1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化椭圆辊制模具设计与模拟一、选题的背景与意义辊锻做为一种先进的塑性成形工艺方法，由于其据有高效、节材以及锻件制品精度高、模具寿命长等特点，越来越受到人们的重视。对于模具设计也由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。本文对于椭圆模具的设计进行数字化处理，使其适应于数控加工。为椭圆模具的设计和生产提供参考。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题21研究的基本内容1、了解各种辊制模具的相关背景知识；2、设计一种椭圆辊制模具，并对其轨线进行设计和
2、计算；3、能够在MATLAB中对计算的轨线进行再现；4、验证和确认轨线的正确性；22拟解决的主要问题椭圆型模具的内外轮廓的轨线因满足的要求及对其数学计算。三、研究的方法与技术路线研究方法用数学及相关运动学的知识对椭圆辊制模具的轨线进行设计并计算，并通过MATLAB对其进行模拟。验证轨线的正确性。课题的技术路线如下了解相关辊制模具设计椭圆模具轨线，并对其对其进行数学计算对轨线进行模拟再现MATLAB2四、研究的总体安排与进度1了解各种辊制模具的相关背景知识（2周）；2设计一种椭圆辊制模具，并对其轨线进行设计和计算（4周）；3能够在MATLAB中对计算的轨线进行再现（4周）；4验证和确认轨线的正确
3、性（1周）；5整理、撰写毕业论文（2周）。参考文献1田平,彭成允,邹强大变截面连杆辊锻制坯工艺技术发展现状J精密成形工程,2010,2265682王金吕,王高潮汽车前轴精制坯辊锻工艺及模具设计J模具制造,2005,93王学林锻造圆钢成型模具的改进J现代冶金,2009,3724ZHONGYICAIPRECISIONDESIGNOFROLLFORGINGDIEANDITSAPPLICATIONINTHEFORMINGOFAUTOMOBILEFRONTAXLESJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHNOLOGY,2005,168951015MKAZEMINEZHAD,AK
4、ARIMITAHERIATHEORETICALANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONONWIREFLATROLLINGPROCESSUSINGDEFORMATIONPATTERNJMATERIALSANDDESIGN,2005,2699103反复验证轨线的合理性3毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化椭圆辊制模具设计与模拟摘要本文主要介绍了辊制模具的相关结构知识，并设计一种椭圆辊制模具，使其可以将薄板辊制椭圆形状。对其轨线进行分析计算，使辊轮与椭圆之间的间隙始终保持定值，得出解析式，并通过MATLAB进行模拟进行校验，使其适合数控机床加工，满足模具的设计需要。关键字辊制模具设
5、计模拟1、前言11课题简介模具设计已由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。基于这种发展趋势，在此设计一种与单辊组合椭圆模具，便于一次性加工出椭圆形的金属件。并通过计算机模拟，校验其可行性。12辊锻的介绍辊锻（ROLLFORGING）是回转锻造（ROTARYFORGING）的一种这是近几十年将纵向轧制引入锻造业并经不断发展形成锻造新工艺，属于回旋压缩成形类的范畴。它比模锻具有更高的技术经济优越性，其特点为，所需工作载荷较小，生产效率高，材料消耗少，质量优越，劳动条件好。辊锻
6、是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。它是成形轧制纵轧的一种特殊形式。辊锻变形原理如图（1）所示。辊锻变形是复杂的三维变形。大部分变形材料沿着长度方向流动使坯料长度增加，少部分材料横向流动使坯料宽度增加。辊锻过程中坯料根截面面积不断减小。辊锻适用于轴类件拔长，板坯辗片及沿长度方向分配材料等变形过程。4图（1）辊锻变形原理辊锻可用于生产连杆麻花钻头扳手道钉锄镐和透平叶片等。辊锻工艺利用轧制成形原理逐步地使毛坯变形与普通模锻相比具有设备结构较简单生产平稳振动和噪音小便于实现自动化生产效率高等优点。2、研究现状学者戴如吉,王小飞1采用2道次体积分配辊锻模具和一
7、次头部压形模具,得到拉杆锻件的坯料形状与尺寸。成功地解决了辊锻道次的确定和型槽系的选择,模具设计等问题。学者李锦，汪莉，袁文生2应用VC作为开发工具，在MFC环境下，开发了一套较完善的辊锻模具设计软件。该软件可实现方便的辊锻零件输入、工艺分析计算、二维工程图的输出等功能。利用该设计软件，可极大的提高辊锻模具设计效率、缩短模具开发周期，降低模具开发成本，另外也为研究辊锻工艺提供了有力手段，具有很好的推广应用价值。学者田平，彭成允，邹强3通过严密的理论计算和专业CAE模拟，采用先进的工艺技术，能够制定优越的工艺方案。随着工业的迅速发展，各种型号连杆的数量日益增多。为了降低成本及提高质量，采用先进的
8、制坯成形辊制技术是一项行之有效地新途径。学者王金吕,王高潮4根据汽车前轴锻件的特点、技术条件与要求，分析了前轴辊锻工艺的难点，包括确定辊锻件图，选择毛坯尺寸，确定辊锻，典型截面特征孔型设计，计算前滑量并分析其对锻件长度的影响。并以NHR前轴为例，进5行了精密辊锻制坯工艺及模具设计的研究，设计出前轴制坯辊锻、预成型辊锻和终成型辊锻模具。学者向延平5采用750KG空气锤自由锻精确制坯、1000T摩擦压力机模锻、300T摩擦压力机热切边、100T油压机热冲孔、冷校正等组成生产线；在模具的设计和制坯锻造上，采用一些技巧，低成本开发、生产重型汽车制动板大型复杂模锻件的锻造生产工艺方法。学者王学林6根据锻
9、造圆钢成型模具的作用机理,对造成模具损坏、影响产品质量的原因进行分析，并且提出对成型模具进行改进。实现模具断裂、柱销弹簧损坏现象大大降低,锻圆的表面质量显著提高。学者唐余勇,张茂森7针对批量生产椭圆回转曲面精密模具的数控加工问题,给出了用平头铣刀三轴联动的加工方案和缜密的数学分析以及严格的数学证明,并给出了工具参数,加工行距以及加工数控进给量的整套计算模型,并用实例验证了方案的可行性和模型的可靠性,为此类精密椭圆回转面批量生产的模具的制造提供了全面的参考。还有很多学者对辊制模具进行了相关的研究，他们是ZHONGYICAI8,MKAZEMINEZHAD,AKARIMITAHERI9,赵丽娟,邵欣
10、,刘杰,张佐10,易兴斌,李瑞华11,李发泽,胡钢墩,刘大铭12,郭转林,张宏强,刘战英13,张殿华,王鹏飞,王军生,刘佳伟14,孙蓟泉王向荣15,张建平,张红,伟韩军16,杨金岭17,郭阳春18等。他们的研究成果对本文提供了很多的参考意义。、小结综上所述，辊锻做为一种先进的塑性成形工艺方法，由于其据有高效、节材以及锻件制品精度高、模具寿命长等特点，越来越受到人们的重视。特别是随着近几年我国制造业的迅速发展，辊锻技术的应用也越来越普遍。而对于椭圆型的板坯，通常的辊锻机很难实现自动化生产。因此需要进行适当的改进。因此本课题的研究意义在于设计一类辊锻类模具，来改进椭圆类板坯生产的自动化程度。而设计
11、的结果用数学建模的方式进行反复校验，以得到合理的结果。另外，对于模具设计已由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，6缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。因此，对于椭圆模具的设计也要趋于数字化，要使其适应于数控加工。适应数控加工的前提是将模具的各个形状特性数字化。这就需要对模具的工作特性以及其因具有形状特性进行数字化处理。参考文献1戴如吉,王小飞拉杆锻件的辊锻制坯工艺研究与开发J精密成形工程2010,2353562李锦，汪莉，袁文生MFC环境下辊锻模具软件开发JCMET锻压装备与制造技术2005,53田平，彭成
12、允，邹强大变截面连杆辊锻制坯工艺技术发展现状J2010,2365684王金吕,王高潮汽车前轴精制坯辊锻工艺及模具设计J模具制造200595向延平汽车制动板的锻造工艺与模具J机械工人2008,96王学林锻造圆钢成型模具的改进J现代冶金2009,3727唐余勇,张茂森椭圆回转面模具制造三轴联动数控加工模型研究J黑龙江大学自然科学学报2005,2238ZHONGYICAIPRECISIONDESIGNOFROLLFORGINGDIEANDITSAPPLICATIONINTHEFORMINGOFAUTOMOBILEFRONTAXLESJJOURNALOFMATERIALSPROCESSINGTECHN
13、OLOGY,2005,168951019MKAZEMINEZHAD,AKARIMITAHERIATHEORETICALANDEXPERIMENTALINVESTIGATIONONWIREFLATROLLINGPROCESSUSINGDEFORMATIONPATTERNJMATERIALSANDDESIGN,2005,269910310赵丽娟,邵欣,刘杰,张佐弯辊系统在四辊轧机辊缝控制中的应用研究J现代制造工程2006,11717311易兴斌,李瑞华两辊锥形辊穿孔机的特点和轧制压力计算J钢铁技术2010,1323612李发泽,胡钢墩,刘大铭两辊压延机厚度模糊PID控制系统设计与仿真J宁夏大学学报
14、2010,31215215413郭转林,张宏强,刘战英立辊调宽控制钢板平面形状控制的模拟研究J河北理工大学学报2009,3134548714张殿华,王鹏飞,王军生,刘佳伟UCM轧机中间辊横移控制模型与应用J钢铁2010,452535715孙蓟泉,王向荣板带轧机辊缝影响因素与板形的关系J鞍钢技术2007,31516张建平,张红,伟韩军板形辊在铝箔板形控制中的应用J中国西部科技2009,81517杨金岭基于UGNX的锻造模具设计和制造技术J模具技术2008,5495118郭阳春椭圆截面异形轴专用模具J金属加工2010,12578本科毕业论文（20届）椭圆辊制模具的设计与模拟摘要对于模具设计已由经验
15、设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技9术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。因此，对于椭圆模具的设计也要趋于数字化，要使其适应于数控加工。基于此目的，本文开始展开研究。本文主要研究的是椭圆型辊制模具的设计过程。首先，本文介绍了辊锻的相关特点以及本文的设计思路。其次，本文在初步设计的基础上对模具进行几何关系的分析与计算，从而验证模具结构设计的合理性。基于本文设计的模具加工采用的是辊锻模式，故其外轮廓是标准的椭圆形状。本文先分析当内部的轨迹槽同样也是椭圆的情况下，模具的工作状况，它在运动过程中会使外圆柱与椭圆模具的轮
16、廓发生干涉。故内部的轨迹槽不能是椭圆，于是，进行内部轨迹槽的设计与研究。研究发现内部的轨迹槽需要根据工作情况来确定其形状，即为非标准的图形。最后，运用MATLAB软件画出相对精确地模具工作的各个关键曲线轨迹，运用VB软件绘图，并从中调出相关的轨迹参数，方便用户的数控设计。同时模拟模具加工的运动过程，展示出设计的模具结构和工作状况。关键词模具设计；MATLAB模拟；VB编程；椭圆模具。10ABSTRACTABSTRACTMOLDDESIGNHASBEENCHANGEDFROMEXPERIENCEDESIGNTOTHESTAGEOFTHEORETICALCALCULATIONSANDCOMPUTE
17、RAIDEDDESIGNDIRECTION,TECHNOLOGYHASBEENWIDELYUSEDINTOOLINGINDUSTRY,MAKETHEMOLDSTRUCTUREMORESCIENTIFICANDRATIONALSOTHEOVALMOLDDESIGNSHOULDTENDSTODIGITAL,TOMAKEITSUITABLEFORCNCMACHININGNOW,HEREISTHERESEARCHTHISPAPERISTHESTUDYOFELLIPTICDIEROLLSYSTEMDESIGNPROCESSFIRST,THISPAPERDESCRIBESTHERELEVANTCHARAC
18、TERISTICSOFROLLFORGINGANDDESIGNIDEASSECONDLY,INTHISPAPER,BASEDONTHEPRELIMINARYDESIGNOFTHEMOLDGEOMETRYANALYSISANDCALCULATIONS,WHICHVERIFIESTHERATIONALITYOFDIESTRUCTUREDESIGNASTHISDESIGNUSESAMOLDROLLFORGINGMODE,SOITSEXTERNALCONTOURISASTANDARDOVALSHAPETHISPAPERANALYZESTHETRAJECTORYOFTANKWHENTHEINTERNAL
19、SITUATIONISALSOELLIPTICAL,THEWORKINGCONDITIONSOFTHEMOLD,ITWILLMAKETHEPROCESSOFMOVEMENTOUTSIDETHECYLINDERANDTHEELLIPTICALOUTLINEOFTHEINTERFERENCEOFMOLDSOITCANTBEINSIDETHEOVALTRACKSLOTSTUDYFOUNDTHATTHETRAJECTORYOFTHEINTERNALSLOTNEEDTOWORKTODETERMINETHESHAPEFINALLY,IUSETHEMATLABSOFTWARETODRAWRELATIVELY
20、ACCURATECURVEOFTHEMOLDALLTHECRITICALPATHWORKTHEUSEOFVBSOFTWAREDRAWINGS,ANDFROMTHETRACKOFRECALLRELATEDPARAMETERS,DESIGNOFUSERFRIENDLYCNCSIMULTANEOUSLYSIMULATETHEMOVEMENTOFMOLD,DEMONSTRATINGTHEDESIGNOFTHEMOLDSTRUCTUREANDWORKINGCONDITIONSKEYWORDMOLDDESIGN；MATLABSIMULATION；VBPROGRAMMING；OVALDIE目录摘要811AB
21、STRACT10目录101绪论1311背景及意义13111辊制模具的介绍13112国内外研究现状14113应用的软件介绍15114设计的意义1612研究的基本内容17121研究方法和技术路线172设计与计算1921模具设计19211零件的要求19212加工方式的选择19213模具结构设计20214模型介绍与分析2122模具结构设计与分析23221模具的结构设计23222几何关系分析24223计算方案2523计算26231外圆柱圆心轨迹的计算26232内圆柱圆心轨迹的计算27233内部轨迹槽的计算27234计算小结283模具软件的编辑3031VB软件设计30311VB软件的特点30312软件设计
22、3132模具模拟334结论与展望3512参考文献36致谢错误未定义书签。附录37131绪论11背景及意义辊锻是一种先进的塑性成形工艺，由于其据有高效、节材以及锻件制品精度高、模具寿命长等特点，越来越受到人们的重视。对于模具设计也由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。本文主要是设计模具并对其进行数学计算，使其适应于数控加工。为椭圆模具的设计和生产提供参考。111辊制模具的介绍辊锻（ROLLFORGING）是回转锻造（ROTARYFORGING）的一种这是近几十年将纵向轧制引
23、入锻造业并经不断发展形成锻造新工艺，属于回旋压缩成形类的范畴。它比模锻具有更高的技术经济优越性，其特点为，所需工作载荷较小，生产效率高，材料消耗少，质量优越，劳动条件好。1上锻辊，2辊锻上模，3毛坯，4辊锻下模，5下锻辊图11辊锻变形原理辊锻是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。它是成形轧制的一种特殊形式。辊锻变形原理如图（11）所示。辊锻变形是复杂的三维变形。大部分变形材料沿着长度方向流动使坯料长度增加，少部分材料横向流动使坯料宽度增加。辊锻过程中坯料根截面面积不断14减小。辊锻适用于轴类件拔长，板坯辗片及沿长度方向分配材料等变形过程。辊锻可用于生产连
24、杆麻花钻头扳手道钉锄镐和透平叶片等。辊锻工艺利用轧制成形原理逐步地使毛坯变形与普通模锻相比具有设备结构较简单生产平稳振动和噪音小便于实现自动化生产效率高等优点112国内外研究现状学者戴如吉,王小飞1采用2道次体积分配辊锻模具和一次头部压形模具，得到拉杆锻件的坯料形状与尺寸。成功地解决了辊锻道次的确定和型槽系的选择，模具设计等问题。学者李锦，汪莉，袁文生2应用VC作为开发工具，在MFC环境下，开发了一套较完善的辊锻模具设计软件。该软件可实现方便的辊锻零件输入、工艺分析计算、二维工程图的输出等功能。利用该设计软件，可极大的提高辊锻模具设计效率、缩短模具开发周期，降低模具开发成本，另外也为研究辊锻工
25、艺提供了有力手段，具有很好的推广应用价值。学者田平，彭成允，邹强3通过严密的理论计算和专业CAE模拟，采用先进的工艺技术，能够制定优越的工艺方案。随着工业的迅速发展，各种型号连杆的数量日益增多。为了降低成本及提高质量，采用先进的制坯成形辊制技术是一项行之有效地新途径。学者王金吕，王高潮4根据汽车前轴锻件的特点、技术条件与要求，分析了前轴辊锻工艺的难点，包括确定辊锻件图，选择毛坯尺寸，确定辊锻，典型截面特征孔型设计，计算前滑量并分析其对锻件长度的影响。并以NHR前轴为例，进行了精密辊锻制坯工艺及模具设计的研究，设计出前轴制坯辊锻、预成型辊锻和终成型辊锻模具。学者向延平5采用750KG空气锤自由锻
26、精确制坯、1000T摩擦压力机模锻、300T摩擦压力机热切边、100T油压机热冲孔、冷校正等组成生产线；在模具的设计和制坯锻造上，采用一些技巧，低成本开发、生产重型汽车制动板大型复杂模锻件的锻造生产工艺方法。学者王学林6根据锻造圆钢成型模具的作用机理,对造成模具损坏、影响产品质量的原因进行分析，并且提出对成型模具进行改进。实现模具断裂、柱销弹簧损坏现象大大降低，锻圆的表面质量显著提高。学者唐余勇，张茂森7针对批量生产椭圆回转曲面精密模具的数控加工问15题，给出了用平头铣刀三轴联动的加工方案和缜密的数学分析以及严格的数学证明，并给出了工具参数，加工行距以及加工数控进给量的整套计算模型，并用实例验
27、证了方案的可行性和模型的可靠性，为此类精密椭圆回转面批量生产的模具的制造提供了全面的参考。还有很多学者对辊制模具进行了相关的研究，他们是ZHONGYICAI8,MKAZEMINEZHAD,AKARIMITAHERI9,赵丽娟，邵欣，刘杰，张佐10，易兴斌，李瑞华11，李发泽，胡钢墩，刘大铭12，郭转林，张宏强，刘战英13，张殿华，王鹏飞，王军生，刘佳伟14，孙蓟泉，王向荣15，张建平，张红，伟韩军16，杨金岭17，郭阳春18等。他们的研究成果对本文提供了很多的参考意义。综上所述，辊锻作为一种先进的塑性成形工艺方法，由于其据有高效、节材以及锻件制品精度高、模具寿命长等特点，越来越受到人们的重视。
28、特别是随着近几年我国制造业的迅速发展，辊锻技术的应用也越来越普遍。而对于椭圆型的板坯，通常的辊锻机很难实现自动化生产。因此需要进行适当的改进。因此本课题的研究意义在于设计一类辊锻类模具，来改进椭圆类板坯生产的自动化程度。而设计的结果用数学建模的方式进行反复校验，以便进行数控加工。113应用的软件介绍首先，应用的是MATLAB软件。MATLAB是由美国MATHWORKS公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的
29、众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、FORTRAN）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和MATHEMATICA、MAPLE并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完
30、成相同的事16情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像MAPLE等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。其次，应用的是VB60软件。VB的程序是一种基于窗体的可视化组件安排的联合，并且增加代码来指定组建的属性和方法。因为默认的属性和方法已经有一部分定义在了组件内，所以程序员不用写多少代码就可以完成一个简单的程序。过去的版本里面VB程序的性能问题一直被放在了
31、桌面上，但是随着计算机速度的飞速增加，关于性能的争论已经越来越少。窗体控件的增加和改变可以用拖放技术实现。一个排列满控件的工具箱用来使用可用控件（比如文本框或者按钮）。每个控件都有自己的属性和事件。默认的属性值会在控件创建的时候提供，但是程序员也可以进行更改。很多的属性值可以在运行时候随着用户的动作和修改进行改动，这样就形成了一个动态的程序。在文本框中的文字改变事件中加入相应的代码，程序就能够在文字输入的时候自动翻译或者阻止某些字符的输入。VB的程序可以包含一个或多个窗体，或者是一个主窗体和多个子窗体，类似于操作系统的样子。有很少功能的对话框窗口（比如没有最大化和最小化按钮的窗体）可以用来提供
32、弹出功能。VB的组件既可以拥有用户界面，也可以没有。这样一来服务器端程序就可以处理增加的模块。VB使用引用计数的方法来进行垃圾收集，这个方法中包含有大量的对象，提供基本的面向对象支持。因为越来越多组建的出现，程序员可以选用自己需要的扩展库。和有些语言不一样，VB对大小写不敏感，但是能自动转换关键词到标准的大小写状态，以及强制使得符号表入口的实体的变量名称遵循书写规则。默认情况下字符串的比较是对大小写敏感的，但是可以关闭这个功能。114设计的意义辊锻作为一种先进的塑性成形工艺方法，由于其据有高效、节材以及锻件制品精度高、模具寿命长等特点，越来越受到人们的重视。特别是随着近几年我国制造业的迅速发展
33、，辊锻技术的应用也越来越普遍。对于模具设计已由经验设计阶段向理论计算和计算器辅助设计方向发展，技术广泛用于制模业，使模具结构更趋科学合理，大大提高了模具加工精度，缩短17了模具设计加工周期，减少了产品开发时间。因此，对于椭圆模具的设计也要趋于数字化，要使其适应于数控加工。适应数控加工的前提是将模具的各个形状特性数字化。这就需要对模具的工作特性以及其因具有形状特性进行数字化处理。本文将非标准的椭圆辊制模具的各个参数进行数字化处理，以便使用数控机床生产。12研究的基本内容本课题研究的对象主要是厚度在5MM以下的椭圆套板，如下图12、图13所示。图12椭圆零件图13椭圆零件的零件图本论文主要介绍了一
34、下几点1、介绍了辊制模具的特点；2、设计一种椭圆辊制模具，并对其轨线进行设计和计算；3、能够在MATLAB中对计算的轨线进行再现；4、运用VB编写成软件，方便用户使用；5、验证和确认轨线的正确性；121研究方法和技术路线研究方法用数学及相关运动学的知识对椭圆辊制模具的轨线进行设计并计算，并通过MATLAB对其进行模拟。验证轨线的正确性，编写软件再导出相关参数方便客户使用。18技术路线图如下图14技术路线图介绍相关辊制模具的特点设计椭圆模具轨线，并对其对其进行数学计算对轨线进行模拟再现MATLAB进行数学分析，VB编写软件验证轨线的合理性模拟出模具的模型并能导出其中的参数，方便客户使用192设计
35、与计算21模具设计211零件的要求设计的零件类型为薄板类零件，其截面为椭圆环形。大环尺寸参数为椭圆长轴半径163MM，短轴半径123MM，厚度为3MM。图21零件图212加工方式的选择毛坯选用低碳钢板，采用塑性材料的加工方式锻压成型。滚压成型工艺主要是靠材料的塑性移动滚压加工成各种形状复杂的轴杆、阀门芯和特殊紧固件等产品。滚压变形是线接触，连续逐步地进行，所需变形力较小，一个行程可生产一个或几个工件。滚压成型工艺和切削、磨削工艺相比，它不仅生产效率高、节约材料，而且产品强度高、质量稳定，这种工艺特别适于加工的特长短难于切削的工件，尤其对年产上百万件大批量的产品，采用滚压成型工艺最为有利，经济效
36、益也最为可观。滚压成型的工作原理是一个活动丝板同一个固定丝板作相对往复运动的的过程。滚压成型是把丝板上不同的结构形状滚压在工件上。根据需要可滚压出各种螺纹、凸环、滚花、端部倒角和深浅宽窄不一的沟槽以及其它需要的形状。20213模具结构设计图22模具示意图1轨迹槽，2椭圆模具外轮廓，3卡板槽，4内圆柱，5外圆柱，6固定杆，7滑块，8板料图23模具的截面图模具2不具有平动能力，只能绕着转轴O进行转动。内圆柱、外圆柱固定在固定杆6上，同时可以进行自转。固定杆6上套了一个滑块7（滑块7是固定的）固定杆在滑块7的限制下，只能在水平方向上进行来回滑动。卡板槽3用来将板料固定在模具表面，确保能生产出模具设计
37、的零件。工作时，板料一端固定在卡板槽3，使板料能够紧紧地贴在模具表面上。模具2绕着轴O逆时针转动，于此同时，内圆柱4和外圆柱5在轨迹槽1和滑块721的限制下做水平方向上的平动。板料在模具外轮廓2和外圆柱5的挤压下，紧紧地贴在了模具上。工作一周后能生产出预定的零件。214模型介绍与分析首先，模具要求是适用于生产椭圆套。由于模具的目标零件是椭圆型的截面，且模具的外轮廓也是椭圆型的截面，因此我首先尝试一下将轨迹槽设计成椭圆形。下面我们做个试验。当轨迹槽1为椭圆时，根据各个初始条件，模具在运行过程中就会出现干涉，从而导致模具卡死现象，如下图24所示。图24干涉现象分析由图可知，当外圆柱5滚动到X的位置
38、的时候，模具表面与外圆柱5就开始接触，之后就发生干涉。这在实际的工作中表现出来就是出现机器卡死现象。显然，当内部的轨迹槽也是椭圆的时，模具是无法正常工作的。因此，内部的轨迹槽必须要加以修改。然后，试着来分析一下，在不同参数的椭圆模具下，干涉情况会有什么样的变化。当长轴/短轴（A/B）1时，干涉现象就会消失。X22图25图26当长轴/短轴（A/B）11时图27当长轴/短轴（A/B）12时图28当长轴/短轴（A/B）13时图29当长轴/短轴（A/B）14时图210当长轴/短轴（A/B）15时从上述分析，可以看出，当长轴与短轴的比值越大时干涉现象越明显。因此要对内部的轨迹进行重新的设计与计算。23最
39、后，根据零件的尺寸形状要求，确定易知的零件尺寸。设计模具的尺寸初定为椭圆长轴半径A160MM，短轴半径B120MM，外圆柱截面半径R40MM，内圆柱截面半径R5MM，内外圆柱圆心距D60MM。22模具结构设计与分析221模具的结构设计根据模具的设计思路，设计模具的工作过程如图211所示。1轨迹槽，2椭圆模具外轮廓，3卡板槽，4内圆柱，5外圆柱，6固定杆，7滑块，8板料。图211模具横向截面图转轴O、内圆柱4的圆心和外圆柱5的圆心始终保持在同一水平线上。模具2不具有平动能力，只能绕着转轴O进行转动。内圆柱、外圆柱固定在固定杆6上，同时可以进行自转。固定杆6上套了一个滑块7（滑块7是固定的）固定杆
40、在滑块7的限制下，只能在水平方向上进行来回滑动。卡板槽3用来将板料固定在模具表面，确保能生产出模具设计的零件。工作时，板料一端固定在卡板槽3，使板料能够紧紧地贴在模具表面上。模具2绕着轴O逆时针转动，于此同时，内圆柱4和外圆柱5在轨迹槽1和滑块7的限制下做水平方向上的平动。板料在模具外轮廓2和外圆柱5的挤压下，紧紧地贴在了模具上。工作一周后能生产出预定的零件。24AK为模具外表面在K点处的法线，R1为AK的距离，为AK与水平线的夹角，为AO的与水平线的夹角。图212工作过程分析由于上述分析可知，如果内部的轨迹槽是标准的椭圆，则当椭圆模具由B位置转到A位置的过程中，AK的距离R1不断地在减小。即
41、毛坯会受到挤压，最终导致机器卡死，如图212所示。因此，为了使机器能正常的工作并且顺利的加工出零件，应该始终保证R1R板的厚度。而保证R1的关键在于轨迹槽1（它是一个非标准的图形），接下来就是需要对轨迹槽1进行分析与计算。222几何关系分析AK为模具外表面在K点处的法线，R1为AK的距离，为AK与水平线的夹角，为AO的与水平线的夹角。图213模具正常工作时的截面图25截取模具加工零件时的一个工作状况，如图16所示。为保证零件的板厚始终为1MM，故AK的距离R1应该等于外圆柱半径加1MM。由椭圆的性质可知，只有椭圆与坐标轴的交点处的法线才会过坐标中心O。因此，当模具工作到图示位置时，AK与OA必
42、定会形成一定的角度，且角度是随工作的位置的改变而改变的。当运动到坐标轴上时，他们才会重合。同理，对于内部的轨迹槽与内圆柱也有同样的关系，即OC与CH仅在运动到坐标上时才会重合，在图示位置，他们就会形成一定的角度。同样，角度是随着工作位置的改变而改变。这样一来，内外圆柱圆心的轨迹就无法轻易得出，而且轨迹槽的运动轨迹又与内圆柱的圆心轨迹息息相关。这在计算轨迹槽的过程中又增加了一定的难度。223计算方案上述的问题中，椭圆模具的外形尺寸都是已知的，或者可以轻松地计算得出。如椭圆模具的外轮廓的几何尺寸是已知的，用极坐标表示为COSAXSINBY。由221的分析可知，外圆柱圆心的轨迹（XA，YA）可以通过
43、（X，Y）的坐标求得，进而可以利用轨迹（XA，YA）来求内圆柱的圆心轨迹（XC，YC）。但是，轨迹槽却没有给出明确的几何关系。因此，解决上述难点的关键在于如何计算内出模具内部的轨迹槽1的几何尺寸。观察模具的工作过程，轨迹槽其实就是内圆柱的所扫过的痕迹，如图214所示。因此，内圆柱与轨迹槽必定相切。于是关键就在于求内圆柱与轨迹槽的切点。图214轨迹槽分析26在此，运用微积分的原理，将轨迹槽微分，求出每一处微分区间的斜率。在依据这斜率求出轨迹槽的轨迹。（斜率的求法微分点与前一点构成的斜率和微分点与后一点构成的斜率的平均值，来近似等于该微分点的斜率。）在MATLAB中绘制非标准型的图案，本文采用的是
44、四个象限单独绘制。由于在计算过程中有微分近似，因此，在绘制中采用步进的方法，逐个描绘出各个点的位置。最后绘制出模具的整体图像。23计算231外圆柱圆心轨迹的计算图215外圆柱圆心根据设计要求，圆A与椭圆表面始终要保持一个毫米的距离，即R1R141MM。线段AB为椭圆的法线，故有几何关系可以得到，线段AB的斜率KNASIN/BCOS，即NARCTANK。故由B点轨迹即可求得A点的轨迹为R1COSACOSXAR1SINBSINYA27232内圆柱圆心轨迹的计算由于外圆圆心A、内圆圆心C以及坐标原点O三点是在一条直线上的，如图216所示。故此可得图216内圆柱圆心YXARCTANAA直线AC的距离为
45、D，解得C的坐标为DCOSXXACDSINYYAC233内部轨迹槽的计算图217轨迹槽的计算28由于直接计算内部的近似椭圆轨迹G比较复杂，故采用近似的方法来计算。画椭圆的方法是采用步进画点的方法逐个画出来的，只要每一次的进给量足够小，那么近似值的误差即可忽略不计。设D、E、F分别为轨迹L上相邻的三个点，如图217所示。用ED、FD的斜率平均值来近似为D点的切线斜率。由此可以由C点的轨迹求得轨迹G。计算过程如下X/XYYKDEDEEDX/XYYKFDFDDF/2KKKDFEDDCDKKCK1/ARCTAN内轨迹槽的大圆轨迹GRCOSXXCGRSINYYCG同理内轨迹槽的小圆轨迹HRCOSXXCH
46、RSINYYCH234计算小结依据上述计算式子，可以在坐标系的第一象限中得出模具的几条重要的曲线的轨迹。把他们在MATLAB中绘制图形如下（程序见附录）。最外面的是外圆柱圆心的轨迹，第二层是模具的外轮廓轨迹，里面的则是轨迹槽和内圆柱的截面。29图218MATLAB绘制部分图样同理，可以计算出另外三个象限的公式，即可以得出完整的模具运行轨迹。把他们在MATLAB中绘图，如下图所示图219MATLAB分析图根据上述计算结果，在MATLAB中绘制出的图像显示（图中外围的圆是指外圆柱在不同时刻留下的轨迹）。在模具运行过程中，外圆柱始终与模具表面保持着固定的距离。这与起初设计的目的相符合。303模具的软
47、件的编辑31VB软件设计由于本文所设计的模具是为了方便用户进行实际的生产使用，因此，考虑到用户方便使用的情况下，需要设计相应的软件。方便其获取模具的各项数据。311VB软件的特点1面向对象。VB采用了面向对象设计思想，它基本思路是把复杂的设计问题分解为多个能够完成独立功能且相对简单的对象集合。所谓“对象”就是个可操作实体如窗体、窗体中命令按钮、标签、文本框等，面向对象编程就是指程序员可根据界面设计要求，直接在界面上设计出窗口、菜单、按钮等类型对象并为每个对象设置属性。2事件驱动。在WINDOWS环境下是以事件驱动方式运行每个对象的都能响应多个区别事件，每个事件都能驱动段代码事件过程，该代码决定
48、了对象功能。通常称这种机制为事件驱动的编程机制。可由用户操作触发，也可以由系统或应用触发例如单击个命令按钮就触发了按钮CLICK单击事件，该事件中代码就会被执行，若用户未进行任何操作未触发事件，则就处于等待状态整个应用就是由彼此独立事件过程构成。3软件SOFTWARE集成式开发。VB为编程提供了个集成开发环境，在这个环境中编程者可设计界面、编写代码、调试直至把应用编译成可在WINDOWS中运行的可执行文件，并为它生成安装VB集成开发环境，为编程者提供了很大方便。4强大数据库访问功能。VB利用数据CONTROL控件可以访问多种数据库。VB60提供ADOCONTROL控件，不但可以用最少代码实现数
49、据库操作和控制，也可以取代DATACONTROL控件和RDOCONTROL控件。5支持对象链接和嵌入技术。VB核心是对对象链接和嵌入OLE技术的支持。它是利用OLE技术能够开发集声音、图像、动画、字处理、WEB等对象于一体的功能强大的软件。6多个应用向导。VB提供了多种向导，如应用向导、安装向导、数据对象31向导和数据窗体向导。通过它们可以快速地创建区别类型、区别功能应用。7支持动态交换、动态链接技术。通过动态数据交换DDE编程技术，VB开发应用能和其他WINDOWS应用间建立数据通信，通过动态链接库技术在VB中可方便地用C语言或汇编语言编写，也可WINDOWS应用接口API。312软件设计鉴于VB软件的特点，能够满足本课题的设计要求。因此，编写软件如下首先，确定需要设定的参数个数，以及需要输出地数据是何种类型，在软件中有几种运算方式（即需要几个控制按钮）等等。上一章已经明确指出，本课题已知的参数有如下几个椭圆轮廓的长轴半径A，椭圆轮廓的短轴半径B，外圆柱的截面半径R，内圆柱的截面半径R，内外圆柱圆心距D。其次，本文主要是对椭圆辊制模
