CADCAECAM专业课程设计项目说明指导书.doc

华南农业大学

课程设计说明书

液压挖掘机设计及加工

学号：30510817

指导老师：夏红梅

学院名称：工程学院 班级：10机制8班

日期：6月5日

目录
一、课程设计目标及基础要求.....................................................................................................3
1．1 课程设计目标 ................. .............................................................................................. 3
1．2 课程设计要求 ............................................................................................................ 3
二、CAD设计 .......................................................................................................................... 3
2.1 铲斗设计 ......................................................................................................................... 4
2.1.1 新建零件chanduo ........................................................................................... 4
2.1.2 创建整体毛坯 ........................................................................................... 4
2.1.3 创建两侧凸台 ........................................................................... 4
2.1.4 创建抽壳特征 ....................................................................................................... 4
2.1.5 创建斗角并对其阵列 ............................................................. 5
2.1.6 创建挂耳板和板墙 ....................................................................................................... 5
2.2 动臂设计 .......................................................................................................................... 6
2.2.1新建零件dongbi ............................................................................................. 6
2.2.2创建整体毛坯 ......................................................................................... 6
2.2.3 创建小圆凸台 ......................................... 7
2.2.4 创建前后吊耳 ....................................................................................... 8
2.2.5 创建中间液压缸两吊耳 ............................................................................. 8
2.2.6 创建两侧推杆吊耳 ................................................................................................. 8
2.2. 7对相关棱边到圆角 ................................................................................................ 9
2.3 斗杆设计 .................................................................................................................... 10
2.3.1新建零件dougan ............................................................................................. 10
2.3.2创建整体毛坯 ......................................................................................... 10
2.3.3 拉伸创建前后吊耳台 ......................................................................................... 11
2.3.4 去除材料创建前后吊耳 ....................................................................................... 11
2.3.5 创建中间液压缸两吊耳 ............................................................................. 12
2.3. 6对相关棱边到圆角 ................................................................................................. 12
2.4 车身文字创建 .......................................................................................................... 13
2.4.1 利用拉伸特征创建文字 ........................................................................................... 13
2.4.2 在车身右侧绘制文字 ........................................................................................... 13
2.4.3 利用拉伸特征（去除材料）创建文字 ......................................................................... 14
2.4.4 在车身后侧绘制文字 ....................................................................................................... 14
2.5 履带创建 .......................................................................................................... 15
2.5.1新建零件lvdai ..........................................................................................1 5
25.2 创建阵列曲线 ........................................................................................... 15
2.5.3 利用拉伸创建履带单元 ......................................................................... 1 6
2.5.4 阵列并镜像履带单元 ....................................................................................................... 16
2.5.5 创建并阵列履带连接单元 ......................................................................... 17
2.5 液压挖掘机爆炸图 .......................................................................................................... 18
2.5 液压挖掘机装配图 .......................................................................................................... 19
三、CAE工程分析部分 ................................................................................................................ 21
3.1 问题分析 ........................................................................................................................ 22
3.2 确定问题范围 ........................................................................................................... 22
3.3 建立有限元模型 ........................................................................................................... 22
3.3.1 建立IGES格式模型文件 ................................................................................... 23
3.3.2清空数据库并开始一个新分析.......................................................................................... 24
3.3.3指定新工作文件名(Jobname), .....................................................................................24
3.3.4指定新标题 ................................................................................... 24
3.3.5指定新工作路径（工作目录.......................................................................................... 25
3.3.6 读取IGES格式模型文件 ..................................................................................... 25
3.4 实体单元参数设置 ........................................................................................................ 26
3.4.1 定义单元类型 ................................................................................................... 26
3.4.2 定义材料属性 ..................................................................................................... 26
3.5 划分网格 ....................................................................................................................... 28
3.6 定义边界条件 ...............................................................................................................28
3．7 加载荷和求解 ............................................................................................................. 29
3.7.1 施加分布载荷 .....................................................................................................30
3.7.2 求解 ..................................................................................................................... 30
3.8 结果查看 ....................................................................................................................... 32
3.9 结果分析 ....................................................................................................................... 33
四、CAM部分 ............................................................................................................................. 34
4.1 分析零件结构、工程图要求，划分工序 ................................................................... 35
4.2 工件毛胚制订 ............................................................................................................... 35
4.3 利用PRO/E软件数控加工模块进行演示 ................................................................... 35
4.4 铣上端面 ........................................................................................................... 35
4.5 铣外轮廓 ............................................................................................................. 38
4.6 铣凹坑 ............................................................................................................. 40
4.7 加工孔 ................................................................................................................. 42
4.8 NC代码生成 ................................................................................................................ 44
五、参考文件 ...............................................................................................................................45
六、设计总结、意见及提议 .........................................................................................................46

一课程设计目标及其要求
1. 1课程设计目标
伴随CAD/CAE/CAPP/CAM技术不停发展，其应用领域越来越广泛。为了使学生愈加好地掌握CAD/CAE/CAPP/CAM相关技术在设计及实际加工中应用，特设计本课程设计。本课程设计知识覆盖面广，包含到机械制图学、机械工程材料、机械设计、制造基础、模具设计及制造、数控加工工艺学、三维设计软件、工程设计美学、人机工程学等专业基础理论课知识，和产品装配实践能力。经过本课程设计，学生能够熟悉应用所学知识结合优异CAD/CAE/CAPP/CAM软件处理工程实际问题方法，初步掌握零件设计，模具设计及加工方法和步骤，培养严厉认真科学态度，提升对所学知识综合利用能力，培养团结协作精神，为走向工作岗位奠定基础。
1. 2课程设计要求
设计产品，应用CAD/CAE/CAPP/CAM相关软件完成产品零件设计，同时确定适宜工程材料，把各零件根据设计及运动要求进行装配，并对关键结构零部件进行工程分析校核。分析各个零件，确定需要进行机床加工零件，建立加工模型，编排加工工艺，确定加工参数，完成模拟加工。【或零件装配完成以后，设计型芯、型腔，完成模具加工】。
要求设计产品含有可装配性、宜人性和可加工性。

二CAD设计
CAD是计算机辅助设计（computer aided design）简称，是利用计算机帮助人进行设计一个方法和技术。它利用计算机替换传统图版，从分借助计算机高速计算、大容量存放和强大图像处理能力分担人部分劳动，以使设计者将关键精力集中在设计发明性工作利用计算机，设计者能够快速作出图形，使设计人员立即对设计作出判定和修改，从而大大提升设计效率。
出于对重型机械热爱，在本课程设计中，我利用Pro/E完成液压挖掘机整体建模，考虑到建模复杂性，所以关键放在挖掘机摇臂机构上。液压挖掘机是一个多功效机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重体力劳动，确保工程质量。液压挖掘机摇臂机构关键由底座、动臂、动臂缸、斗杆、斗杆缸、铲斗、铲斗缸等组成。摇臂机构运动属于开环铰链运动，同时集合了液压相关知识，完成液压挖掘机建模是检验CAD建模水平好机会。
2. 1铲斗设计
铲斗设计关键需要利用Pro/E中拉伸，倒圆角，抽壳等命令，同时需要灵活使用组，阵列，镜像技巧，其结果图1

图1

2.1.1新建零件文件，并命名为：chandou.
2.1.2创建整块毛坯，利用拉伸特征，选择FRONT面作为草绘平面，并绘制图 2草绘截面。完成草绘后给其宽度为80，其三维模模型图3 所表示。
2.1.3向两侧拉伸厚度为5凸台，在相关边缘倒圆角，图4
2.1.4选择A面为取出材料面，抽壳，结果图5
图2 图3

图4 图5
2.1.5利用拉伸创建斗角，并对其进行阵列，结果图6，7

图6 图7
2.1.6使用拉伸创建挂耳板和墙板，创建组，并使用镜像命令创建另一侧挂耳板和墙板，结果图8,9
图8 图9
2.2 动臂设计
动臂设计关键利用拉伸，倒圆角，创建基准平面，基准线，镜像特征。
图10 图11
2.2.1新建零件文件，并命名为：dongbi..
2.2.2创建整块毛坯，利用拉伸特征，选择FRONT面作为草绘平面，并绘制图12 草绘截面。完成草绘后给其宽度为20，其三维模模型图13 所表示。

图12 图13
2.2.3创建基准平面DTM1，以DTM1平面为草绘平面，利用拉伸特征创建小圆柱台，图14，15,16

图14

图15 图16
2.2.4利用拉伸特征，选择去除材料，以FORNT平面为草绘平面，绘制以下草图，拉伸厚度为4，结果图17,18

图17 图18
2.2.5以FORNT平面为草绘平面，利用拉伸特征创建两个对称耳环，图19,20

图19 图20
2.2.6以动臂侧面为草绘平面，利用拉伸特征，创建两侧吊耳，拉伸厚度为12，图17；再次利用拉伸特征，选择去除材料，图21,22,23,24

图21 图22

图23 图24
2.2.7倒圆角，圆角半径为2，图25

图25
2.3 斗杆设计
动臂设计关键利用拉伸，倒圆角，镜像特征。其结果图26,27

图26 图27
2.3.1新建零件文件，并命名为：duogang..
2.3.2创建整块毛坯，利用拉伸特征，选择FRONT面作为草绘平面，并绘制图28草绘截面。完成草绘后给其宽度为20，其三维模模型图29 所表示。

图28 图29
2.3.3利用拉伸特征，选择FRONT面作为草绘平面，并绘制草绘截面。完成草绘后给其宽度为12，其三维模模型图30所表示。
图30
2.3.4利用拉伸特征，选择FRONT面作为草绘平面，并绘制草绘截面。完成草绘后给其宽度为10，其三维模模型图31所表示。

图31
2.3.5利用拉伸特征，选择去除材料，选择FRONT面作为草绘平面，并绘制草绘截面。完成草绘后给其宽度为4，其三维模模型图32所表示。

图32
2.3.6倒圆角，圆角半径为2.5，图33

图33
2.4 在零件表面创建文字
2.4.1利用拉伸特征，选择机身后面草绘平面，进入草绘界面后，点去图标，输出文字。
2.4.2完成草绘后，选择拉伸深度5，结果图34、35.
图34

图35
2.4.3利用拉伸特征，选择机身侧面面草绘平面，进入草绘界面后，点去图标，输出文字。
2.4.4完成草绘后，选择去除材料，拉伸深度5，结果图36、37

图36

图37
2.5 履带设计
履带设计关键利用曲线阵列，拉伸，镜像，倒圆角特征，其结果图38
图38
2.5.1新建零件文件，并命名为：lvdai.
2.5.2选择 FRONT面作为草绘平面为草绘平面，绘制曲线，图39

图39
2.5.3利用拉伸特征，以FRONT面作为草绘平面为草绘平面，绘制草图，拉伸深度为15mm,结果图40

图40
2.5.4将刚刚创建拉伸特征进行阵列，阵列方法为曲线阵列，并以FRONT面为参考面进行镜像，图41、42、43、44

图41

图42

图43

图44
2.5.5利用拉伸特征，以FRONT面作为草绘平面为草绘平面，绘制草图，拉伸深度为10mm，并对其进行曲线阵列，图45、46、47

图45

图46

图47
2.6液压挖掘机爆炸图（使用KeyShot渲染）

图48

图49
2.7液压挖掘机总装配图（使用KeyShot渲染）

图50

图51

图52

图52
三CAE设计
CAE是计算机辅助工程（Computer aided engineering）简称，是利用计算机从事工程分析方法和技术。CAE实质是一个数值计算方法，其作用是估计产品性能，为产品结构优化提供依据和手段。在液压挖掘机中，和铲斗连接连杆很轻易破坏连杆在一个复杂应力状态下工作。它既受交变拉压应力、又受弯曲应力。关键损坏形式连杆关键损坏形式是疲惫断裂和过量变形。通常疲惫断裂部位是在连杆上三个高应力区域。为了简化模型，在CAE设计部分，我将利用anays软件对连杆进行静力学分析，找出连杆微弱步骤。
3. 1问题分析
右图可知，连杆是前臂和铲斗连接件，在液压挖掘机工作时连杆内孔收到两个螺栓挤压。所以，连杆是挖掘机中微弱步骤。依据它工作过程，能够认为连杆两端凸台上下面收到固定约束，连杆受压，力作用区域分别在两内孔一侧。

图54
3.2 确定问题围
挖掘机在实际工作中，连杆受力十分复杂，它既受交变拉压应力、又受弯曲应力。为了简化模型，降低计算机工作量，在此只对连杆进行静力学分析。因为不能确定连杆在实际工作中受力大小，假设连杆两内孔内侧均受到均布力，面载荷为p=1MPa,其弹性模量E=2.067e+11,泊松比为0.3.
图55
3.3 建立有限元模型
因为连杆形状和载荷左右对称，所以采二分之一模型来分析，以降低计算机工作量，最终利用标准格式数据模型文件导入方法在ANSYS中建立有限元模型，图56
3.3.1 建立IGES格式模型文件
经过PRO/E4.0软件建立模型文件，并把文件保留为副本，其模型数据格式为IGES，图57.

图56

图57
3.3.2清空数据库并开始一个新分析, 选择菜单路径Utility Menu > File> Clear &Start New ，图

图58
3.3.3指定新工作文件名(Jobname), 工作文件名可经过菜单进行修改：Utility Menu > File> Change Jobname，图59

图59
3.3.4指定新标题 (Title), 选择菜单路径Utility Menu > File> Change Title，图60

图60
3.3.5指定新工作路径（工作目录） (WorkingDirectory, 选择菜单路径Utility Menu > File> Change Directory，图61

图61
3.3.6 读取IGES格式模型文件
实施Utility Menu<<file<<import<<IGES命令，选择no defeaturing,单击OK。在弹出对话框单击Brows，选择需要导入IGES文件，单击OK完成模型输入操作。CAD模型导入ANSYS后效果图62 所表示。

图62
3.4 实体单元参数设置
3.4.1 定义单元类型
本模型是三维实体， 实施Main Menu<<Proprecssor<<Element Type<<Add/Edit/Delete 命令，在弹出对话框单击Add 按钮，在Library of Element Type 对话框中选择SOLID45.图 63 所表示 图

图63
3.4.2 定义材料属性
零件材料为钢 ,由机械设计手册查得其弹性模量为E X = 2.067 E11、泊松比为0.3(材料属性1) 和滑动摩擦系数MU = 0.36(材料属性2) . 定义材料弹性模量和泊松比：实施Main Menu<<Proprecssor<<Material Props<<Materieal Models 命令， 在弹出对话框Material Modeling Available栏中，依次选择材料弹性模量，泊松比。