球面组合件的CAD及CAM设计【毕业论文答辩资料】

需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目 录 【摘 要】 . 1 . 2 第一章 绪论 . 4 术简介 . 4 术的相关研究动态 . 5 . 5 . 7 题的主要内容 . 8 题需解决的问题及将采取的方案 . 8 第二章 球面组合体零件 三维建模 . 9 套零件的三维建模 . 9 心轴的三维建模 .体的三维建模 . 12 兰盘的三维建模 . 15 第三章 球面组合件零件的工艺规程设计 . 17 件的分析 . 17 . 17 . 17 . 18 兰盘零件的分析 . 18 艺规程设计 . 19 坯的确定 . 19 准的选择 . 19 定工艺路线 . 20 床和工艺装备的选择 . 20 工余量的确定 . 21 . 22 第四章 球面组合件零件的 序设计 . 24 建零件加工的刀具路径 . 24 置处理 . 38 第五章 仿真结果 . 40 5.1 统仿真结果显示 . 40 第六章 总结与展望 . 42 结 . 42 望 . 42 参考 文献 . 43 致 谢 . 44 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 球面组合件的 摘 要】 本课题主要任务是运用 件进行 球面组合件 零件的三维建模和数控程序的编制。 型是数控编程的前提和基础，所以本课题首先应根据 球面组合件 零件的零件图在 建模环境下构造零件的三维模型。然后再进行加工工艺分析和规划，主要的工作是：加工对 象的确定、加工区域规划、加工工艺路线规划、加工方式确定等，此项工作在数控编程中极为重要，因为工艺分析的水平原则上决定了数控编程的质量 ， 在加工环境下进行各项工序的加工参数设置、刀具路径生成及刀具路径检验，这也是 件最主要的功能。最后进行的后置处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的刀轨依照规定的标准格式转化为 码并输出保存。 对自动编程生成的数控程序进行检查和修改，在 统中进行加工仿真。 关键词 ：三维建模 ， 数控编程 ，仿真 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 he of is to G of C is C be on G in of is in of in to of of C is a UG in of is G is to to C NC on in 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 第一章 绪论 术简介 术是 制造工程技术与计算机技术相互结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术 1。新技术在制造业的应用，对制造业的制造模式和市场形势产生了巨大影响，促进了生产模式的转变和制造业市场形势的变化。 自 20 世纪 50 年代问世以来，术走完了近半个世纪的发展历程，具有涉及知识门类宽、综合性能强、处理速度快、经济效益 高的特点，是当今先进制造技术的重要组成部分。 术的发展应用，不仅使之成为企业产品设计开发和加工制造的手段和工具，还大大促进了企业的技术进步和管理水平，对国民经济的快速发展、促进科学技术的进步产生了深远的影响。它已成为衡量一个国家和地区科技现代化合工业现代化水平的重要标准之一。 算机辅助设计， 是指工程技术人员以计算机为需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 工具 ,应用自身的知识和经验，对产品进行包括方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等一切设计活动的总称 ； 算机辅助制造， 目前为止尚无统一的定义。一般而言， 指计算机在制造领域有关应用的统称，有广义 狭义 分 。 所谓广义 般是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动。而狭义 常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和 码生成等作业过程。通常 统中的 念是狭义的 由于制造业产品信息相当复杂，要实现企业生产自动化，在分离的 间还需要大量的人工工作，这给企业自动化生产带来了极大的障碍。 集成是解决这个障碍的必然趋势。狭义的 指产品设计（ 工程分析（ 工艺过程设计（ 数控加工编程（ 分布式数据库及系统接口和数据交换标准的组合。而广义的 有更加广泛的内容，它实现了从产品设计到制造的所有功能 2。 术的应用：航空航天、造船、机床制造、汽车都是国内外应用 先是用于飞机、船体、机床、汽车零部件的外 行设计；然后进行一系列的分析计算，如结构分析、优化设计、仿真模拟；最后根据 几何数据与加工要求生成数控 程序 。 术的相关研究动态 术的发展 1963年，美国教授 标志着 1952年美国 决了复杂零件的加工自动化，促使了数控编程技术的发展。 20世纪 50年代中期， 提出了被加工零件的描述、刀具轨迹的计算、后置处理及数控指令自动生成等 次以后， 过去的几十年中， 个主要发展阶段。 （ 1） 20世纪 50年代至 20世纪 60年代的兴起阶段 （ 2） 20世纪 60年代前期的研制试验阶段 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 （ 3） 20世纪 60年代中期到 20世纪 70年代中期是商品化阶段 （ 4） 20世纪 80年代迅速发展的阶段 （ 5） 20世纪 90 年代后期的成熟壮大阶段 经过近 30年的发展，模具 统由开始的二维系统发展成以实体造型、基于特征设计和 不断将人工智能 (术和计算机网络技术引入这一领域，使系统逐步向智能化、自动化和网络化的方向迈进 3。近几年，随着计算机和数控技术的飞速发展， 泛应用于航空航天、汽车、机械、模具制造、家电、玩具等行业。特别是 得 4。 我国经过近几十年的发展， 展，已被广泛用于我国企业；我国 是整体来说，我国目前 场化程度都与发达国家尚有不小差距。例如：不少企业对 而使 没有针对性的软件，一般都是使用通用性软件 5。 机械零件数控加工程序的编制是数控加工的基础，也 是 前，应用 具选择、加工参数的设定、刀具轨迹的计算、后置处理、加工模拟等数控编程的整个过程。 当前数控技术正发生根本性的变革，由专用型的封闭开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展，已形成数控系统的开放化、 放式数控系统是伞模块化的系统结构，模块组件具有互换性、伸 缩性、互操作性、可移植性 6。 现在的数控编程研究有以下两个重点： (1) 刀具轨迹的生成： 数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，再将其离散成为刀位点，经后置处理产生数控加工程序。目前在数控加工中存在着如下一些走刀模式：参数线法、平行截面线法、需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 等距离偏置法、空间填充法。这为编程人员提供了许多选择的余地，如 外基于特征的刀具轨迹生成方法研究还处于起步阶段；高速加工止在流行，而适应高速加工的数控编程技术还处于进一步发展中，特别是如何生成有效的 (2) 数控仿真： 目前数控切削过 程仿真分为几何仿真、力学仿真两个方面。几何仿真可以减少、消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具与刀具破坏、零件报废等问题。更为重要的是可以减少产品从设计到制造的时间降低生产成本。切削过程的力学仿真属物理仿真范畴，它通过仿真切削过程的动态力学特性预 刀具破损、刀具振动、主轴振动、控制切削参数，从而达到优化切削的目的。 目前，市场上较为著名的工作站型 、 些软件除了具有通常的交互定义、编辑修改，进行复杂三维形面的加工 编程之外，还具有较强的后置处理环境。 （ 1） 几何造型 （ 2） 加工工艺分析 （ 3） 刀具轨迹生成 （ 4） 刀具验证及刀具轨迹的编辑 （ 5） 后置处理 （ 6） 数控程序的输出 国 术存在的主要问题 我国 术的应用依然存在着许多不足 ,如 : 1)不少的企业对 认识还仅仅停留在绘图阶段 ,从而使 生的效益尚未得到充分发挥。 2)件应用人员参差不齐 ,不能让 件得到的高效率应用。 3)在引进 术时存在着盲目性倾向。 4)引进的 统的二次开发跟不上 ,致使引进软件的效率不能完全发挥。 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 5)国内 术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期 ,自主开发 统商品化程度不够高 ,功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。 题的主要内容 本次设计主要是利用 件完成球面组合件的结构设计，针对其各零件进行数控工艺设计，编制工序卡一套，利用 数控加工模块作数控程序一套，要求能在 统上进行加工。 通过对课题及图纸的分析，本次设计的主要任务是完成对要求装配件的三维设计及对组 合件中的零件进行加工。零件类型涉及轴、套、盘三大类。几何形状有： V 形槽、非圆弧曲面、锥度、直槽等，它们的形成都是以拼合的方式组成。从装配图可看出件与件、尺寸与尺寸之间环环相扣，相互联系，相互制约。通过分析每个零件在装配图中的结构关系，可以知道所加工的每一个零件，每一个尺寸和每一项精度在部件中的作用，以及影响装配部件功能和精度的因素，以便制定出合理的加工工艺和方法。 题需解决的问题及将采取的方案 分析题目中球面组合件零件，本次设计主要需解决以下问题： （ 1） 非圆曲线及特种螺旋曲线的加工 （ 2） 加工基准的选择 和基准的转换，以及建立辅助的加工基准 （ 3） 加工中使用刀具的选择 （ 4） 零件的加工精度对装配精度的影响原因分析 （ 5） 涉及相关尺寸链零件的加工 （ 6） 异形零件的加工 （ 7） 误差分析 （ 8） 加工工艺和加工方法的拟定 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 第二章 球面组合体零件 三维建模 套零件的三维建模 题目所给轴套为简单回转体零件 ， 难点在于曲线的建立。 1 启动【 【开始】【程序】【 X 【 2 新建模型：【文件】【新建】【模型】，文件名为 进入草图环境，以 面为草绘平面，绘制除余弦曲线以外的回转体轮廓。 如下图所示，完成草绘。 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 1 轴套草绘 题目所给余弦曲线方程为 Z=t/10 X=6*t)+34 (t=0) 通过规律曲线建立曲线，具体操作步骤如下： （ 1）通过菜单【工具】【表达式】，输入变量 t=0,变量 t 是内部系统变量（ t=01） ; xt=t*(10 建立 x 的表达式，定义了曲线绘制范围； *t)+34 建立 y 的表达式，定义 了曲线的变化规律 ,定义 0。 参数表达式结果如图所示： 图 2 参数表达式 （ 2）通过菜单【插入】【曲线】【规律曲线】按钮 ，单击【根据方程】 按 钮，单击确定按钮，确定 t 为定义 x 的参数表达式，单击【确定】按钮，确定 数表达式为 【规律曲线】对话框中单击【根据方程】按钮 ，确认 t 为定义 y 的参数表达式，确认 数表达式为 在【规律曲线】对话框中单击【根据方程】按钮 ，确认 t 为定义 z 的参数表达式，确认 数表达式为 忽略定位方式，单击【确定】 ，在 面出现余弦曲线，选中曲线，右键，选择移动曲线，方式为点到点，定位曲线。如图所示： 图 3 轴套完整截面 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 单击 ，选择上图为截面， x 轴为旋转轴，得到轴套零件。如图所示 图 4 轴套实体 4 添加螺纹：通过菜单【插入】【设计特征】【螺纹】，螺纹类型选择详细，输入相关螺纹参数。 图 5 螺纹参数 心轴的三维建模 题目所给偏心轴 ， 有两个偏心，两个偏心在 180。 方向位置允许偏差 1。 。 1 启动【 【开始】【程序】【 X 【 2 新建模型：【文件】【新建】【模型】，文件名为 进入草图环境，以 面为草绘平面，绘制左边非偏心回转体轮廓。 如下图所示，完成草绘。 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 6 偏心轴左边轮廓 单击 ，选择上图为截面， x 轴为旋转轴，得到轴类零件。依次绘制左边第一个偏心、非偏心部分和第二个偏心，分别回转，选择所绘图形为截面， x 轴为旋转轴，得到偏心轴。 4 添加螺纹：通过菜单【插入】【设计特征】【螺纹】，螺纹类型选择详细，输入相关螺纹参数。 图 7 螺纹 参数 最终得到偏心轴如图所示： 图 8 偏心轴实体 体的三维建模 题目所给本体在回转体零件基础上，在圆弧面上添加了圆弧螺旋槽 ， 平面特征及轴向孔特征，同轴套一样有一段余弦曲线，难点在于曲线的建立及运用扫掠得到圆弧螺旋槽。 1 启动【 【开始】【程序】【 X 【 2 新建模型：【文件】【新建】【模型】，文件名为 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3 进入草图环境，以 面为草绘平面，绘制除余弦曲线及平面以外的回转体轮廓，完成草绘。添加余弦曲线 ，余弦曲线方程为： Z=t/10 X=6*t)+34 (0=t=添加步骤同轴套零件添加余弦曲线一样，得到回转截面如图所示： 图 9 本体截面 4 添加螺纹：通过菜单【插入】【设计特征】【螺纹】，螺纹类型选择详细，输入相关螺纹参数。 图 10 螺纹参数 5 在圆弧面上建立圆弧螺旋槽 先要建立圆弧螺旋线，分别草绘圆弧螺旋线的规律曲线，和控制规律线。 如图所示： 图 11 圆弧螺旋线规律曲线及控制线 通过菜单【插入】【曲线】【螺旋线】进入，为了使切出的槽完 整，控制规律需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 线长为 33及螺距的定义见下图， 图 12 螺旋线参数 “半径方法”选择使用规律曲线，出现规律函数选项，选择根据规律曲线按钮 图 13 规律函数选项 选择圆弧线为规律曲线，单击【确定】按钮后选择投影直线为规律控制线，调整正确的方向，得到圆弧螺旋线 ,如下图： 图 14 圆弧螺旋线 在螺旋线的垂直平面内绘制直径为 6圆 ,单击【扫掠】按钮 ，选择 6弧螺旋线为引导线，单击【确定】，得到零件图为 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 15 扫掠后的本体实体 单击 按钮，目标选择大的回转体， 刀具选择扫掠的到得实体，通过 得到平面，通过 得到垂直于轴的两个孔。最后的零件图为 ： 图 16 本体实体 兰盘的三维建模 题目所给法兰盘为简单回转体零件。 1 启动【 【开始】【程序】【 X 【 2 新建模型：【文件】【新建】【模型】，文件名为 进入草图环境，以 面为草绘平面，忽略法兰盘量端面圆弧面，绘制回转体轮廓。得到零件如下图所示： 图 17 法兰盘初步实体 4 在大圆端面 绘制 102 的圆，并在其垂直面内绘制圆弧曲面截面，如图所示： 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 18 扫掠截面与引导线 单击【扫掠】按钮 ，选择曲线截面为截面，圆为引导线，单击【确定】，得到零件，同本体零件中的圆弧螺旋槽一样，法兰盘也通过 命令得到圆弧曲面。用同样的方法的到大圆另一端面的圆弧曲面。最终零件图如下： 图 19 法兰盘实体 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 第三章 球面组合件零件的工艺规程设计 件的分析 套零件的分析 轴套位于组合件的左端，同 4 钢球、（两圈） 6 钢球（一圈）、偏心轴、本体和顶杆装在一 起，轴套与偏心轴以螺纹连接，转动轴套带动偏心轴一起转动，保证顶杆的精确移动，轴套是比较关键的零件。 从零件图上可以看出，该轴套的总长为 大外径为 80端外表面及内孔均有 圆弧面，同时左端还有由一段余弦曲线构成的曲面，轴套右端内孔呈阶梯状，外圆有两段带有锥度，同时有 圆弧面。 轴套左边 80 ， 这是两个比较重要的加工面，表面粗糙度为 时左端圆弧面及右边长锥面要和法兰盘及本体配合，表面粗糙度值也要求为 余表面粗糙度为 工表面之间有着一定的形状和位置要求： 1左端 圆弧面对右边 的中心的球面跳动公差为 2 左端 55 的中心对 的中心的同轴度公差为 3 圆弧曲面右端面对 的中心的垂直度公差为 4 右端 36和 的中心的同轴度公差为 5 长锥面对 的中心的跳动公差为 心轴零件的分析 偏心轴零件比较简单，有两个偏心，要求两个偏心距为 2 个偏心在 180方向位置允许偏差 1 。零件总长为 52大外径以最大偏心来算为 33。除与轴套相配合的 表面粗糙度要求为 余表面粗糙度为 中， 级精度。 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 体零件的分析 本体零件位于组合件的中部，要求与轴套及法兰盘相配合， 是比较关键的零件。 从零件图上可以看出，该零件的总长为 149大外径为 81，左端为由一段余弦曲线构成的曲面，余弦曲线的方程同轴套的一致，左端还有一段长为 22圆弧螺旋槽，零件右端由锥面和阶梯组成，最小端还有一段内螺纹。 本体零件右边 的右端 ， ， 这是两个比较重要的加工面，表面粗糙度为 体零件要与多个零件相配合，左端的内孔和斜度为 20的锥孔与轴套相配合，表面粗糙度为 时右端锥面和 表面与法兰盘先配合 ，表面粗糙度为 边 的表面 和法兰盘配合，表面粗 糙度值也要求为 余表面粗糙度为 工表面之间有着一定的形状和位置要求： 1左端 和 36 的孔对 中心的同轴度公差为 2 圆弧曲面左端面对 的中心的垂直度公差为 3 右端 的中心对 的中心的同轴度公差为 4 右端 和 的中心对 的中心的同轴度公差为 5 两段锥面对 的中心的跳动公差为 兰盘零件的分析 从零件图上可以看出，法兰盘的总长为 32大外径为 128。法兰盘大端两端面有对称的圆弧曲面。 从装配图看法兰盘要与本体及轴套相配合，其中法兰盘右端面要求与轴套左边 80的左端配合时有严格的装配间隙为 面粗糙度为 时 本体零件右边 的右端面要求与法兰盘配左端面合时有严格的装配间隙为 ，这是两个是比较重要的加工面，表面粗糙度值也要求为 兰盘的内孔要求和本体相配合，需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 配合接触的圆柱面及圆锥面表面粗糙度为 轴套相配合的有端的内锥孔表面粗糙度也要求为 余表面粗糙度为 工表面之间有着一定的形状和位置要求： 1左端 和 的轴线对 中心的跳动公差分别为 2 法兰盘左端面对 的中心的端面跳动公差为 3左边圆锥内孔对 的中心的圆锥跳动公差为 4 法兰盘右端面的平面度公差值为 的中心的端面跳动公差为 5 右边圆锥内孔对 的中心的圆锥跳动公差为 6 两对称圆弧对对称中心的对称度公差为 艺规程设计 坯的确定 题目给定的组合件中的各个零件均是 45 钢，无热处理要求，仅加工出来即可。所以毛坯都选择为棒料。 查表 4 棒材外径和端面的切削加工余量，由零件的长度、零件外径及零件表面粗糙度得个零件毛坯尺寸见下表 表 1 组合件零件毛坯参数 项目 零件名称 长度 直径 轴套 98 85 偏心轴 54 38 本体 153 85 法兰盘 36 140 准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，在本题中，最主要体现在得到要求的尺寸精度及表面粗糙度。 1 粗基准的选择 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 由于本题所要加工的零件均为轴类零件，毛坯又都选择为棒料，以外圆作为粗基准完全合理，使用三爪自定心卡盘可以实现限制五个自由度，零件虽不完全定位，但不对加工产生影响。 2 精基准的选择 本题所给零件的加工精基准均可选择已加工的外圆表面，具体以那一段外圆为精基准，视零件的具体加工而定。 定工艺路线 制定工 艺路线的出发点，是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。 实际的加工生产中，批量小时往往采用通用机床上工序集中地原则，批量大时既可按工序分散原则组织流水线生产，也可利用高生产率的专业设备按工序集中原则组织生产。本题选择数控车床及数控铣床来加工零件，又是单件生产，所以采取工序集中原则。数控车床与普通车床不同，但是也存在相似之处，加工方法可以参考传统机床的标准，查表 外圆表面加工的经济精度与表面粗糙度，得外圆表面的加工可以选择粗车半精车，转换到数控车床上则为粗车精车， 查表 内圆表面加工的经济精度与表面粗糙度，根据零件的加工要求，选择钻扩粗镗精镗的加工方法。 轴套的工艺路线 工序 1 夹毛坯一端，粗车毛坯，调头装夹，平端面，粗车右边外轮廓，钻 12通孔，调头装夹，平端面至总长，粗车左边外轮廓，粗镗左边内孔及内圆弧面 工序 2 时效处理 工序 3 夹左端，半精镗右边内孔，调头装夹，半精镗左边内孔，夹左端，精镗右边内孔，精车右边外轮廓，车螺纹，调头装夹，精镗左边内孔，精车左边外轮廓，切内槽 具体的工艺方案见附件机械加工工序卡片。 床和工艺装备 的选择 从零件结构分析得知，零件的加工绝大部分能在数控车床上完成，少部分曲面加工要借助于数控铣床。 需 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 在数控车床上加工的零件除偏心轮需设计专用夹具外其他几个零件的加工都使用通用的三爪自定心卡盘。 从零件加工要求来看，选择通用量具量仪，清单如下： 表 2 测量使用量具清单 序号 名称 规格 精度 1 外径千分尺 游标卡尺 0 200 深度游标卡尺 0 200 万能角度尺 0 320 2 6 螺纹塞规和环规 g、 g 刀具清单如下： 表 3 加工使用刀具清单 序号 名称 规格 1 钻头 6、 12、 20、 50、 14、 30、 35、 外圆车刀 3 外切槽刀 刀宽 4、 刀宽 3、刀宽 6 4 外三角螺纹车刀 5 内三角螺纹车刀 6 盲孔镗刀 7 内切槽刀 刀宽 4 8 球铣刀 3 本次加工使用的车刀具均为涂层硬质合金车刀 械加工余量的确定 表 用金刚石刀精车外圆加工余量，由各零件的毛坯德材料为刚，毛坯的长度与直径，在表中查出