1、本科毕业论文（20 届）螺杆三维建模技术研究及数控加工技术研究所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文II摘 要三维建模是许多研究与应用领域的关键技术。通过建立正确的模型来描述和表现事物的各种属性，是现代科学探索事物本身发展、运行规律的一个普遍而且重要的方法。随着三维建模在各个领域研究与应用的不断扩大和深入 ,有必要对现有的建模方法进行细致的比较和探讨。三维建模技术在企业中的应用在 CAD 方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。从 20 世纪 80 年代开始，其中 CAD 二维绘图技术在企业应用情况较
2、好,经过四十多年的发展，已经有很大进步，虽然与发达国家还有很大的差距。对于数控加工来说，加工程序是非常必要的，它要确保加工刀具能够加工出合格的零件，所以，数控加工十分必要仿真验证。过去我们仿真验证一般用试切的方法来解决。这种检测方法可以直接地看出加工过程，故而实际生活中能满足程序检测的需求。随着科技的发展，这类检测方式不再适合：如加工精度满足不了现代工艺的要求，检测很繁琐时间太长， ；加工参数无法得到验证，这类成本加工太高等。所以，国内外各个专家学者在致力于研究可以代替这种老式方法的道路上不曾放弃。今天计算机件技术发展迅猛，科学家们已经探索出一种靠计算机来模拟数控加工的过程，本文研究的是基于
3、solidwork 的 Camworks 数控模拟加工，其优势是不用真正物理材料来试验、同时也不需要真正存在的机床设备，就可以模拟切削零件、检验数控程序，分析零件的可操作性和工序安排的合理性。这不仅仅能大大缩短零件的研发时间，使降低成本，保证零件加工精度。螺杆在许多方面都起着重要作用，所以研究其结构特点和加工方法显得尤为重要。有些小企业由于经济实力不足、技术人员缺乏,CAM 模拟加工技术还不能够完全应用到生产实践中。关键词: 螺杆；建模；加工方法；参数本科生毕业论文IIIAbstractThree-dimensional modeling technologies is the key in
4、many research and applications.Through the establishment of the correct model to describe and performance many properties of things, is a way of exploring the development and laws governing the operation of modern science.With the the expansion of three-dimensional modeling research and applications
5、 in various fields,we need make comparison and discussion of modeling, it is necessary to present a careful comparison of modeling methods and discussion. For NC, the processing procedure is necessary, it is to ensure that the machining tool can be done, therefore, CNC machining simulation is necess
6、ary .In the past we generally use simulation methods with test cut. This detection can see process directly. Therefore it meet the needs of testing procedures. With the development of technology. such detection methods are no longer suitable: such as long processing time; processing precision is not
7、 high; affect the surrounding environment; processing parameters can not be verified; processing costs enormous and so on.For this reason, many domestic and foreign researchers have been able to gradually replace the test of cutting simulation method.With the computer software and hardware technolog
8、y continues to evolve, the use of computer numerical control machining process simulation has become possible, this development of NC simulation system that can not consumed in the actual material, not the real case of machine tools, the part cutting processsimulation, numerical control inspection p
9、rograms,the machinability of parts and processes is reasonable.Can shorten the to meet the different needs of the structure of screw of sorts. Screw in many ways play an important role, the study of its structural features and processing methods is very important . Key words: Screw; modeling; proces
10、sing methods; parameters本科生毕业论文IV目 录前 言 .1第一章 螺 杆 .21.1 螺杆简介 .21.1.1 名词解释 .21.1.2 常用材料 .21.1.3 螺杆规格 .21.2 螺杆的结构分类 .31.2.1 等深变距螺杆 .31.2.2 等距变深螺杆 .41.2.3 变深变距螺杆 .41.3 螺杆作用分析 .51.4 螺杆国内外研究现状 .61.4.1 国外研究现状 .61.4.2 国内研究现状 .61.4.3 研究展望 .6第二章 螺杆结构参数与螺杆选用 .82.1 螺杆基本参数 .82.2 理论分析 .92.3 实例分析 .102.3.2 计量段槽深的影
11、响 .102.3.3 管路特性系数 W 的影响 .112.4 螺杆选用准则 .12第三章 螺杆建模方法 .133.1 螺杆结构及工作原理分析 .133.1.1 塑化螺杆机构分析 .133.1.2 注塑机螺杆工作原理 .133.2 平螺杆建模研究 .143.2.1 加料段 .143.2.2 压缩段 .17本科生毕业论文V3.3.3 均化段 .193.3 螺杆的拼装 .22第四章 锥螺杆建模方法研究 .234.1 尺寸位置草图 .234.2 空白螺杆 .234.3 螺杆区段 1 .234.3.1 单螺纹 .234.3.2 切除 .244.3.3 阵列螺纹 .244.4 锥螺杆其他段 .254.5
12、螺杆拼接 .274.5.1 建基准面 .274.5.2 各段拼接 .27第五章 加工方法研究 .295.1 传统加工方法 .295.1.1 铣切法 .295.1.2 切削法 .295.1.3 数控车床加工法 .295.2 CAMWorks 模拟加工 .295.3 两种加工方法特点对比 .345.3.1 传统螺杆加工方法的特点 .345.3.2 CAMWorks 模拟加工的特点 .35结 论 .36致 谢 .37参考文献 .38本科生毕业论文1前 言我国三维建模技术及模拟加工技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的 CAD/CAM 软件。现在，工作站
13、和微机平台 CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。 三维建模技术在企业中的应用在 CAD 方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。从 20 世纪 80 年代开始，其中 CAD 二维绘图技术在企业应用情况较好,经过四十多年的发展，与发达国家还有很大的差距。有些小企业由于经济实力不足、技术人员缺乏,CAM 模拟加工技术还不能够完全应用到生产实践中。论文主要研究注塑机螺杆，通过大学四年中所学的知识，包括机械设计及其制造、机械控制等基础理论知识，加强 AutoCAD、Solidworks、CAMworks 等 CAD/CAE/CAM
14、 软件的实际应用。使自己扎实基础理论知识；综合应用四年所学；加宽知识面；成为具有较强的实践能力、创新能力和分析问题、解决问题的能力合格大学毕业生。也为今后走上社会，能更快的适应自己的工作，并在自己的岗位上做出成绩打下基础。本文主要讨论了螺杆基本定义、性质 、结构参数，并研究了三维建模方法与CAMWORKS 模拟加工方法。了解传统的螺杆设计和加工技术方法，独立完成对螺杆 3D-CAD 快速设计技术的研究，包括模块划分，模块参数设定，快速拼装等方面的研究。独立完成对螺杆 CAM 加工技术的研究，包括工艺划分，刀具等工艺参数设定，加工模拟等方面的研究。 由于本人水平有限，本论文中定有不足与缺点，也不
15、免会出现错误，敬请广大老师提出宝贵意见。本科生毕业论文2第 1 章 螺 杆1.1 螺杆简介1.1.1 名词解释中文名称：螺杆英文名称：screw定义：利用本身的螺纹传递运动或动力的杆状机械零件分类：（单）挤出、 （单）注塑、 （锥双）挤出、 （平双）挤出、橡胶螺杆（销钉） 、多螺杆图 1.1（单）挤出螺杆 图 1.2（单）注塑螺杆 图 1.3（锥双）挤出螺杆图 1.4（平双）挤出螺杆 图 1.5 橡胶螺杆（销钉）1.1.2 常用材料当前我们国家比较常用螺杆材料有氨化钢、38CrMOAl、45 号钢、4 0Cr 等。 1）氮化钢、38CrMoAl 综合性能比较突出，应用也较为广泛。一般使用的氮化
16、层达到0406 毫米。但是这两类材料抗氯化抗氢腐蚀的能力比较弱，且价格较高。2）45 号钢价格便宜，加工性能好，使用较为广，但耐磨耐腐蚀性能差。 3）40Cr 的总体性能比 45 号钢好，但需要在上面镀上一层铬，以此来提高耐腐蚀耐磨损的能力。但由于对镀铬层的要求高，镀层很薄就相对容易磨损，太厚则容易剥落，剥落后反而加速腐蚀，比较难以控制，故目前应用较少。1.1.3 螺杆规格公制螺 纹 外径单位是以毫米表示的，如常用 4，8，10 ，16，18，20 等螺距都是是以毫本科生毕业论文3米为单位。英制螺纹外径单位是以英寸表示， （每英寸等于 25.4 毫米）如 3/16,5/8,1/4,1/2 等所
17、以用公制卡尺量外径读数通常是不规则的小数。 测量螺距时通常是把螺纹的牙尖在白粉笔上刻印，粉笔上的印由于比较清晰， 、测量方便。测公制螺距的方法是测量一段长度，如测固定长度 10，15 ，20 毫米等，然后数一下含多少牙，依此算出螺距。 以公制单位表示螺纹规格的为公制螺纹，如：M25。 以英寸单位表示螺纹规格的为英制螺纹，如：G1。 1.2 螺杆的结构分类根据塑料性质不同，螺杆被为通用型螺杆、渐变型螺杆、和突变型螺杆。通用型螺杆：通用型螺杆适应性比较强，可适应各种塑料的加工，这样就不要更换螺杆，有利于提高生产效率。渐变型螺杆：较长的压缩段，塑化时能量转换平稳，一般用于 PVC 等热稳定性差的塑料
18、。突变型螺杆：较短的压缩段，塑化时能量转换较剧烈，一般用于 PA、聚烯烃等结晶型塑料。根据螺杆对塑料的适应性，螺杆分为通用螺杆和特殊螺杆。通用螺杆也被称为常规螺杆，通常用于加工大多数低、中黏度的热塑性塑料，民用塑料和工程塑料等，是螺杆最常用且通用的形式，与其相应的就有了特殊螺杆，顾名思义是用来加工用普通螺杆难以加工的塑料。按螺杆几何形状结构，螺杆被分为常规螺杆和新型螺杆，常规螺杆即是三段式螺杆，是螺杆的基本形式；新型螺杆形式则种类繁多，如分流型螺杆、波状螺杆、分离型螺杆、无计量段螺杆等。根据挤出机工作原理，螺杆要起到输送固体物料、压实并加热熔化物料，实现定温、定量、定压挤出熔融物料等作用，按其
19、螺纹升程和螺槽深度的变化可将普通螺杆分为一下三种形式：等深变距螺，等距变深螺杆，杆变深变距螺杆。1.2.1 等深变距螺杆图 1.2 等深变距螺杆等深变距螺杆顾名思义螺杆深度不变，螺距从加料段从开始至均化段末端是从宽逐渐变窄，具体形式如图 2.1 所示。主要优点是由于螺杆的螺槽等深，在加料口位置上的螺杆有足够的强度，有利于进一步增大螺杆转速来提高生产能力；因为变距，有利于设计较大的压缩比。但是由于均化段的螺槽深度较大，故在相同压缩比的情况下，熔料倒流问题比较严重；由于均化段螺槽深，均化作用也较差，机械加工较困难。一般只适合数控，现采用比较小。本科生毕业论文41.2.2 等距变深螺杆图 1.3 等
20、距变深螺杆D-螺杆外径 L-螺杆有效长度 L1-J 加料段 L2压缩断 L3-均化段 S螺距 e-法向棱宽 螺旋升角 H1加料段螺槽深度 H3均化段螺槽深度等距变深螺杆按其螺槽深度变化的快慢又可分为等距渐变螺杆和等距突变螺杆（1）等距渐变螺杆：等距渐变螺杆又有两种主要形式：一种是从加料段的第一个螺槽开始直至均化段的最后一个螺槽的深度是逐渐变浅；另一种是加料段和均化段是等深螺槽，在比较长的熔融段上，螺槽深度是逐渐变浅的。 （2）等距突变螺杆：等距突变螺杆指加料段和均化段的螺槽深度不变，在熔融段L2（11）Ds 处的螺槽深度突然变浅，槽深由加料段的最大深度突变至均化段的最浅深度。以上螺杆，相对于其
21、他形式的螺杆来说，加工制造容易，成本低；由于螺纹升程相等，物料与机筒的接触面积大，从外加热的热机筒上吸收的热量多，有利于固体塑料的熔融和能够均匀地压缩。塑化物料；加料段的第一个螺槽深度大，有利于进料，其缺点是不能用于压缩比大的小直径螺杆结构上，否则螺杆的强度受到影响。等距突变型螺杆用于加工热敏性的塑料，但目前很少使用，原因是在较短的轴向距离内，螺槽深度突变。由于工艺条件的改变，高聚物不一定刚好在这一位置完全熔融。因此，螺槽深度渐变的轴向长度目前多采用（35）Ds。1.2.3 变深变距螺杆图 1.4 变深变距螺杆变深变距螺杆是指螺槽深度和螺纹升程从加料段开始至均化段末端都是逐渐变化，即螺纹升程从
22、宽变窄，螺槽深度由深逐渐变浅，具体形式如图 1.4 所示。这类螺杆具有前两类螺杆的特点，可以得到较大的压缩比，但机械加工复杂，在一般情况下很少采用。 （适合数控）本科生毕业论文51.3 螺杆作用分析本文主要研究注塑机螺杆，注塑机的结构可分成注射部分和锁模部分两部分。注射部分就是是把塑料融化并将其注入模具型腔，锁模部分主要是控制模具开合、顶出制品等操作。注射部分可分为两种形式：活塞式和往复螺杆式。当今时代活塞式的注塑机己很少见， 往复螺杆式注塑机通过螺杆在加热机筒中的旋转，把固态塑料颗粒或粉末熔化并混合，挤入机筒前端空腔中，然后螺杆沿轴向往前移动，把空腔中的塑料熔体注入模具型腔中。塑化时，塑料在
23、螺杆螺棱的推动下，在螺槽中被压实，并接受机筒壁所传热量，加上塑料与塑料、塑料与机筒及螺杆表面摩擦生热，温度逐渐升高到熔融温度。熔化后的塑料被螺轩搅拌进一步混合，并沿螺槽进入机筒前部并推动螺杆后退。 注射部分与塑化相关的部件主要有：机筒、螺杆、止逆环、分流梭、射咀、法兰、加料斗等。同时，螺杆的旋转使固体床和机筒内壁之间的熔膜产生剪切作用，从而使熔膜和固体床分界面间的固体熔化。随着固体床的螺旋形向前推移，固体床的体积逐渐缩小，而熔池的体积逐渐增大。如果固体床厚度减小的速度低于螺槽深度变浅的速度，则固体床就可能部分或完全堵塞螺槽，使塑化产生波动，或者由于局部压由于各种塑料的熔融速度、熔体粘度、熔融温
24、度范围、粘度对温度及剪切速率的敏感程度、高温分解气体的腐蚀性、塑料颗粒间的摩擦系数差异很大，通常意义上的普通通用螺杆在加工某些熔体特性比较突出的塑料时会出现某一段剪切热过高的现象，这种现象般可通过降低螺杆转速得以消除。螺杆的螺纹头数对物料的作用也有很大影响。单头螺纹：用于啮合型的同向回转双螺杆，主要用于加工硬质聚氯乙烯；由于螺槽较深不适合于其它树脂。如果用于非啮合的异向回转双螺杆上，因其没有自洁作用，功能上更像是单螺杆挤出机，适合于混炼。双头螺纹：有较深的螺槽，因此在单位长度上有较大的自由体积，在相同的螺杆转数下物料的平均剪切热比较低，混合作用柔和，当其在和三头螺纹相同的剪切应力和扭矩下工作时
25、，可以开到较高的转数；适合于混料，特别适于加工粉料、低松密度的物料、难于加入的物料、不需要高剪切力或者对剪切敏感、对温度敏感的物料。一般用于啮合同向回转型的双螺杆。三头螺纹：螺槽较浅，在相同螺杆速度下，物料比在双头螺纹中受到的剪切高。主要用于需要高剪切物料的加工。螺杆类型 说明单头螺纹深螺槽 加工硬 PVC，不适于普通树脂双头螺纹中等深度螺槽最适于混料，自洁性和高速挤出性优越，受热时间短，受热均匀。由于螺杆采用组合式，因此可以自由选择物料沿料筒所需的压力和温度分布。加料稳定；排气段表面更新效果好。啮合同向回转三头螺纹浅螺槽 同上啮合型 剪切作用强，适于加工 PVC，塑化均匀异向回转非啮合型 适用于混料，无自洁作用
