課程設(shè)計(jì)之CADCAMCAE設(shè)計(jì)實(shí)踐

1、 成績(jī)： CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)實(shí)踐課程設(shè)計(jì)課 程： CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)實(shí)踐 學(xué) 期： 20132014學(xué)年第一學(xué)期 教 師： 陶 林 時(shí) 間： 2013 年 11 月 18 日 姓 名： 龔 華 德 學(xué) 號(hào)： 20107150 年級(jí)、專業(yè)： 2010級(jí)機(jī)制1班 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)機(jī)械工程系目錄1、金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的簡(jiǎn)介11.1金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域11.1.1工作原理11.1.2應(yīng)用領(lǐng)域11.2金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外研究的情況12、金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的裝配22.1金剛石鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)分析22.2金剛石鉆孔機(jī)的連接和裝配32.3傳動(dòng)軸的工程圖43、傳動(dòng)軸零件的CAM過

2、程63.1繪制加工輪廓線63.2選擇機(jī)床系統(tǒng)63.3設(shè)置工件素材63.4車右端面63.5粗車右半邊工件73.6精車右半邊工件93.7左半邊工件的車端面、粗車、精車加工103.8加工鍵槽113.9進(jìn)行加工113.10主要的程序段（程序截取前10句）124、傳動(dòng)軸零件的CAE過程164.1定義材料和施加載荷164.2進(jìn)行受力分析175、結(jié)論186、參考文獻(xiàn)18金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)1、 金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的簡(jiǎn)介1.1金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的工作原理及應(yīng)用領(lǐng)域1.1.1工作原理 發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)變速器后通過齒輪傳動(dòng)傳給主軸箱，從而帶動(dòng)鉆機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，在鉆機(jī)主軸下端裝有金剛石薄壁空芯鉆頭，通

3、過旋轉(zhuǎn)升降機(jī)構(gòu)手輪，可使滑動(dòng)支座帶動(dòng)主軸箱及發(fā)動(dòng)機(jī)等一起沿立柱上下移動(dòng)。通過鉆頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和上下移動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)鉆孔作業(yè)。 由于工作過程中，鉆頭在進(jìn)給及退出時(shí)，需要滑動(dòng)支座帶動(dòng)主軸箱及發(fā)動(dòng)機(jī)等一起沿立柱上下移動(dòng)，整體質(zhì)量較大。升降機(jī)構(gòu)中采用齒輪齒條副驅(qū)動(dòng)使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上升，操作輕便省力。 在底座上設(shè)計(jì)有用于鉆孔時(shí)固定鉆機(jī)的膨脹螺釘所用槽孔。 該類鉆機(jī)在野外工作時(shí)，通常需配水車或水槽，給鉆頭提供冷卻水并沖刷鉆渣。為了增加供水的壓力，本機(jī)可選配水泵系統(tǒng)，以保證冷卻系統(tǒng)可靠工作。1.1.2應(yīng)用領(lǐng)域金剛石鉆孔機(jī)廣泛使用于各種建筑工程施工的鉆孔作業(yè)中，如：各種混凝土路面、瀝青路面、橋梁、地鐵隧道、大壩等建筑施

4、工中工程質(zhì)量檢測(cè)的取芯鉆孔；高速公路、普通公路、橋梁、旅游景點(diǎn)安裝各種標(biāo)牌標(biāo)識(shí)、安全扶手、欄桿、指示燈、照明燈等的鉆孔；水泥混凝土路面板底脫空壓漿處注漿孔、排氣孔的鉆孔；工廠車間安裝設(shè)備地腳螺釘?shù)你@孔；新老建筑物各種管道的安裝鉆孔；大理石、花崗巖、陶瓷、耐火材料等各種硬脆性材料的鉆孔加工。1.2金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外研究的情況 國(guó)內(nèi)外金剛石鉆孔機(jī)生產(chǎn)廠家眾多，國(guó)外典型的有美國(guó) “硬點(diǎn)”（HARDPOINT）工業(yè)用鉆石鉆孔機(jī)、日本富士工業(yè)株式會(huì)社、東芝公司等；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家有河南黃河旋風(fēng)股份有限公司、鄭州恒威科技實(shí)業(yè)有限公司、臺(tái)州市椒江建設(shè)工程機(jī)械廠、德州電動(dòng)工具廠等。 金剛石鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)類型較

5、多。按動(dòng)力源的不同，可分為串激電機(jī)驅(qū)動(dòng)、三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)、單相電機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)和其它動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等。其產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)如下： 最大鉆孔直徑（mm） 250 最大鉆孔深度（mm） 550 主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 700900 發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW） 30 整機(jī)質(zhì)量（kg） 1300 外型尺寸（mm） 770×360×11002金剛石鉆孔機(jī)產(chǎn)品的裝配2.1金剛石鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 利用proe軟件進(jìn)行三維建模，繪制成的金剛石鉆孔機(jī)的裝配圖和爆炸圖如圖2-1和圖2-2所示：圖2-1 金剛石鉆孔機(jī)的裝配圖圖2-2 金剛石鉆孔機(jī)的爆炸圖2.2金剛石鉆孔機(jī)的連接和裝配 連接：由爆炸圖可看出

6、，兩半外殼之間通過螺釘連接，電動(dòng)機(jī)與外殼螺釘連接，電動(dòng)機(jī)與軸接之間鍵連接，兩個(gè)軸接通過螺栓螺母連接，一級(jí)傳動(dòng)軸與軸接之間鍵連接，使電機(jī)轉(zhuǎn)速傳出，一級(jí)斜齒輪與傳動(dòng)軸1鍵連接，兩個(gè)圓柱斜齒輪之間齒輪傳動(dòng)，二級(jí)斜齒輪與輸出傳動(dòng)軸之間鍵連接，鉆頭與輸出軸之間螺紋連接。裝配：由爆炸圖可看出，外殼作為裝配的最初基準(zhǔn)零件，電動(dòng)機(jī)和外殼通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊進(jìn)行裝配，電機(jī)軸鍵槽和鍵通過3個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊進(jìn)行裝配，軸接和電機(jī)軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和2個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，兩個(gè)軸接通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和2個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，螺栓和軸接通過3個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，螺母和螺栓通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和2個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，一級(jí)傳動(dòng)軸和軸接通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)

7、面對(duì)齊，一級(jí)圓柱斜齒輪和一級(jí)傳動(dòng)軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和2個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，一級(jí)傳動(dòng)軸上的角接觸球軸承和一級(jí)傳動(dòng)軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，一級(jí)傳動(dòng)軸上的軸套和一級(jí)傳動(dòng)軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，輸出軸和外殼通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，二級(jí)圓柱斜齒輪和輸出軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和2個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，輸出軸上角接觸球軸承和輸出軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，輸出軸上軸套和輸出軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，外水套和輸出軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊，鉆頭和輸出軸通過1個(gè)基準(zhǔn)軸和1個(gè)基準(zhǔn)面對(duì)齊裝配。2.3傳動(dòng)軸的工程圖 利用CAD軟件繪制齒輪傳動(dòng)軸的工程圖，如圖2-3所示：18圖2-3 齒輪傳動(dòng)

8、軸的工程圖3、傳動(dòng)軸零件的CAM過程3.1繪制加工輪廓線打開Mstercam X5軟件，在繪圖區(qū)底部的屬性欄中單擊“平面”，從中選擇“H車床半徑”|“設(shè)置平面到+X+Z相對(duì)于您的（WCS）”，接著繪制傳動(dòng)軸的外輪廓線，如圖3-1所示：圖3-1 傳動(dòng)軸外輪廓線3.2選擇機(jī)床系統(tǒng)在菜單欄中選擇“機(jī)床類型”|“車床”|“默認(rèn)”命令。3.3設(shè)置工件素材在刀具路徑操作管理器中，單擊機(jī)床群組下的屬性，修改材料設(shè)置，如圖3-2所示：圖3-2 工件材料3.4車右端面 在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“車端面”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)，如圖3-3，圖3-4所示，完成生成車端面的刀具路徑。圖3-3 車端面刀具路徑參數(shù)圖3

9、-4 車端面參數(shù)3.5粗車右半邊工件在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“粗車”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)，如圖3-5，圖3-6所示，完成生成粗車的刀具路徑如圖3-7所示：圖3-5 粗車刀具路徑參數(shù)圖3-6 粗加工參數(shù)圖3-7 粗車刀具路徑3.6精車右半邊工件在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“精車”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)，如圖3-8，圖3-9所示，完成生成精車的刀具路徑如圖3-10所示：圖3-8 精車刀具路徑參數(shù)圖3-9 精車參數(shù)圖3-10 精車刀具路徑3.7左半邊工件的車端面、粗車、精車加工參照右半邊加工最后生成總的刀具路徑，如圖3-11所示：圖3-11總刀具路徑3.8加工鍵槽在菜單欄中選擇“機(jī)床類型”|“銑床

10、”|“默認(rèn)”命令，銑如圖3-12所示的2個(gè)鍵槽，加工鍵槽刀具路徑如圖3-13：圖3-12 鍵槽圖3-13 加工鍵槽刀具路徑3.9進(jìn)行加工加工后的工件如圖3-14所示：圖3-14 加工完成圖3.10主要的程序段（程序截取前10句）%O0000 程序命名為0000G21 G21是指毫米單位輸入G0 T0101 定位 (快速移動(dòng))；換1號(hào)刀，刀具的補(bǔ)正號(hào)是1G18 選擇XZ平面 G97 S2000 M03 G97是恒轉(zhuǎn)速指令，主軸轉(zhuǎn)速2000r/min ，主軸正轉(zhuǎn)G0 G54 X60. Z148. G54 調(diào)用工件坐標(biāo)系，刀具快速移動(dòng)到坐標(biāo)點(diǎn)X60. Z148.G50 S3600 G50設(shè)置工件零點(diǎn)

11、，主軸轉(zhuǎn)速3600r/minG96 S1000 G96恒線速控制，設(shè)定切削速度(線速度)為1000G99 G1 X-1.6 F.5 G99每轉(zhuǎn)進(jìn)給量0.5mm/r，工進(jìn)到點(diǎn)X-1.6G0 Z150. 刀具提升移動(dòng)到Z150G96 S500 G96恒線速控制，設(shè)定切削速度(線速度)為500表1 工藝過程卡片西南交通大學(xué)機(jī)械加工工藝過程卡片產(chǎn)品型號(hào)零件圖號(hào)產(chǎn)品名稱金剛石鉆孔機(jī) 零件名稱傳動(dòng)軸共頁第1頁材 料 牌 號(hào)45鋼毛 坯 種 類棒料毛坯外形尺寸40×150每毛坯件數(shù)1每 臺(tái) 件 數(shù)備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱 工 序 內(nèi) 容 車 間 工 段設(shè) 備工 藝 裝 備 工 時(shí) 準(zhǔn)終

12、單件1鑄造鑄造毛坯2熱處理退火（消除內(nèi)應(yīng)力）3車粗車左端面鉆中心孔，粗車各圓柱面留精車余量 CA6140三爪卡盤4車端面粗、精車右端面 CA6140三爪卡盤5車工件換邊夾住，粗車各圓柱面 倒角CA6140三爪卡盤6車精車左端各圓柱面到要求CA6140三爪卡盤7銑銑軸上的2個(gè)鍵槽以達(dá)要求 XK6140機(jī)械式平口鉗8去毛刺去除全部毛刺鉗工臺(tái) 9終檢 按零件圖樣要求全面檢查 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 小明2013-12-12013-12-5標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽 字 日 期標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽 字 日 期表2 工序卡片機(jī)械加工工序卡片產(chǎn)品型號(hào)零件

13、圖號(hào)產(chǎn)品名稱金剛石鉆孔機(jī)零件名稱傳動(dòng)軸共 頁第 頁車間工序號(hào)工序名材料牌145鋼毛坯種類毛胚外形尺寸每毛坯可制作件數(shù)每臺(tái)件數(shù)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)設(shè)備編號(hào)同時(shí)加工件數(shù)車床、銑床CA6140、XK6140夾具編號(hào)夾具名稱切削液工位器具編號(hào)工位器具名稱工序工時(shí)準(zhǔn)終單件描圖工步號(hào)工 步 內(nèi) 容工 藝 裝 備主軸轉(zhuǎn)速r/min切削速度m/min進(jìn)給量mm/r切削深度mm進(jìn)給次數(shù) 工步工時(shí)描校機(jī)動(dòng)輔助1車右端面三爪卡盤8000.512粗車右邊各圓柱面三爪卡盤8000.53精車右邊各圓柱面三爪卡盤10000.10.24車左端面三爪卡盤8000.515粗車左邊各圓柱面三爪卡盤8000.56精車左邊各圓柱面三爪卡盤

14、10000.10.27銑鍵槽機(jī)械式平口鉗8000.54底圖號(hào)裝訂號(hào)設(shè)計(jì)（日期）審核（日期）標(biāo)準(zhǔn)化（日期）會(huì)簽（日期）標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽字日期標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽字日期2013-12-12013-12-54、傳動(dòng)軸零件的CAE過程4.1定義材料和施加載荷先定義材料（STEEL），對(duì)軸進(jìn)行材料分配（STEEL），接著進(jìn)行約束和施加載荷，傳動(dòng)軸的受力類型為扭矩18，方向是繞著軸心，結(jié)果如圖4-1，所示圖4-1 分配材料并約束施加載荷如果對(duì)Creo自動(dòng)劃分的網(wǎng)格不滿意的話，可自行進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)分，點(diǎn)擊有限元分析里面的“精細(xì)模型”AutoGEM中的“控制”進(jìn)行網(wǎng)格劃分設(shè)置，如圖4-2所示：圖4-2 網(wǎng)格設(shè)

15、置4.2進(jìn)行受力分析完成前面的設(shè)置后，點(diǎn)擊“分析和研究”，如圖4-3所示，點(diǎn)擊文件新建靜態(tài)分析，按綠旗運(yùn)行按鈕，運(yùn)行結(jié)束后，按“查看設(shè)計(jì)研究或有限元分析結(jié)果”，查看應(yīng)力、應(yīng)變分析得結(jié)果如圖4-4，圖4-5所示：圖4-3 分析設(shè)置界面圖4-4 軸的應(yīng)力圖4-5 軸的應(yīng)變 材料密度是材料在特定的體積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量，單位是或； 楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量，單位是或；抗拉極限強(qiáng)度是金屬由均勻塑性變形向局部集中塑性變形過渡的臨界值，也是金屬在靜拉伸條件下的最大承載能力，單位是或。由圖4-1和圖4-2可知，最大受力在軸小端鍵槽與鍵連接處，最小受力在軸端部，最大應(yīng)力是48，應(yīng)變,0.00197mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)書，可得材料45鋼的直徑小于100mm的軸的許用彎曲應(yīng)力=55，由于，所以滿足工作要求。5、結(jié)論通過對(duì)金剛石鉆孔