CAD CAE CAM课程设计.doc

成绩：

《CAD/CAM/CAE设计实践》课程设计

　　　　　　课 程： CAD/CAM/CAE设计实践
　　　　　　学 期： 2013～2014学年第一学期
　　　　　　教 师：
　　　　　　时 间：
　　　　　　姓 名：
学 号：
年级、专业：

西南交通大学

立式钻孔机的CAD/CAM/CAE设计
1、 立式钻孔机简介
1.1、立式钻孔机的工作原理
1.1.1、工作原理
立式钻孔机动力来源于电机，通过电带动电机产生转动。因而与电机相连的皮带轮即发生相应转动，此转动通过传动轴上不同传动比的齿轮的作用，实现变速。而立式钻孔机侧面具有调节转头上下移动的装置，通过其顺时针或者逆时针的相应转动，即可使得转头进行上下移动。因此对于在一定厚度范围内的物体，通过将其置于载物台固定，转头旋转之后进行上下移动，即可实现对于一定厚度范围内的物体的钻孔。
1.1.2、应用领域
立式钻孔机广泛运用于各种工厂的钻孔作业中，并且主要用于加工较小较薄的产品。产品材料包括木质，塑料，钢铁等，多种多样。加工的产品类型多样，涵盖重轻工业，航空，车辆等等。可以说，立式钻孔机与我们日常生活息息相关，常见而运用广泛。
1.2、立式钻孔机国内外研究情况
打孔技术起源于我国。根据古书《川盐纪要》记载，我国早在2200多年前的秦代就开始利用钻探技术凿井取盐。早期的打孔机是由人力驱动的简单冲击式机械，经长期不断演变、发展，成为现代具有机动动力驱动的各种冲击式钻机。而本文所述的立式钻孔机为手动钻孔机，它包括一个手动传递机构，一个轴向进给机构，一个导向机构，一个间隙调整机构。产品密封性能良好，工作稳定，劳动强度低、可一机多用。而目前立式钻孔机技术在国内外都已达到成熟，各方面性能都相当稳定。 
2、 立式钻孔机产品的装配
立式钻孔机的结构分析
proe建模，绘制成的立式钻孔机的装配图和爆炸图如图2-1和图2-2所示：

图2-2 立式钻孔机的装配图 图2-2 立式钻孔机的爆炸图
连接：由装配图、爆炸图的组合可看出，两半外壳之间通过螺钉螺母连接，电动机与固定平板通过螺钉连接，固定平板与外壳也如此。两皮带轮通过皮带连接，而两皮带轮的固定通过键槽与其外部的固定装置。轴承与外壳通过嵌入，齿轮与转动轴之间有键槽，通过轴本身与固定套进行固定。主轴上下移动通过把手旋转装置对主轴进行上下拨动。固定板与光轴之间通过旋转固定。底座与光轴，外壳与光轴都通过加强套进行固定，由螺钉螺母进行连接。外壳中的连接多通过齿轮的传动和轴承进行连接。
装配：由装配图、爆炸图的组合可看出，底座、加强套、螺钉、螺母之间通过两个轴对齐，面配合即可装配。外壳、加强套、螺钉、螺母之间，电机、固定板、螺钉之间同理。外壳与轴之间通过一个轴对齐，一个面对齐进行装配。轴，键，齿轮之间通过一个轴对齐，三个面配合进行装配。而它们与外壳之间则通过一个轴对齐，一个面对齐进行装配。两个皮带轮与皮带之间通过一个相切，一个轴对齐，一个面对齐进行装配。把手，齿轮轴之间通过螺钉连接，装配方式为一个轴对齐，一个面配合。装配方式大致如此。
利用CAD软件绘制一轴的工程图，如下图所示：
3、传动轴零件的CAM过程
3.1、绘制加工轮廓线
打开Mstercam X5软件，在绘图区底部的属性栏中单击“平面”，从中选择“H车床半径”|“设置平面到+X+Z相对于您的（WCS）”，接着绘制传动轴的外轮廓线，如图3-1所示：

图3-1 传动轴外轮廓线
3.2、选择机床系统
在菜单栏中选择“机床类型”|“车床”|“默认”命令。
3.3、设置工件素材
在刀具路径操作管理器中，进行材料设置，如图3-2所示：

图3-2 工件材料
3.4车右端面
在菜单栏中选择“刀具路径”|“车端面”命令，进行刀具参数设置，如图3-3，图3-4所示，完成生成车端面的刀具路径如图3-5所示。

图3-3 车端面刀具路径参数

图3-4 车端面参数

图3-5 车端面刀具路径
3.5、粗车右半边工件
在菜单栏中选择“刀具路径”|“粗车”命令，设置刀具等参数，完成生成粗车的刀具路径如图3-6所示：

图3-6 粗车刀具路径
3.6、精车右半边工件
在菜单栏中选择“刀具路径”|“精车”命令，设置刀具等参数，完成生成精车的刀具路径如图3-7所示：

图3-7 精车刀具路径
3.7、左半边工件的车端面、粗车、精车加工
与右端加工进行同理操作生成总的刀具路径，如图3-8所示：

图3-8 总刀具路径
3.8、加工键槽
在菜单栏中选择“机床类型”|“铣床”|“默认”命令，铣2个键槽，加工键槽刀具路径如图3-9所示：

图3-9 键槽加工路径
3.9、进行验证加工
加工后的工件如图3-10所示：

图3-10 加工完成图
3.10、主要的程序段（程序截取前10句）

%
O0000 程序命名为0000
G21 毫米单位输入
G0 T0101 快速移动定位，换1号刀，刀具的补正号是1
G18 选择XZ平面
G97 S1919 M03 主轴正转，恒转速为1919r/min
G0 G54 X45.618 Z150. G54调用工件坐标系，刀具快速移动到坐标点X45.618，Z150.
G50 S3600 G50设置工件零点，主轴转速3600r/min
G96 S275 G96恒线速控制，设定切削速度(线速度)为275
G99 G1 X-1.6 F.2 G99每转进给量0.2mm/r，工进到点X-1.6
G0 Z152. 刀具迅速移动到Z150，X22.9的位置
X22.9

表1 工艺过程卡片
西南交通大学
机械加工工艺过程卡片
产品型号

零件图号

产品名称
金刚石钻孔机
零件名称
传动轴
共

页
第
1
页
材 料 牌 号
45钢
毛 坯 种 类
棒料
毛坯外形尺寸
Φ30×150
每毛坯件数
1
每 台 件 数

备 注

工
序
号
工 名

序 称
工 序 内 容
车

间
工

段
设 备
工 艺 装 备
工 时
准终
单件
1
铸造
铸造毛坯

2
热处理
退火（消除内应力）

3
车
粗车左端面钻中心孔，粗车各圆柱面留精车余量

CA6140
三爪卡盘

4
车端面
粗、精车右端面

CA6140
三爪卡盘

5
车
工件换边夹住，粗车各圆柱面 倒角

CA6140
三爪卡盘

6
车
精车左端各圆柱面到要求

CA6140
三爪卡盘

7
铣
铣轴上的2个键槽以达要求

XK6140
机械式平口钳

8
去毛刺
去除全部毛刺

钳工台

9
终检
按零件图样要求全面检查

设 计（日 期）
校 对（日期）
审 核（日期）
标准化（日期）
会 签（日期）

小明

2013-12-20
2013-12-21

标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
标记
处数
更改文件号
签 字
日 期
表2 工序卡片

机械加工工序卡片
产品型号

零件图号

产品名称
金刚石钻孔机
零件名称
传动轴
共 页
第 页

车间
工序号
工序名
材料牌

1

45钢
毛坯种类
毛胚外形尺寸
每毛坯可制作件数
每台件数

设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数

车床、铣床
CA6140、XK6140

夹具编号
夹具名称
切削液

工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
描图

工步号
工 步 内 容
工 艺 装 备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/r
切削深度mm
进给次数
工步工时
描校
机动
辅助

1
车右端面
三爪卡盘
800

0.5
1

2
粗车右边各圆柱面
三爪卡盘
800

0.2

3
精车右边各圆柱面
三爪卡盘
1000

0.1
0.2

4
车左端面
三爪卡盘
800

0.5
1

5
粗车左边各圆柱面
三爪卡盘
800

0.2

6
精车左边各圆柱面
三爪卡盘
1000

0.1
0.2

7
铣键槽
机械式平口钳
800

0.5
2

底图号

装订号

设计（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）

标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2013-12-20
2013-12-21

4、传动轴零件的CAE过程
先定义材料（STEEL），对轴进行材料分配（STEEL），接着进行约束和施加载荷，对键槽施加X方向的力550N，结果如图4-1所示：

图4-1 分配材料并约束施加载荷

点击“分析和研究”，如图4-2所示，点击文件→新建静态分析，按绿旗运行按钮，运行结束后，按“查看设计研究或有限元分析结果”，查看应力、应变分析得结果如图4-3，图4-4所示：

图4-2

图4-3 轴的应力

图4-4 轴的应变

由图4-1和图4-2可知，最大受力在轴小端键槽与键连接处，最小受力在轴端部，查机械设计书，可得材料45钢的直径小于100mm的轴的许用弯曲应力=55，由于，由图可知满足工作要求。
5、结论
通过对立式钻孔机产品的CAD/CAM/CAE设计，缩短了产品设计周期，降低了设计成本，设计阶段就可以清楚地掌握其加工方式和力学性能，避免一些简单的错误，有利于立式钻孔机的批量生产。
6、参考文献
1、濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社.2006,5.
2、刘国华，李德溥，张海兵.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 产品设计行业应用实践.机械工业出版社.2010,3.