具設計方法。如下：
<1>數(shù)據(jù)準備
<2>填充系統(tǒng)設計
<3>模具基礎設計
<4>插件與零件設計
<5>冷卻系統(tǒng)設計
<6>滑板和提升設計
<7>注射系統(tǒng)設計
<8>標準零件庫
每個階段都可以被認為是一個獨立的模件設計過程，基于3D的每個模件的要求變化甚微。成功的建立模型基礎模件意味著在發(fā)展其它模件過程中也是可行的。
3 用作3D模型設計的Parasolid
Parasolid被用作設計為基于3D模型數(shù)據(jù)系統(tǒng)的核心。實體建模有必要被用作：
<1>建造并且操作實體
<2>計算質(zhì)量和慣性矩，并且進行干涉檢測
<3>以多種方式輸出實體
<4>在特定的數(shù)據(jù)庫或檔案內(nèi)儲存實體并且稍后提取出來
在計算機輔助設計中，Parasolid是最先進的3D模型設計軟件。它是Unigraphics和Solid-Works的3D核心。它獨特的公差模擬運作功能使得它能以其它格式接收和存儲數(shù)據(jù)。因此Parasolid模型文件時十分方便的而且它也是獨立應用發(fā)展的高級平臺。
基于3D的應用與Parasolid之間通過它的3個界面中的一個相連接(see Fig. 1)。這些被稱之為Parasolid核心界面、模型界面(KI)以及底端界面。PK界面和模型界面位于建模系統(tǒng)的頸部，通過這些方法來建模和對實體進行操作以及控制建模的功能。底端界面位于建模窗口的底部。當需要執(zhí)行集中數(shù)據(jù)或系統(tǒng)類型操作時建模便需要它。它由3個部分組成：函數(shù)、圖形輸出（GO）和外形幾何，以下對其作出簡短的介紹。
3.1 KI和PK界面
KI和PK是提供程序員進入Parasolid模型里進行建模的接口，它們是建模功能的標準庫。程序員在他們的程序里稱之為建模功能。因為KI不久將被淘汰，所以我們選擇使用PK界面。
圖1 Parasolid 的組成部分
3.2 函數(shù)
函數(shù)是一個必須由程序員編寫的功能，當數(shù)據(jù)必須被存儲或者提取時需要使用該功能。當使用Parasolid時，應用程序員必須首先決定怎樣管理數(shù)據(jù)的存儲，通過該功能Parasolid輸出該數(shù)據(jù)。公告該功能轉(zhuǎn)存數(shù)據(jù)通常與寫入文件或?qū)С鑫募嘘P。文件的形式和存儲位置在編寫該功能時被確定。
3.3 圖形的輸出（GO）
對圖形輸出功能是由應用程序員所編寫的另一種功能。對需要PK給予功能的設計者來說，圖形數(shù)據(jù)是由GO界面輸出的。然后3D數(shù)據(jù)被傳給3D圖像包。OpenGL是圖形卡片的一個軟件接口可以為我們提供我們所需要的數(shù)據(jù)包。
3.4 外形幾何
外形幾何學可以為用戶幾何類型的發(fā)展（例如機構(gòu)內(nèi)部及表面的曲線）提供功能操作，它通常與在Parasolid內(nèi)的建模標準幾何類型一起使用。
4使用VisualC++以及微軟公司基礎類型的面向?qū)ο蟮某绦蛟O計
面向?qū)ο蟮某绦蛟O計（OOP）已無可爭議的成為軟件開發(fā)者的選擇。它是在目前存在的軟件中最高級的開發(fā)軟件。微軟公司Visual Sstudio就是這樣的一個軟件包。它刻劃了許多基于英特網(wǎng)和Windows編程用的開發(fā)工具。在這些工具中包含有VC++以及微軟公司基礎種類（MFC）。VC++是面向?qū)ο蟮某绦蛟O計的強有力的開發(fā)工具，而MFC是一種基于Windows編程的框架。它以強大的開發(fā)特性和功能性，例如自動編碼基于wizard操作，為應用程序員提供開發(fā)工具，這大大改進了生產(chǎn)效率。我們使用的程序的整個用戶界面是使用VC++以及MFC開發(fā)出來的。
5系統(tǒng)設計
使用3D模型的附加應用直接發(fā)展的問題正待解決，在最高的水平上它由三個主要階段組成。首先，必要特征和嵌入式應用軟件功能的識別；其次，應用框架的設計與開發(fā)；最后，具有合適的開發(fā)工具的框架中個別模件的設計與開發(fā)。
5.1 必要軟件的識別
Parasolid作為一種3D建模方法，只提供許多庫函數(shù)以及3D應用開發(fā)的基本框架。因此，那些開發(fā)者有必要識別和開發(fā)3D計算機輔助設計系統(tǒng)中其它的必要設施。為了識別所需要的設施，理解兩者之間的差異很重要。表格1總結(jié)了3D模型和3D計算機輔助設計系統(tǒng)所提供的主要設備的差別。其中的一些設備，例如特征和參數(shù)建模，在耗時與技術上都要求有發(fā)展。因為大多數(shù)嵌入式軟件不使用源程序中的所有設備，只通過開發(fā)這些使用低級3D模型所需要的嵌入式軟件生產(chǎn)單獨的版本是很有可能的。表格1從第7條到第9條是使用基于3D的應用發(fā)展Parasolid的必要條件。通過研究嵌入式軟件的應用的必要條件，其它必要的設備的要求也可以被鑒定。然后提出了該應用程序的一個框架，該框架是基于由Parasolid建模所提供的設備。
表1 3D內(nèi)核和CAD系統(tǒng)所提供的設施總結(jié)
圖2 基于三維應用程序的概述
5.2 基于3D應用的框架
對于由開發(fā)的工具和應用的要求所提供的設備，開發(fā)了一種框架，它專門被設計以使單個編程模件之間的差異最小化，將導致編程代碼發(fā)生小程度的變化。事實上，程序代碼使用起來更加的輕便和更有助于維修，而且將來的發(fā)展前景也是相當好的。這個框架的概述在圖2里得以說明，各種各樣的模件的詳細情況會在以后的章節(jié)里討論。
5.2.1 基于Windows的用戶界面(A)
Parasolid不為程序員提供用戶界面，因此，在每一個階段基于3D應用的發(fā)展將涉及到從頭開始設計用戶界面。相關的必要開發(fā)內(nèi)容如下：
<1>基于3D應用的環(huán)境的設置和顯示
<2>交互式圖表的接口和全部應用功能操作的執(zhí)行程序
5.2.2 3D開發(fā)圖層的設置（B）
因為不同的基于3D的應用在不同的程度上需要不同的3D設備，該框架必須為用戶提供這些變量的設置，一個3D開發(fā)圖層的設置（參閱圖2）被概念化來解決這些變化。這是基于Parasolid模型已經(jīng)開發(fā)出來的對象的庫函數(shù)或者類別。開發(fā)的程序取決于建模的要求情況。除了要滿足應用條件中的變量要求外，3D開發(fā)設置層也要為非Parasolid開發(fā)者提供一個編程接口。這樣的一個接口能被其他基于3D開發(fā)者重新使用。3D開發(fā)設置層基本上由3個主要部分組成。他們可分別用于3D建模和裝配，3D可視化以及3D數(shù)據(jù)管理。
（1）建模和裝配
3D建模和裝配模件是這3個部分中最重要和最精心制作的部分。它與由大多數(shù)計算機輔助設計系統(tǒng)提供應用編程接口（API）相似，模件由一基于3D對象或類別的庫函數(shù)組成，它可用于核心應用模件的發(fā)展。大多數(shù)3D應用所需要的3D基本功能的操作性能被首先開發(fā)出來?；趩蝹€3D應用所需的條件，其它更多的高級特性后來也被增加進來了。
（2）3D的可視化
在三維物體的顯示窗口用戶范圍需要一個團體軟件圖表接口。圖表的輸出的輸出以及所選擇的圖表的接口經(jīng)常被用在基于3D的應用里以及視圖對象管理和轉(zhuǎn)變之中，為了這個目的而開發(fā)了一個類別庫函數(shù)。
（3）3D數(shù)據(jù)管理
3D數(shù)據(jù)管理模件是在函數(shù)之上被開發(fā)出來的，函數(shù)是存在于是存檔以及3D零件的進入而變得容易的Parasolid的模件之中。為此開發(fā)了一種使用函數(shù)來處理的類型選擇器，有以下功能：
<1> 3D目標文件形成
<2> 諸如打開和保存3D目標文件這樣的文件管理操作。
5.2.3 應用模塊（C）
這些是位于3D開發(fā)者設置層和應用用戶界面之間存在的基于3D的應用模塊。這些模塊的設計主要取決于應用的屬性并且相互之間的差別很大。工作的發(fā)展大部分在這一領域開展。然而，研發(fā)的難易主要取決于3D開發(fā)者設置圖層的能力。
5.2.4 其它軟件模塊（D）
通常基于3D的應用可能需要來自于其它已存在軟件模塊或應用模塊的功能性操作，因此，諸如此類的連接是可能存在的。在這篇文章的應用部分就為這樣的一個例子加以說明了。
5.3 單個模塊的發(fā)展
在進行一個合適設計之前，對每個模塊都得進行研究和分析，它的開發(fā)難易很大程度上取決于所選的框架和開發(fā)者設置層。下一部分說明了注射模設計的3D模型開發(fā)的實施情況。
6 實施情況
應用系統(tǒng)設計，開發(fā)了基于3D的注射模設計。這是通過使用前面章節(jié)所述的開發(fā)者工具獲得的。因為模型基礎需要更大范圍的3D功能性操作，包括裝配的生成，所以選用它來加以說明。
6.1 每個模塊的要求應用框架和所需要的條件
對于識別開發(fā)工作，專門設定了一個應用框架發(fā)展的工作鑒定。圖3說明了基于Windows用戶的模型基礎模塊的詳細情況，在每個模件里的詳細要求討論如下：
圖3 注塑模具基礎設計中的應用概述
6.1.1 Windows NT的用戶界面（A）
模型基礎設計是一個反復的過程。模型設計者首先從目錄中選擇了一個標準模型，然后對模型的尺寸進行修改，直到所有的條件都得以滿足。因此，為了這個目的有必要考慮使用交互式用戶界面。使用VC++和MFC來開發(fā)基于Windows的界面，它包括：
<1>菜單條欄目、菜單項和工具條按鈕的創(chuàng)建、顯示和管理，以便更方便地進行應用的功能性操作。
<2>引導用戶或獲得用戶輸入的對話框的創(chuàng)建、顯示和管理。
<3>顯示區(qū)域內(nèi)各種視角的創(chuàng)建、顯示和管理。
<4>鼠標的拖動作用。
<5>對每個功能的順序操作設計。
應用之后的結(jié)果如圖4中所示，它是一個典型的基于Windows用戶的界面。
圖4 基于Windows的界面
6.1.2 3D開發(fā)者設置層（B）
對基于3D模型基礎設計的要求進行分析，然后識別一下即將開發(fā)的模塊?；?D模型基礎設計的要求如下：
<1>創(chuàng)建初始模型（例如矩形，圓柱，圓錐）
<2>創(chuàng)建圓角和倒角
<3>進行布爾運算：并集和差集
<4>變換操作：變換和旋轉(zhuǎn)
<5>對象屬性的管理，諸如名字和顏色
<6>創(chuàng)建引用特征
<7>創(chuàng)建總裝配和子裝配
因為以上這些應用不是那么的廣泛，所以可以開發(fā)一個基礎建模集。有了單個模塊的詳細開發(fā)情況，就可以給開發(fā)者設置層添加更多的功能。每個模塊的全部要求條件將在以后的章節(jié)加以說明。
（1）3D建模和裝配
一個模型基礎基本上是很多組件的集合，諸如鍵和螺絲。為了使模型基礎設計變得容易，設計者必須必須提供一個事先準備好的模型基礎庫。通過選擇特別的尺寸，可以生成一個標準的模型基礎件。為了使這些變得容易，識別和開發(fā)了基于3D的功能庫，該功能與前面6.1.2所提及到的要求條件相對應。正因為該編碼是面向?qū)ο蟮模谛枰臅r候，它們很容易被延伸以適應其它模型設計模塊。
（2）3D視圖的可視化
使用圖表的輸出和作為圖表界面的OpenGL所提供的功能共同來為3D的實體操作開發(fā)投影和視圖變換等諸多功能。它們包括：
<1>用所選擇的顏色給3D零部件著色（圖6）
<2>用所選擇的顏色給3D裝配體著色（圖7和圖8分別用陰影和線框的模式給3D裝配體加以顯示）
<3>用所選擇的顏色在屏幕上給其它3D實體著色
<4>在模型基礎裝配中用不同顏色分別給單個組件著色
<5>交互式視圖變換（諸如旋轉(zhuǎn)，變換和縮放）
<6>裝配樹顯示和操作
圖6 B腔板塊
圖7 Hoppt 的兩板基礎模具
圖8 標準化的底部的螺絲尺寸
（3）3D數(shù)據(jù)管理
開發(fā)獨立應用程序的好處之一就是它的輕便性，所以采用最大的輕便性打開的形式是很重要的，因此，以原先的Parasolid文件形式（.xmtFtxt）來代替新的文件形式。一個模型基礎件的數(shù)據(jù)管理要求包括如下內(nèi)容：
<1> 打開，保存，另存為和關閉Parasolid零件文件
<2> 打開，保存，另存為和關閉Parasolid裝配文件
<3> 輸入和輸出零件文件
6.1.3 模型基礎模件（C）
為了促進標準模型基礎組件的自動生成，系統(tǒng)必須提供一個模型基礎零部件庫，其尺寸大小取決于目錄中的標準值。為是設計容易進行，需對這些尺寸進行順序修改，這個模件詳細情況將在第6.2部分進行討論。
6.1.4 數(shù)據(jù)庫支持（D）
一個標準模型基礎件需要用將近100個參數(shù)來對單個組件的尺寸和位置進行完全描述。這些參數(shù)的大部分都是相互聯(lián)系的并且可以從其它數(shù)據(jù)庫中獲得。因此，一個數(shù)據(jù)庫文件需要被用來存儲基于目錄的標準模型基礎件的參數(shù)。Microsoft Access 數(shù)據(jù)庫形式被使用在MFC里進行直接存儲數(shù)據(jù)庫文件。在MFC里使用數(shù)據(jù)存取對象（DAO），一套被用作抽取和管理數(shù)據(jù)庫相關參數(shù)的功能。
6.2 模型基礎設計的發(fā)展
模型基礎模件由三個主要部分組成，即，模型基礎組件生成、模型基礎裝配生成、模型基礎類選擇和自定義模件。第四個部分被稱作為模型基礎參數(shù)管理，也是被用來開發(fā)為應用提供數(shù)據(jù)支持。這些已經(jīng)在圖表5中說明了，注射模設計的開發(fā)部分的細節(jié)內(nèi)容討論如下：
圖5 模具的基礎模塊的細節(jié)
（1）零部件庫的生成
有了3D開發(fā)者設置層的支持，就可以使有模型基礎的標準組件部件被創(chuàng)建和存儲在組件庫中。通過規(guī)定合適的尺寸，這些組件部件可以被生成而且可以被模型基礎裝配生成器所使用。
（2）裝配生成器
使用3D圖層設置并將組件庫生成器各標準模型基礎集中并存儲在裝配庫中。當提供從數(shù)據(jù)庫中提取特定參數(shù)集時，由于它得到了特定的參數(shù)支持，所以特定的標準模具基礎裝配可以自動的生成。圖7顯示了組件庫生成器創(chuàng)建的“HOPPT”兩板模具。
（3）參數(shù)管理者
參數(shù)管理者將模型基礎應用模件和數(shù)據(jù)庫支持連接起來。當一個特定的標準模型基礎被選擇后，它的模型基礎裝配的相應參數(shù)已經(jīng)從數(shù)據(jù)庫中提取出來并且發(fā)送到組件庫生成器和裝配生成器中。圖8說明了通過交互式用戶界面對底部的螺絲尺寸的修改。
（4）模型基礎設計者
模型基礎設計者主要為兩個目的服務。首先，允許用戶選擇來自裝配生成器的標準模型基礎。其次，通過允許模型基礎設計者修改所選擇的模型基礎的尺寸來使模型基礎設計變得容易。該樣品代碼給那些模型基礎帶來生成功能。從圖9中我們可以注意到使用了許多代表模型基礎的參數(shù)的變量的功能。這是裝入那些零部件而生成各種各樣的模型基礎零部件庫。裝配生成器然后使用那些零部件和那些參數(shù)集來確定模型裝配基礎的創(chuàng)建，正如在3D開發(fā)者層設置外一樣，在樣本程序中又直接被叫作Parasolid功能。
圖9 模具基礎設計的樣品代碼
當今的模型基礎設計應用能夠?qū)崿F(xiàn)模具車間里注射模具基本設計所要求的所有功能。因為模型基礎是IMOLD模件中應用最廣泛的3D模型，所以它的成功開發(fā)意味著實現(xiàn)了一個完整的3D注射模設計和裝配應用的可行性。
7 結(jié)論
高級編程語言的發(fā)展已經(jīng)允許程序員用參數(shù)來從新使用編程代碼，該編程代碼存在于像微軟公司基礎類型那樣的對象里。這些強大的特征已經(jīng)使程序員從更多的編程標準函數(shù)的程序和建立用戶界面中分離出來了。它們先在能夠把精力集中在軟件的核心部分，從而增加生產(chǎn)效率。這導致發(fā)展獨立版本的軟件諸如CAE、計算機輔助設計和計算機輔助制造的可行性提高。不過目前，這種方法既是耗時長的又是技術要求高的。盡管如此，它還是可行的而且前景是非常好的。通過把幾種高級的開發(fā)工具結(jié)合起來，我們已經(jīng)設法增加了這些工具開發(fā)注射模設計的應用能力。迄今為止，只有模具設計工藝的前三個階段得以編碼，這給隨后設計模件的開發(fā)奠定了基礎。該方法也可以很容易的在包含標準組件設計的其它軟件中實施。這些包括夾具和固定設備設計、冷鑄、和產(chǎn)品生產(chǎn)自動化。
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