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1、 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：
2、 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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、 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 G
10、96 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
11、 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
12、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
13、 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
14、 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
15、 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
16、 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
17、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.
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