輪胎模具設計說明書

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. 本科生畢業(yè)論文（設計） 題 目： 子午線輪胎模具設計 專業(yè)代碼： 機械制造及其自動化 作者姓名： 趙樹康 學 號： 201133011053 單 位： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 戴寶山 2013年5月17日 摘 要 模具是工業(yè)生產中使用廣泛的基礎工藝裝備、是國民經濟的基礎工業(yè)。隨著中國經濟的日益蓬勃發(fā)展和國際大形勢的整體前進，汽車的數量越來越多，各種私家車、工程車層出不窮，數量也以幾何倍數式發(fā)展，作為汽車上最易消耗品之一的輪胎的制造則顯得越來越重要。輪胎質量的好壞直接影響車的安全性、速度、動力、油耗等至關重要的要素，而輪胎的外形制作則直接取決于模具的使用，因此，模具的質量與工藝則顯示的尤為重要。由于對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的制造模具的方法不能夠滿足生產的需要，所以就促使了CAD/CAM技術在模具制造業(yè)中的應用，模具CAD/CAM 技術是先進制造技術的基礎和重要組成部分，正在向著集成化、網絡化、智能化的方向發(fā)展。 在模具廠增多，面臨的壓力逐漸增大的情況下，提高模具的質量成為了首當其沖的問題。其流程規(guī)范化，工藝標準化成為了一個不可阻擋的大潮流，只有流程與工藝有了標準后才不至于出現(xiàn)同規(guī)格型號輪胎有略微不一樣的情況，因為我們知道，一輛汽車四個輪胎如果差別超出了一個度那在安全系數等方面是極其危險的。所以我們需要制定統(tǒng)一流程化。標準化是很有必要的一個大趨勢。 課題首先對現(xiàn)在流行的CAD/CAM技術及其優(yōu)越性進行了簡單介紹，而UG是CAD/CAM軟件的代表，具有工程制圖、三維造型、機構分析、動畫仿真等強大功能，所以本文對UG的功能在模具制造中的應用進行了研究、分析。最后分別介紹了在CAD/CAM技術下模具制造的三大塊，結構、花紋以及刻字。 關鍵詞：輪胎花紋、側板刻字、CAD/CAM技術、輪胎結構、活絡模裝配 Abstract In recent years, with the rapid development of the automotive industry and a significant increase in car ownership, making cars increasingly close links with the peoples life, traffic safety issues are increasingly prominent. Increase in car accidents caused by the loss of life and property damage, have become a social problem that cannot be ignored. Automobile safety is very important. Automobile safety design as a whole takes into account, in the time of the accident to minimize the chance of occupant injuries, so the passive safety of vehicles and related equipment increased by the majority of the people of concern. So we need a special type of brake lights, more intuitive, more visual impact of the brake signal to remind the rear vehicle drivers identify emergency stop or slow brake in a timely manner, so as to more effectively reduce vehicle collision occurs. This device is designed by brake pedal travel, which make multiple high brake rear lanterns lit and extinguished one by one, its working principle is mainly driven by the brake pedal pressure sensors transmit electrical signals, by single-chip computer to receive and process signals, thus decided to connect or disconnect the brake lights set, multiple high brake rear lanterns lit and extinguished one by one, final warning reached the rear of vehicle drivers. Keywords： traffic safety; brake lights; pressure sensor; brakes and slow brake 目 錄 第1章 緒論 5 1.1 子午線輪胎簡介及其特點 1.2 模具CAD/CAM技術及其優(yōu)越性 1.3 UG/GRIP介紹 第2章 子午線輪胎模具結構設計和裝配 6 2.1 模具結構設計要求 2.1.1子午線輪胎模具結構設計技術要求 2.1.2 模具的選材 2.1.3 模具的設計特點和要求 2.1.4 模具的精度和粗糙度要求 2.2 活絡模的裝配 2.2.1 建立活絡模零部件三維模型 2.2.2 裝配過程 2.3 本章小結 8 第3章 子午線輪胎模具花紋設計 9 3.1 子午線輪胎的花紋 3.1.1 胎面花紋的組成與作用 3.1.2 對胎面花紋的要求 3.1.3 胎面花紋的類型 3.1.4 花紋溝深度 3.2 子午線輪胎花紋的造型 3.2.1 編程實現(xiàn)曲線的空間轉換 3.2.2 由空間曲線生成三維實體 3.3 子午線輪胎的模具造型 3.3.1 輪胎造型 3.3.2 模具造型 第4章 子午線輪胎模具側板刻字 4.1 輪胎側板刻字的簡單介紹 4.2 Master cam Mill v8在輪胎側板刻字中的應用 4.2.1 Master cam Mill v8軟件簡單介紹 4.2.2 Master cam Mill v8的功能 4.2.3 Master cam Mill v8的優(yōu)越性 4.3 子午線輪胎刻字設計流程 4.3.1 子午線輪胎側板排字 4.3.2 字體程序 致謝 參考文獻 21 . 第1章 緒論 1.1子午線輪胎簡介及其特點 子午線輪胎區(qū)別于斜交輪胎，，胎體簾線按子午線方向排列，子午線輪胎根據材料不同可以分為全鋼絲、半鋼絲和全纖維子午線輪胎三種類型。與斜交胎相比具有許多優(yōu)點：使用壽命長、滾動阻力小，油耗低、承載能力大、減震性好；子午線輪胎的缺點：輪胎胎側較薄、側向強度低，穩(wěn)定性能差、工藝復雜，生產成本高、不能與普通斜交胎用于同一輛汽車、嚴格保持出廠時輪胎要求的標準氣壓等 1.2 模具CAD/CAM技術及其優(yōu)越性 模具是把所需要的材料填充在他的型腔中，用來獲得需要的外部形狀和基本尺寸的工具。按照加工方式和加工所用材料的不同，模具分類有橡膠模具、粉末模具、壓鑄模具等等 模具的CAD和CAM技術是一項容易掌握的很高端的系統(tǒng)工種。是改變傳統(tǒng)模具的老舊的加工方法的一個技術。它用計算機軟件的形式作為加工工具，使加工編程的技術工人能進行加工設計和不斷優(yōu)化提高。模具的CAD和CAM技術的發(fā)展快，給產品的加工設計，制造和生產的水平的不斷的發(fā)展帶來了巨大提升，作為各種廠家不斷信息技術化，集成技術化、網絡技術化的最好的方面。近年來，模具的不斷提高的制造的加工生技術在我國和其他國家都已經得到了迅猛的提升。 經過幾十年的發(fā)展，CAD/CAM技術已經在生產中占據了主導地位，其代表軟件有UG、Mastercam Mill、CATIA ，他們有著優(yōu)越的設計、加工完備、計算準確、很強的實用性，可以從雙軸加工到以五軸聯(lián)動等不同的方式加工復雜的產品，減少了設計中的主觀誤差并利用了計算機各種優(yōu)點來優(yōu)化化方案，保證方案的可行性，同時使模具生產能夠實現(xiàn)高精度、高自動化、高效率。極大地降低了生產成本，給模具制造業(yè)帶來了巨大的經濟效益。 1.3 UG/GRIP介紹 大部分的廠商在引進了 CAD/CAM種種軟件之后在工作中發(fā)現(xiàn)，一般的CAD/CAM軟件的功能雖然解決了他們的大部分需求，但是許多專業(yè)問題，例如貫徹本公司的標準、專業(yè)的設計方法和算法、產品管理以及數據處理等方面，解決起來比較困難，會遇到不少麻煩，這就需要二次開發(fā)工具。 CAD/CAM軟件的本地化，把本企業(yè)的專業(yè)知識、專利、規(guī)范等，與通用的 CAD/CAM軟件集成，使之成為一個高效、易用的應用系統(tǒng)，可以說，這些應用系統(tǒng)就是他們研制新產品、參與市場競爭的法寶。 GRIP是 Graphics Interactive Programming的縮寫，即圖形交互語言，是 UG最主要的二次開發(fā)工具之一。由于 GRIP語言與 UG的緊密結合，以及它的簡單易學，被稱為面向工程師的語言。GRIP命令有三種表示方式： （1）陳述格式 例如，用兩個坐標點（0，0，0）和（10，0，0）生成一條直線，其陳述格式的 GRIP語句為： LN1=LINE/0，0，0，10，0，0 又例如，在直線 LN1的下方，作一條間距為1.0的平行線，其陳述格式為： LN=LINE/PARLEL，LN1，YSMALL，1.0 其中：LINE為主詞，PARLEL1，YSMALL為輔詞。 （2）GPA符號格式 例如&DENS用于設置線寬。 （3）EDA符號格式 一般的一個GRIP程序都可分為五部分，每個部分都要使用一組 GRIP命令 （1）聲明語句部分 ENTITY/LN1,P(9),SPLN1,SPFREV STRING/STR（30） NUMBER/A（10），CD（3） （2）初始化語句部分 STR=’請輸入刀具參數’ DATA/A(10),1,1,2,0,5,1,3,4,5,7 DATA/CD(3),4.5,1.2,4 （3）交互語句部分 GPOS/選擇一點,xc,yc,zc,resp PARAM/輸入邊長,長：,dx,寬：,dy,$ 高：,dz,resp 第2章 子午線輪胎模具結構設計和裝配 子午線輪胎活絡模由動模和定模兩部分組成，也就是人們常說的上、下模，上模包括上蓋、中模套、滑塊、上側板、花紋塊，減磨板及導向機構等，安裝在硫化機移動模板上，在成型過程中，隨合模系統(tǒng)運動；下模包括底座、下側板，下鋼圈，減磨板等，安裝在固定模板上。成型時，上下模閉合，充氣的膠囊形成封閉的型腔，成型的胚胎在膠囊外面，在張力作用下貼合在型腔內壁，高溫保壓進行硫化，成型后開模取出產品。 圖2-1 輪胎活絡模結構圖 2.1模具結構設計要求 2.1.1子午線輪胎模具結構設計技術要求 （1）確保輪胎產品能夠滿足工藝結構產品要求，內輪廓幾何圖形和鋼圈參數，花紋形狀滿足花紋字體圖的要求。 （2）能夠與硫化機安全準確安裝（幾何圖形，參數要求，孔的大?。蚀_無誤。 （3）一定確保模具有足夠的強度、硬度和剛度。 （4）那些沒有隔熱板罩的熱板導熱模具胎冠部位的厚度要比常型硫化機所安裝使用的模具增加10%到15%的厚度，確保使其能夠安全的儲備所需的熱容量。以用來滿足硫化機工藝過程溫度的均勻、穩(wěn)定和安全。 （5）結構設計合理，加工制造工藝安全良好，裝卸安全快捷，定位準確，運輸方便。 （6）花紋圈分割面位置選取要合適，要利于硫化后進行輪胎脫模。 （7）排氣槽跟排氣孔的布局要合理，不能影響模具的散熱，不能影響模具的硬度、剛度、安全，不能影響客氣的排出，最好不影響模具的美觀。 （8）型腔的粗糙度和加工工藝的參數要選取合適，模具要在保證工藝性的前提下提高其經濟性，當然要根據實際情況各有側重。 2.1.2模具的選材 活絡模對精度的要求非常高，所以在選材時要充分考慮材料的耐磨性、強韌性、疲勞斷裂性能、高溫性能、耐冷熱疲勞性能、耐蝕性等特點，來滿足模具的可鍛性、退火工藝性、切削加工性、氧化，脫碳敏感性、淬硬性、淬透性等工藝要求，同時還要盡可能的降低成本滿足經濟性要求。除廠家要求外，上下側板、上蓋、底座板等零件均采用45鋼，鍛件不能有缺陷并進行退火處理，消除鑄件內應力，防止幾何變形，方便刻花操作。在粗加工后要進行二次熱處理來消除加工過程中的加工應力。在焊接部位，焊后要進行退火處理，對硬度有特殊要求的還要進行氮化處理，對于有特殊要求的零件如滑塊導向條等他們受力較大、工作環(huán)境比較惡劣，一般選用40Cr。 表2-1 材料明細表 2.1.3 模具的設計特點和要求 對于模具來說要滿足制品的設計和使用要求，即產品的質量要求。模具產品的合理性會直接影響產品的外形尺寸、物理性能和外觀質量，要保證模具的質量就要從膠料的收縮率引起制品尺寸變化、排氣、定位和分型面的確定等一系列問題上考慮，在保證產品質量的前提下去研究和確定設計方案，模具組裝、拆卸、填料以及產品的取出要盡可能的簡便，提高生產效率，降低工人的勞動強度。同時模具設計還應有利于機械化和自動化，實現(xiàn)自動開模、頂出、閉模等動作，大大的降低了勞動強度和提高了生產率。 模具在工作時的外壓和內壓都很大，因此模具材料的選擇要合理，使模具具有足夠的機械強度，同時在滿足機械強度的要求下還要節(jié)約材料，降低成本。模具的加工和修理要方便，模具設計在保證質量及產品壽命的前提下要盡可能簡化制造工藝，縮短生產周期，降低生產成本。 綜上可知，模具在設計時要注意以下幾點： （1） 型腔尺寸準確； （2）具有足夠的強度和剛度，硫化時不易變形； （3）結構簡單、拆卸方便、便于清理； （4）便于裝料、脫模，排氣容易。 2.1.3 模具的精度和粗糙度要求 模具的外形尺寸按GB1031-68第十四級公差帶施工驗收，粗糙度上下面為Ra1.6，其余為Ra3.2；模具的分型面局部間隙小于0.1mm，鋼圈分型面要低于外口分型面0.2-0.4mm；模具型腔輪廓按樣板施工驗收，胎側面其余部位局部間隙長0.4mm；模體與鋼圈的配合采用GB1801-79，基孔制8級公差帶的動配合（Hs/f8）；花紋幾何形狀按樣板施工驗收，樣板與花紋根部曲線單邊局部間隙小于0.5mm；夾套式活絡模必須按照受壓容器檢驗的有關規(guī)定，進行水壓試驗；模具組裝后上下面不平行度小于0.5mm；各類輪胎模具商標、字體按圖紙加工，字跡清除、排列整齊。 2.2 活絡模的裝配 2.2.1 建立活絡模零部件三維模型 裝配是以UG作為平臺進行的，UG是CAD/CAM技術的代表之一，被眾多公司采用，UG的功能非常強大，涉及到平面工程制圖、三維造型、機構分析、運動分析、制造和渲染等。CAD功能實現(xiàn)了目前制造業(yè)中常規(guī)的工程設計和繪圖自動化，CAM功能則為數控機床提供NC編程技術，能夠為不同的用戶提供不同的開發(fā)工具，UG是一個完全集成的CAD/CAM軟件集，它致力于從概念設計到工程分析再到制作的整個過程，它的設計過程是一個可反饋、可修改的過程。UG強大的參數化功能支持模型的實施修改，系統(tǒng)能夠自動刷新模型來滿足設計要求，所以這種設計過程可以在產品初步設計后就可以進行方案評審，并不斷進行修改設計，一直到達到廠家的要求。 UG實體建模提供草圖設計、曲線生成、布爾運算、掃掠實體、旋轉實體、沿導軌掃掠、尺寸驅動、定義和編輯變量及其表達式等工具 圖2-2 側板 圖2-3 減磨板 圖2-4 花紋圈 UG/User Defined Feature是用戶自定義特征模塊提供交互式方法來定義和存儲基于用戶自定義特征的，便于調用和編輯的的零件族，其形成用戶專用的UDF庫，可以提高用戶設計建模的效率，該模塊包括已生成的UG參數化模型中提取參數，定義特征變量，設置變量默認值，定義代表該UDF的圖標菜單的全部工具。 圖2-5 底座墊板 2.2.2裝配過程 在UG的裝配模塊中，點擊【添加組件】，彈出“選擇部件”對話框，找到所要裝配的零件，然后“確定”所選擇的零件就進入了UG的裝配模型中，點擊【配對組件】，彈出“配對條件”框。采用自底而上的裝配方式，選擇底座作為工作部件，在裝配類型中分別選擇“平行”、“對齊”、“貼合”，使底座的上表面和墊板的下表面“貼合”，根據類似的方法把所有的部件都分別導進虛擬裝配模型中，進行總裝配。 首先進行底座板裝配 圖2-6 底座裝配 而后完成上蓋的裝配 圖2-7 上蓋裝配 弓形裝配座 圖2-8 弓形座 最后形成總裝配圖，生成支持漢字的裝配明細表。如圖： 圖2-9 總裝配圖 2.3 本章小結 隨著生活水平的提高，對汽車的需求量增加，導致汽車工藝的飛速發(fā)展，對輪胎質量的要求也是越來越高，子午線輪胎活絡模具的發(fā)展為輪胎生產進入高質、高效的方向奠定了堅實的基礎，本課題設計的模具根據理論計算及實際情況，初步確定活絡模裝置的整體結構及部件尺寸，在進行造型，采用了創(chuàng)新的方法，運用動態(tài)設計、機械結構優(yōu)化設計、可靠性設計，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代設計的設計與制造同步的先進理念，縮短了設計周期、降低設計成本為企業(yè)新產品的開發(fā)提供了有力的支持。 第3章 子午線輪胎模具花紋設計 3.1 子午線輪胎的花紋 3.1.1 輪胎花紋的組成與作用 輪胎主要由三個部分組成：內胎、外胎、墊帶。作為輪胎模具來說，最復雜也是最重要的部分就是輪胎外胎上的花紋。 花紋是輪胎上最終要的存在，花紋的質量直接影響著使用性能和輪胎壽命。使用性能又包括著汽車的速度、動力、靈活度、油耗、散熱、排水、排石、噪音等。 如圖3-1所示，這是工程胎中典型的豎紋為主的花紋，相對應的特點就是靈活性好、油耗低、速度相對來說快、抓地力強，但是動力小，適合長途運輸的工程車。我們常見的工程車中有三分之一以上采用此種花紋。 如圖3-2所示，這是工程胎中以橫紋為主的花紋，它的特點就是動力特別足、抓地能力強，但是油耗高、速度相對較低、靈活性差。適用于短距離高強度運作的工程車。 如圖3-3所示，完全以動力為主設計的花紋，一般用于拖拉機之上。適用面比較窄。 如圖3-4所示，實際生產中車的多用途致使不可能使用單一功能的花紋，混合花紋的設計很好的彌補了這一點，讓各種性能之間有一個平衡。 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3 圖 3-4 3.1.2 對胎面花紋的要求 1.保證輪胎對地面的壓力均衡，只有壓力均衡才能保證輪胎的耐磨損性，有助于防止老化。 2.橫紋與豎紋的交接融合要比例適當，多節(jié)距花紋各種節(jié)距的長度需要嚴格控制，這有助于提高牽引力和制動力的傳輸效率。 3.花筋角度和寬度的控制與是否添加排石塊。這直接影響輪胎的散熱、排水、排石。如果開口大小不合適一旦車在行駛工程中在車胎內壓入石子等會大大減少輪胎的壽命。 4.減少封閉區(qū)域的花紋設計，極易產生噪音且散熱不均。 5.外形上要求美觀大方。 6.考慮實際加工，避免出現(xiàn)加工干涉，硫化和脫模困難。 3.1.3 胎面花紋的類型 1.普通花紋 花紋塊面積占胎面面積的70%-90%，常用于普通工程車和轎車，其中轎車所用胎的花紋塊面積占總胎面面積的80%-90%，這是為了良好的抓地性能，但是因為花紋塊比較大，不容易散熱。圖3-1、3-2、3-3、3-4都屬于普通花紋。圖3-5是轎車用的花紋。 圖3-5 2.特殊用途花紋 這種花紋一般應用區(qū)域較窄，如圖3-2的拖拉機用的花紋，花紋塊只占胎面面積的30%-40%。圖3-6所示為泥地胎花紋，此種花紋花筋深度大于普通花紋，一般用于越野車和小型觀光車，花紋塊面積占胎面積的40%-60%，能適應路況較差和泥濘的道路，且排水排石性良好，不易卡住石子。 圖3-6 3.混合花紋 此花紋是一種過渡性花紋，兼顧抓地性能和速度、抗磨損等。一般來說中間有一條縱向條紋花筋，整體以網格狀居多。 隨著各種車型的不斷開發(fā)相對應的花紋也跟著不斷的變化，趨勢是花紋越來越復雜，精確度越來越高，當然效果越來越趨近理想。 3.1.4 花紋溝深度 花紋溝深度與花紋的規(guī)格和適用車型有關。一般來說，大規(guī)格輪胎的花紋要深，越野輪胎要比普通花紋深20%-30%?；y深的優(yōu)點就是大幅度提高行程，但耐磨性受到影響。取舍上根據輪胎定位來選擇。 3.2 子午線輪胎花紋造型 圖3-7為輪胎截面圖，輪胎大輪廓則是由此截面圖旋轉一周得到的。旋轉得出輪胎的基本形狀如圖3-8。再加上花紋就會得到如圖3-9所示的成品圖。 圖3-7 圖3-8 圖3-9 我們要想做出花紋除了必須有曲線圖（輪胎截面圖）外還必須要有平面花紋圖（如圖3-10），平面花紋圖則是由三部分組成：花紋、剖視圖（圖3-11）、節(jié)距排列（圖3-12）。 輪胎的3D造型是非常困難的，原因大致分以下幾個部分： （1）操作者需要大量的經驗來在腦海中行成輪胎外形的基本樣式。 （2）花紋截面是個不斷變化的，中間過渡需要無錯臺接合，非?？简灢僮髡邔浖睦斫夂褪褂霉Φ?。 （3）3D造型的目的是為了加工，不單單是為了看效果，所以，造型的同時必須要考慮加工便捷，盡量避免模型加工“干涉”。 （4）嚴格按照圖紙，不能擅自修改截面和剖視圖。 （5）精確度要求高，誤差一般盡量控制在0.01—0.07mm，因為模具直接影響輪胎的花紋成型。 （6）對多節(jié)距花紋來說，節(jié)距數量多，工作量大，保證各個節(jié)距能完美相接，必須按照客戶所要求的節(jié)距進行排列，如圖3-10，大節(jié)距L長度為79.867mm，小節(jié)距C長度為63.945mm，我們單獨做出L和C的花紋，然后按圖3-12排列出整圈花紋，只有完美接圓，花紋不錯臺才能繼續(xù)加工。大小花紋錯落有致，能提高輪胎的性能，更能接近我們的目標，但是同時也大大的提高了輪胎模具的加工難度。 圖3-10 圖3-11 圖3-12 3.2.1 編程實現(xiàn)曲線的空間轉化 輪胎花紋造型的第一步就是實現(xiàn)花紋和曲線的空間化。為了把平面曲線轉換為空間曲線，曾經想到采用UG 的投射（project）命令，將平面上所有的花紋曲線都“投影”到胎面上，直接得到三維空間曲線。但用特殊點去驗證， 發(fā)現(xiàn)所得的結果是不正確的，特別在輪胎的兩側，表現(xiàn)得非常明顯。有一點的X 坐標的設計數值應該為159.4974mm，而結果卻為156.3725mm，相差3.1249mm。事實說明， 投射命令的應用范圍是工業(yè)設計， 不適合有精確尺寸要求的設計。而纏繞（wrap）命令運用的對象是圓柱體，在胎面上不適合，必須尋找其他更精確的造型方法。課題的進一步研究中， 采用了函數轉換方法。 我們仔細研究了輪胎花紋的特點，得到了以下兩點結論，根據這兩條結論，我們找到了輪胎花紋平面展開曲線轉化為空間曲線的方法：（1）平面展開圖中，M 軸上的點在三維圖上有相同的Y 坐標值，y=0，平行于M 軸的點在三維圖上有相同的Y 坐標值，具體數值需要經過計算；同樣，平面圖中，N 軸上的點在三維圖上有相同的X 坐標值，x=0，平行于N 軸的點在三維圖上有相同的X 坐標值，具體數值需要經過計算。 （2）平面展開圖中，假設存在一條平行于M 軸的直線，那么，直線在三維圖上表現(xiàn)為一條圓弧， 圓弧的弧長等于平面展開圖上直線的長度。 三維圖上各點的坐標（X、Y、Z）與平面圖形坐標（m、n）之間存在著如下關系： 1）XOZ 坐標面上的點（圖3-13） 圖中，O 為輪胎的回轉中心，O1 為胎面圓弧中心，對圓弧上任意一點A 有： α=360m/2πr x=rsinα y=0 z=e+rcosα 圖3-13 2）YOZ 坐標面上的點（圖3-14） YOZ 坐標面上的胎面是以半徑為R 的圓。對任意點B 有： β=360n/2πR x=0 y=Rsinβ z=Rcosβ =(e+rcosα )cosβ 圖3-14 （ 3）不在坐標平面上的點 α=360m/2πrβ=360n/2πR x=rsinα y=Rsinβ z=(e+rcosα )cosβ （4.1） 如果胎面圓弧的圓心不在 Z 軸上，情況會比較復雜,如圖3-15 所示, 圖中A 是圓弧SE 的圓心，r 是圓弧半徑，δ是半徑SA 與水平方向夾角， B 為圓弧上的任意一點。 圖3-15 α=360(m-m1)/2πr β=360n/2πR x=x1+rcos(180-α -δ ) y=Rsinβ z=(z1+rsin(180-α -δ ))cosβ （4.2） 式中 m1,x1,z1,δ為已知值。 比 較 式 （ 4.1） 和式（ 4.2） 可以發(fā)現(xiàn)， 式（ 4.1） 是式（ 4.2） 的 特殊情況。 3.2.2 由空間曲線生成三維實體 （1）曲線整理及核對 1、根據圖紙?zhí)ロ攺接嬎阒荛L輪胎周長，核對各節(jié)距長度是否和圖紙長度符合，計算各節(jié)距長度之和是否跟周長符合，不符合聯(lián)系廠家調整。 2、整理輪廓曲線查看輪胎外輪廓弧長是否和平面圖一致，不符合聯(lián)系廠家。 3、根據廠家圖紙整理輪胎節(jié)距圖，需要畫氣孔位置，整理鋼片位置長度，表示節(jié)距號等。根據整理好的節(jié)距圖整理輪胎輪廓圖，圓周旋轉花紋溝的剖面全部在CAD中手工畫圖，以檢測到UG中纏繞曲線的位置是否正確。 4、檢查整理好的輪廓曲線和節(jié)距圖紙，無問題后另存為2004DXF格式，將另存好的圖紙打開將不需要導入UG的曲線和標注刪除，然后執(zhí)行CAD自帶的清理程序，以避免導入UG因軟件不同引起的錯誤。 導入UG的曲線必須保證是直線和圓弧，多樣線要打散，導入UG前保證輪胎輪廓曲線的中心在CAD的坐標原點，避免在UG加工過程中坐標系錯誤，引起的加工差錯。 （2）CAD導入UG步驟及曲線整理: 1、UG軟件打開創(chuàng)建空白模板，保存至產品文件夾。 2、文件/導入CADdxf、dwg\選擇索要導入的文件，導入到工作部件。 3、將UG全部圖層打開，以方便整理曲線。 4、將輪廓曲線和截距曲線，氣孔分別放置到不同的圖層，截距曲線顏色區(qū)分好。將輪廓曲線沿中心線（即X軸）旋轉90度，以保證輪廓曲線在Z軸上。 5、根據廠家圖紙排列輪胎展開圖，注意輪胎內外側。排列后對平面圖進行分瓣工作，避讓過小的較深的鋁花筋，橫向花紋筋因為和分割位置接近平行，考慮分割后接口也應當注意避讓。（分瓣位置分瓣處理廠家有要求的盡量按照廠家） 6、對分好的圖紙?zhí)砑涌靹e代號、磨耗標記等。 （3）平面圖轉換到空間曲線。（曲線纏繞） 1、將輪廓曲線復制到備用圖層，編制整理輪廓曲線側弧長長度等于平面展開圖的長度備用。 2、旋轉調整好的輪廓曲線，注意選擇曲線的方向和矢量旋轉起始角度，避免纏繞出錯。 3、將坐標系放置到 纏繞曲線邊框的定位點， Y軸朝向圓周方向， X軸朝向斷面寬方向 選著胎頂面，調整XY邊長度 注意的是平面圖纏繞曲線外框 X向必須包含所有平面圖， 否則報錯 其他選項按照圖示即可， 纏繞圖層設置一般放在曲線 原始圖層，個人方便即可 完成設置選著需要纏繞的曲線 點纏繞按鍵完成纏繞 （4）創(chuàng)建三維實體 做實體的步驟和全鋼三維設計基本相同，下文中簡單介紹幾個常用方法 1、 做花紋溝的角度線，拉伸片體，加厚，用另側的拉伸角度面更替面完成實體，修剪倒角。 2、有角度的面，高點版本叫規(guī)律延伸命令做片體，然后求得實體修剪倒角。 3、 利用掃掠命令直接做實體，需要畫取花紋溝的剖面曲線，在掃掠選項中截面 線選擇畫好的剖面線，引導線選擇花紋筋的邊界線。 4、利用輪胎模具工具箱直接做實體，修剪、倒角處理。 5、輪胎胎肩花紋溝經常遇到變化比較陡峭的花紋筋，此種情況一般把胎面和胎肩的花紋筋分別建造實體，中間利用掃掠和橋接的辦法來過渡，此花紋不明顯沒有詳細說明，遇到事看情況來定方案。 6、實體造型方法沒有很好的標準，不同的情況方法也相同，平時多練習，總結出一套適合自己的方法。 （5）創(chuàng)建加工程序 1、整理好的各節(jié)距實體需要加工的抽取片體，繪制加工刀軸，按片體固定輪廓銑加工。 2、比較扭曲的花紋筋沒有刀軸可按照五軸可變輪廓銑加工。 3、鋼片加工時一般是按照變輪廓銑變軸加工，如鋼片貼筋的情況需要按照花紋筋的角度固定軸加工。 加工的方案需要與其車間工藝機床性能相結合，制定加工工藝和程序文件，在此沒有詳細介紹。 （6）基模的外形輪廓及定位尺寸需要看鑄造工藝，和灌鑄模、鑄造機鋼型尺寸，澆道定位基準密切相關，這里不做過多的介紹。 3.3.2 模具的車間加工 1.電極的加工 根據已作出的三維造型用三軸數控銑床來制作電極。圖3-16為電極加工模擬程序圖，此工序要求電極一定要銑到位，不能有漏銑的地方，因為電火花在使用電極的過程中會有放電間隙，所以要留出一定的量來適應放電間隙。正是因為放電間隙的存在導致電火花加工中不可能一次到位，需要循序漸進，一般分為粗打、半精打、精打。放電間隙對應的是粗打單邊0.75mm、半精打單邊0.4mm、精打單邊0.15mm。粗打電流較大，所以速度快，能快速打花上的余量，但是表面粗糙，質量較差。精打電流小，速度慢，但是能精細的打花，表面質量好。所以粗打半精打精打相應的目的就是：去量、保持最小尺寸、精修。 圖3-16 2.銑花 車好的花紋圈上留有大量的余量，單純用電火花加工的話效率極低，且浪費嚴重，成本翻倍，于是銑花這道工序應運而生。銑花，顧名思義，就是將車好的花紋圈用銑花機銑出大體輪廓，但是一定注意留量，量的大小可以根據型號來定，一般來說量在1mm—1.3mm就可以了，大的工程胎要留2mm的量。單刀銑削深度不要過大，不然影響刀的磨損和壽命。 3.電火花的加工 電火花的應用應該是全鋼模具加工的核心一環(huán)，花紋的成形主要是在這一工段加工。電火花的主要原理就是電腐蝕，只要是電腐蝕就存在放電間隙，上面提到過放電間隙這個概念，但放電間隙未免是件壞事，它能避免工件與石墨的直接接觸，使得模具的花紋表現(xiàn)更光潔靚麗。此工段的成熟與否直接衡量模具的出胎質量。操作工對花一定要準，時刻用樣板測量，避免打花過深。 4.后續(xù)加工 電火花過后花紋圈需要用線切割進行分割成塊。分割成幾等分需按照圖紙來。分割成塊的花紋圈由花紋鉗工進一步拋光打磨，使其更加完美，然后會進行噴砂處理。噴砂之后為了花紋塊的使用壽命一般會進行氮化處理，使其表面不容易生銹。處理完成的花紋塊會與滑塊等拼裝進行最后的工序。 5.半鋼模具的處理 半鋼模具是近年來興起的一種新型模具?；y塊材料為鋁，其散熱良好，生產效率高，主要用于轎車輪胎和雪地胎。半鋼模具工藝上區(qū)別于全鋼模具，它主要工藝是鑄造而不是電火花。它需要用五軸先銑出成型的基模（木質花紋塊），然后用基模翻出石膏模，再用石膏模鑄造出鋁模花紋塊。對花紋造型來說，半鋼對收縮率的要求更高，因為鋁的冷熱收縮率遠大于鋼，所以基模的制作必須加入收縮率。 第4章 子午線輪胎模具側板刻字 4.1 輪胎側板刻字的簡單介紹 輪胎側板刻字是以。MastercamMill軟件為平臺設計的，該軟件是美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。是最有加工設計使用效率的軟件系統(tǒng)。美國還有其他的的各發(fā)達的國家都采用這個系統(tǒng)作為設計、加工生產的標準。。Mastercam作為全球頂級CAM，是工業(yè)生產上最為廣泛的使用的CAD和CAM的系統(tǒng) 它包含二維的繪圖、三維的實體曲面的設計還有數控編程、刀具的行走路線進行摸擬等等非常多的作用。。Mastercam能夠提供進行設計加工外部形裝所需的軟件他非常強的花紋加工能力能制造出非常復雜的曲線和曲面的零件。。Mastercam有非常強大的進行造型的功能，不但能夠加工設計制造出復雜的彎曲線與彎曲曲面零件，有高速的能夠進行的曲面粗加工和曲面精加工功能。同時。Mastercam對系統(tǒng)的運行環(huán)境要求較低，它的運行的環(huán)境不需要特別高的配置。使用戶無論是在的造型設計、CNC銑床、CNC的車床中或CNC切割等的加工操作中，都能能夠獲得最佳的效果。Mastercam軟件已被廣泛的應用于各種行業(yè)的設計與加工，自80年代末，我國就引進了這一款CAD/CAM軟件，為我國的制造業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻。 4.2 Master cam Mill v8在輪胎側板刻字中的應用 4.2.1 Master cam Mill v8軟件簡單介紹 MastercamMill軟件是美國CNC Software Inc.公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件。是最有加工設計使用效率的軟件系統(tǒng)。美國還有其他的的各發(fā)達的國家都采用這個系統(tǒng)作為設計、加工生產的標準。。Mastercam作為全球頂級CAM，是工業(yè)生產上最為廣泛的使用的CAD和CAM的系統(tǒng) 它包含二維的繪圖、三維的實體曲面的設計還有數控編程、刀具的行走路線進行摸擬等等非常多的作用。。Mastercam能夠提供進行設計加工外部形裝所需的軟件他非常強的花紋加工能力能制造出非常復雜的曲線和曲面的零件。 4.2.2 Master cam Mill v8的功能 三維設計系統(tǒng) M8擁有完整的加工曲線的功能他不僅可一設計、編輯的二維還有三維的空間曲線。m8還能生成方程曲線。在里面進行尺寸標注、注釋等等也很方便。M8擁有強大的曲面功能可以采用NURBS、PARAMETRICS等數學的模型其中包含十多種生成曲面方法包括舉升曲面丶昆氏曲面丶直紋曲面丶旋轉曲面丶掃面曲面牽引曲面丶曲面倒圓角等。M8擁有嶄新的實體功能其以PARASOLID為核心，擁有導圓角、抽殼、布爾運算、延伸、修剪等功能通過擠出丶旋轉丶掃掠丶舉升丶倒圓角等 M8擁有可靠強大的數據交換功能，可轉換的格式包括：IGES、SATACIS SOLIDS、DXF、CADL、VDA、STL、DWG、ASCII。并可讀取Parasolid、HPGL、CATIA、PRO/E、STEP、caxa、cad等格式的數據文件。 銑床3D加工系統(tǒng) 1. 外形銑削。 2.型腔加工。 3.實體加工。 4.鉆孔、鏜孔、螺紋加工。 5.可定義刀具庫、材料庫等。 6.可對刀具路徑作圖形編輯，可對NC、NCI作修改、平移、旋轉、放大、縮小等編輯。7可做實體切削模擬。 同時m8可以最高支持4軸加工。 可以操作完成各種CNC控制器，DNC傳輸。 車銑復合系統(tǒng) M8包含精車、粗車、螺紋加工等程序。 即可以徑向切槽加，。 也能夠鉆孔、鏜孔。 還能進行行C 軸加工。 也可產生切削循環(huán)指令。 同時M8還可自定義刀具庫及材料庫。 自動計算刀具補正、過切偵測等功能 4.2.3 Master cam Mill v8的優(yōu)越性 Mastercam軟件已被廣泛的應用于各種行業(yè)的設計與加工，自80年代末，我國就引進了這一款CAD/CAM軟件，為我國的制造業(yè)的發(fā)展作出了巨大貢獻。 圖4-1 字體示意圖 4.3 子午線輪胎刻字設計流程 4.3.1 子午線輪胎側板排字 側板字體的主要設計的流程如下：1.客戶來圖紙；2.觀察胎側圖及技術要求3.Mastercam排版，客戶確認；4.編程及加工。 在側板字體示意圖上側板上字體包括商標 規(guī)格 如 295/80R22.5 全鋼或半鋼 安全警示語 3c認證 巴西認證 氣壓負荷等。3C認證的全稱為“強制性產品認證制度”，它是中國政府為保護消費者人身安全和國家安全、加強產品質量管理、依照法律法規(guī)實施的一種產品合格評定制度。所謂3C認證，就是中國強制性產品認證制度每條輪胎載重指數(負荷指數)和最大載重能力?？淘谔壬?例如:輪胎規(guī)格為195/65 R15 91V中的載重指數是91,其所對應的輪胎（單胎）最大載重615公斤。 圖4-2 字體要求1 圖4-3 字體要求2 由于Mastercam排字功能在圓弧上 只能將字體排布于圓弧的上側或下方這就用到Mastercam的旋轉功能，通過旋轉使字體排布在側板輪廓上，由上圖可知，側板字體的要求有字體樣式丶類型丶字高丶線寬丶字深丶刀具單邊角度丶以及寬高比等。同時字體的花紋排列以及側板邊緣滾刀線也各有要求。 字體 Mastercam擁有強大的字體庫，其內包含100多種字體并且具備用戶自主添加字體的功能。當字體要求是按樣式時，，可以利用mastercam的檔案取檔功能，cad軟件 將所需要的字體存檔為dxf形式，通過Mastercam的取檔或合并檔案將所需要的字體放到正確的位置。 圖4-4 字體深度要求 根據要求可以看出要求的字體線粗是1.2 剖面線間距是1.5因此可以應用Mastercam里的串聯(lián)補正和單體補正功能，將線排布。 字高 :在文字工具中可以自定義字高 當字體的寬高比有要求時可以利用軟件的不等比例縮放來達到字體寬高比的要求。 字寬: 當字體為單線體時 字寬要求即為刀具加工的寬度 當字體為雙線體時 字寬為兩線之間的距離 字深 :即加工時要將字體刻制的深度 如下圖的0.6 0.4 。一般在軟件中不進行深度設置，車間數控車床工人根據要求自行設置。 刀具單邊角度: 刀具加工時的單邊角度 如下圖的角度： 圖4-5 字體深度要求 4.3.2 字體程序 首先，在刀具路徑中選擇工作設定設置工作原點、和刀具路徑規(guī)劃等一系列參數如圖所示。 圖4-6 工作設定 第二步要利用M8的曲線旋轉成曲面和曲面的平移功能做出輪胎側板的曲面圖，將字體投影加工到曲面上。使其在曲面上顯示出來，方便后期的編程以及輪胎側板的加工。 圖素 1: 圓弧 順時鐘 圓心；X： -482.480 Y：13.186 Z 0.000 視角： 1 起始點X： -481.000 Y： 19.000 Z：0.000 角度: 75.718 終止點X： -477.674 Y： 16.778 Z：0.000 角度: 36.776 半徑： 6.000 直徑： 12.000 掃描角度： -38.942 3D 長度： 4.078 圖素 2: 圓弧 順時鐘 圓心； X： -475.880 Y：11.052 Z：0.000 視角： 1 起始點： X： -477.674 Y：16.778 Z：0.000 角度: 107.397 終止點： X： -473.492 Y：16.557 Z：0.000 角度: 66.541 半徑： 6.000 直徑： 12.000 掃描角度： -40.855 3D 長度： 4.278 圖素 3: 圓弧 逆時鐘 圓心； X： -393.750 Y： 200.310 Z： 0.000 視角： 1 起始點： X： -473.492 Y： 16.557 Z： 0.000 角度: 246.541 終止點： X： -460.413 Y： 11.418 Z： 0.000 角度: 250.561 半徑： 200.310 直徑： 400.620 掃描角度： 4.020 3D 長度： 14.055 圖素 4: 圓弧 順時鐘 圓心； X： -462.409 Y： 5.760 Z： 0.000 視角： 1 起始點： X： -460.413 Y： 11.418 Z： 0.000 角度: 70.561 終止點： X： -457.198 Y： 8.733 Z： 0.000 角度: 29.706 半徑： 6.000 直徑： 12.000 掃描角度： -40.855 3D 長度： 4.278 圖素 5: 圓弧 逆時鐘 圓心； X： -393.750 Y： 200.310 Z： 0.000 視角： 1 起始點： X： -457.198 Y： 8.733 Z： 0.000 角度: 251.676 終止點： X： -451.475 Y： 6.932 Z： 0.000 角度: 253.379 半徑： 201.810 直徑： 403.620 掃描角度： 1.704 3D 長度： 6.000 將這些圖素串聯(lián)起來，再經過繪圖丶曲面丶旋轉曲面將這些串聯(lián)的圖素旋轉形成曲面. 然后經過平移選擇所有的曲面進行兩個視角之間的平移。 平移完成后點擊彩顯，使用著色 效果如下圖 然后將字體投影上去 圖4-7 字體投影圖 第三步：根據字體要求選擇加工方式，選取需要加工的字體，在彈出的對話框中設置刀具參數（刀具直徑可以在刀具庫中選擇刀具直徑也可以直接輸入刀具的直徑.進給率.z軸進給率.提刀速率）刀具顯示勾選選擇持續(xù)執(zhí)行.旋轉軸設置為三軸定義為圍著z軸旋轉。 圖4-8 刀具參數設置圖 在設定好一系列參數后就可以加工了，加工后可以用Mill 8的模擬刀具路徑來檢查刀具和夾具與被加工零件是否干涉、碰撞。在確定沒有任何問題的情況下執(zhí)行后處理將程序和刀路保存在指定的文件夾中。 以下為部分程序： 三軸刻字機一般下刀位置為側板曲線的最低點 。 N為刀序 G90為絕對坐標數據輸入G54為建立坐標系，M3為主軸正轉，轉速為20000 ，每分鐘切削100毫米。 N100G0G90G54M3S20000F100 X392.538Y105.052Z15.208 N102Z5.208Y105.052 N104G1Z.208 N106X391.987Z.228Y105.038 N108X391.436Z.247Y105.023 N110X390.885Z.266Y105.009 。。。。。。。。。。。。。 參考文獻 [1] 鄧星鐘．機電傳動控制[M]．華中科技大學出版社，2001． [2] 機床設計手冊編寫組．機床設計手冊2[M]．機械工業(yè)出版社，1980． [3] 嚴愛珍．機床數控原理與系統(tǒng)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000． [4] 郭艷玲, 趙萬生, 董本志等．數控發(fā)展的趨勢[J].東北林業(yè)大學學報, 2000． [5] 范俊廣． 數控機床及其應用[M]． 北京: 機械工業(yè)出版社，1993． [6] 董剛，李建攻，潘鳳章.機械設計（第三版）[M] 機械工業(yè)出版社，2000． [7] 史為民．數控技術的發(fā)展趨勢及應對策略. 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