大作业之CADCAMCAE设计实践.doc

CAD/CAM/CAE设计实践 成绩： CAD/CAM/CAE设计实践大作业课 程： CAD/CAM/CAE设计实践 学 期： 20112012学年第一学期 教 师： 陶 林 时 间： 2011 年 11 月 20 日 姓名（学号）： * 年级、专业： 2008级*本 西南交通大学峨眉校区机械工程系单级圆柱齿轮减速器的CAD/CAM/CAE设计1 单级圆柱齿轮减速器CAD/CAM/CAE设计的意义现代化的例如减速器这类产品模具的制造加工业，应以使用模具 CAD/CAE/CAM 技术来实现优质、 高效、低成本的产品生产为目标以适应用户对产品个性化的不断追求。在我国，有许多企业大都凭经验或已经在设计、制造等方面分散使用 CAD、CAE、CAM 单项技术来 实现生产，这种“自动化孤岛”的生产方法已不再适应社会的发展。国外推广CAD/CAE/CAM 技术成功的经验表明：企业取得显著效益，很多是从集成应用中得 到的，而不是单项应用的结果。从CAD/CAE/CAM 一体化的角度来说，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM 协同作业，以便充分发挥各单元的优势和功效。其主要意义体现在如下四个方面：提高产品设计质量；缩短产品开发周期；降低生产成本；提高管理水平。2 单级圆柱齿轮减速器的CAD过程2.1 创建单级圆柱齿轮减速器下箱体2.1.1 首先用“拉伸”、“拉伸剪切”等功能创建减速器下箱体的基体；2.1.2 其次用“拉伸”功能功能创建底座，然后“拉伸”、“拉伸剪切”、“基准轴”、“基准面”、“筋”、“镜像”、“扫描”等功能创建轴承座、加强筋和凸台；2.1.3 再用“孔”、“镜像”、“阵列”等特征创建密封孔和固定孔，再用“拉伸”、“拉伸剪切”等功能创建油排孔。最后用“倒圆角”等功能创建圆角特征。结果如图一所示。图一：完成圆角特征示下箱体意图2.2 创建单级圆柱齿轮减速器上盖2.2.1 首先用“拉伸”、“拉伸剪切”等功能创建减速器上盖基体；2.2.2 其次用“拉伸剪切”、“镜像”等功能创建轴承座；2.2.3 然后用“拉伸”功能创建凸缘；2.2.4 再用“孔”、“阵列”等特征创建密封孔；2.2.5 最后用“倒圆角”等功能创建圆角特征。结果如图二所示。图二：生成圆角特征后上盖示意图2.3 分别创建轴承内圈、轴承外圈、保持架、球形滚子，结果如下图所示。图三：轴承内圈 图四：轴承外圈图五：保持架 图六：球形滚子2.4 创建阶梯轴；2.4.1 首先用“旋转”功能创建阶梯轴基体；2.4.2 然后经过相应的倒角和倒圆角操作后，新建一个基准面，并在这个基准面上创建键槽特征。结果如图七所示。图七：阶梯轴示意图2.5 创建渐开线圆柱直齿轮；2.5.1 由渐开线数学方程式的关系式生成渐开线；2.5.2 用生成的渐开线绘制一个齿槽；2.5.3 再利用“阵列”功能生成其他全部齿轮；2.5.4 经过相应的倒角和倒圆角操作后，再绘制键槽；最终完成圆柱直齿轮的创建。结果如图八所示。图八：圆柱齿轮示意图2.6 创建圆柱齿轮轴，结果如图九所示。图九：圆柱齿轮轴示意图2.7 别创建键、套筒，结果如图十、图十一所示。 图十：键示意图 图十一：套筒示意图2.8 装配深沟球轴承2.8.1 首先将深沟球轴承的内圈添加到装配体中，并用“坐标系”约束将其定位；2.8.2 然后将保持架添加到装配体中，并用“坐标系”约束将内圈和保持架装配起来；2.8.3 再将球形滚子添加到装配体中，并用“相切”和“对齐”等约束将其装配到保持架上；2.8.4 然后用“复制”特征创建剩下的球形滚子；2.8.5 最后将外圈添加到装配体中，并用“坐标系”的约束将其装配到装配体中，完成装配深沟球轴承。结果如下图所示。图十二：完成装配轴承外圈示意图2.9 装配轴组件2.9.1 首先将阶梯轴添加到装配体中，并用“坐标系”约束将其定位；2.9.2 然后将键添加到装配体中，并用“匹配”约束将键装配到阶梯轴上；2.9.3 再将圆柱齿轮添加到装配体中，并用“匹配”约束将其装配到装配体中；2.9.4 最后将套筒添加到装配体中，并用“匹配”和“对齐”等约束将其装配到装配体中，完成轴组的装配。结果如下图所示。图十三：完成装配套筒示意图2.10 装配单级圆柱齿轮减速器2.10.1 首先将箱体添加到装配体中，并用“坐标系”约束将其定位；2.10.2 再用“对齐”和“匹配”等约束将深沟球轴承装配到箱体上，并对深沟球轴承进行阵列以得到其他三个轴承，如图十四所示；2.10.3 然后用“对齐”和“匹配”等约束先后将轴组件和圆柱齿轮轴装配到轴承上；如图十五、图十六所示；2.10.4 最后用“对齐”和“匹配”等约束将箱盖装配到箱体上完成单级圆柱齿轮减速器的装配。结果如图十七所示。图十四：阵列深沟球轴承图十五：装配轴组件图十六：装配齿轮轴 图十七：单级圆柱齿轮减速器装配体3 单级圆柱齿轮减速器齿轮的CAM过程3.1 选择加工系统3.1.1 执行菜单栏中的“机床类型”“铣床”“系统默认”命令；3.1.2 设置加工工件，“属性”“材料设置”，完成相应参数；如下图十八所示图十八：设置材料参数3.1.3 执行菜单栏中的“T刀具路径”“面铣”命令，串联选中齿轮轮廓线回车，弹出的刀具路径的曲面选取对话框。分别对“刀具参数”、“平面铣削加工参数”设置，并按确定。如图所示。图十九：设置刀具加工参数 图二十：设置平面铣削加工参数3.1.4 同理，执行菜单栏中的“T刀具路径”“外形铣削”命令，串联选中渐开线齿轮轮廓线回车，弹出对话框。分别对“刀具路径参数”、“外形加工参数”、“进/退刀向量”、“X轴分层切削”、“Z轴分层削深”设置，并按确定。如图所示。图二十一：设置刀具加工参数 图二十二：设置外形铣削加工参数图二十三：设置进/退刀向量参数 图二十四：设置X轴分层切削参数图二十五：设置进/Z轴分层削深参数3.1.5 复制齿廓外形轮廓加工，并对其更换刀具，然后再进行参数设置。如图所示。图二十六：复制外形参数图二十五：设置刀具路径参数 图二十六：设置外形加工参数图二十七：设置外形铣削的残留加工参数图二十八：生成刀具路径效果图3.1.6 同理，执行菜单栏中的“T刀具路径”“钻孔”命令，“选取钻孔的点”“选取图素”选取中心圆回车，弹出的刀具路径的曲面选取对话框。分别对“自定义刀具”、“钻孔加工参数”、“刀具类型”、“参数”设置，并按确定。如图所示。图二十九：选取刀具类型 图三十：自定义刀具图三十一：设置刀具参数 图三十二：设置深空啄钻-完整回缩参数3.2 后处理（数控代码的输出）点如图所示“G1”后处理图标，出现图形框，勾选即可生成NC代码。附该零件的NC加工代码，其中仅包括开始和最末的部分代码：%O0000(PROGRAM NAME - GEAR )(DATE=DD-MM-YY - 06-12-11 TIME=HH:MM - 21:58 )N100 G21；公制输入N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90；初始化处理，选XY平面，取消刀具半径长度补偿，绝对坐标编程( 8. FLAT END MILL CRB TOOL - 34 DIA. OFF. - 34 LEN. - 34 DIA. - 8. )N104 T34 M6；选择T34号刀具N106 G0 G90 G54 X-4.482 Y57.998 A0. S3200 M3；设置工作零点偏置，主轴正转N108 G43 H34 Z25 ；轴向正刀补，补刀号为H34N110 Z13. ；快速定位到工件表面上方N112 G1 Z7.85 F200 ；直线插补到Z=7.85位置，进给速度为200N114 X.482 F500;直线插补到点x=0.482,进给速度为500N116 X18.433N118 G2 Y54. R1.999N2462 G0 Z3.；快速退刀到Z=3.0的位置N2464 Z100.；快速点定位到安全高度N2466 M5；主轴停止N2468 G91 G28 Z0.；以增量坐标的形式返回参考点N2470 G28 X0. Y0. A0.；返回参考点N2472 M30；程序结束并返回到初始状态%4 齿轮的CAE过程由机械常识可知，齿轮传动的实效主要是齿轮的失败，例如经常在轮齿的齿根部位发生折断。因此在齿轮零件的有限元分析时，可以将齿轮上的一个轮齿作为研究对象。其CAE过程如下：4.1 依次点击“编辑”“属性”“材料”，选择 “steel.mtl”;4.2 启动有限元分析模块，依次点击“应用程序”“Mechanica”，出现并按照如图三十三所示对话框进行设置。图三十三：模型设置对话框 图三十四：出现约束符号4.3 依次点击“插入”“位移约束”，选择任意一轮齿所有曲面和齿轮两个断面；出现的约束符号效果如图三十四所示；4.4 然后依次点击“插入”“力/力矩负荷”，定义荷载，设置各种参数，输入荷载量，得到负载图形，如图三十五所示；图三十五：出现负载符号后的图形 图三十六：划分网格齿轮的有限元模型4.5 建立分析文件，划分网格，效果如图三十六所示；4.6 输出有限元分析文件，保存有限元模型。将后缀为ans的文件可导入ANSYS软件后，即可直接进行有限元求解，可得到应变图和应力图。5 结论从设计中全面分析自己，自己有那些地方做得比较出色，那些地方还有待加强。通过课程设计，我觉得今后我需要加强心理素质的训练。对一些来自外界的压力的舆论要有一定的承受能力。自己的那些缺点是需要改正的就要努力改正，实在改正不了的，如果无伤大雅，就不必刻意要求。对自己的优点和擅长的方面，要有足够的自信，只有这样，今后做任何事情，无论生活上、工作上或者学习上都是有莫大帮助的。加强实际操作能力的培养，今后多多参加社会实践活动。像我们面临就业的毕业生，更加要积极投身于社会的大家庭里，做好吃苦耐劳的准备。调整自己的目标，使自己的目标和现实相对一致，不好高骛远，不坐享其成，脚踏实地地去工作，为自己今后的生活作好铺垫。学生应该养成吃苦耐劳,勤奋好学的习惯,实习期间踏实做好本职工作,利用实习的空余时间学习一些实习期间应该掌握的本领.以提高自己的综合素质.善于总结经验教训,通过实训发现问题,解决问题,为今后的职业生涯扫清一切因自身原因产生的障碍。经过我的努力，此次课程设计顺利地完成了。虽然在设计途中经历了千难万险，但最终在我的不懈努力下，完成了此次设计。课程设计是我们专业必不可少的一项实践训练，同时也是我们迈向社会、从事职业工作前的一个必不可少的一个过程。“冰冻三尺，非一日之寒”，通过这次设计，使我知道了这句话的道理，要想干好一件事，必须持之以恒，有了坚实的基础，才会收获好的结果。其实，进行课程设计也是建立一个坚实的基础，同时也为以后的工作打下了基础。通过设计我掌握了一系列的有关机械工艺规程设计的必要方法，例如：通过工件的具体加工要求，如何选择定位元件与加紧元件等。在设计过程中，我掌握了一些制定零件加工工艺规程的能力和分析解决生产中工艺问题