飞机CAD-CAM课设-某机口盖课程设计

飞机CAD/CAM课程设计说明书某机口盖课程设计院系 航空航天工程学部 专业 飞行器制造工程 班号 学号 姓名 指导教师 沈阳航空航天大学 2016年12月沈阳航空航天大学课程设计说明书 摘要摘要本次课程设计我对飞机的口盖进行细致的结构分析，首先对飞机口盖的结构进行细致的了解分析，然后再CATIA中进行三维建模，并对零件进行预装配，然后在其中选择一个口盖零件进行模拟加工，生成NC代码。然后进行工程图的导出，完成一次飞机的口盖的数字测绘建模。本文将用图片与文字配合的方式说明，以提高理解。关键词：口盖、数字建模、预装配、工程图、机加。I沈阳航空航天大学课程设计说明书 目录摘要. I第1章 CATIA简介11.1CATIA的发展历史11.2CATIA的模块简介2第2章 某机口盖的结构分析52.1口盖整体结构分析52.2口盖各装配件分析5第3章 三维建模113.1绘制装配件草图113.2装配件的钣金拉伸外形的建立123.3装配件的创成式分割曲面的建立143.4装配零件的零件设计分割163.5装配件的折弯面建模163.6装配件的开孔处理17第4章 三维模型的预装配194.1产品的创建及零件的导入194.2创建约束204.3利用装配特征装配214.4产品的保存22第5章 工程图的创建235.1建立工程图纸235.2建立几何特征235.3投影工程图23第6章 机加零件的数控加工256.1毛料的建立256.2定义 Part Operation256.3定义 Pocketing266.4刀路仿真276.5生成NC代码28附录29总结40参考文献41沈阳航空航天大学课程设计说明书 第1章 CATIA简介1 第1章 CATIA简介1.1 CATIA的发展历史CATIA是法国Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件，Dassault System 成立于1981年，CATIA是法语Conception Assiste Tridimensionnel leInteractive Applique的首字母缩写，同时也是英语Computer Aided Three-dimensional Interactive Application的首字母缩写。在70年代Dassault Aviation成为了第一个用户，Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企业，其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名。从1982年到1988年，CATIA 相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，CATIA软件分为V4版本和 V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX 平台，V5版本应用于UNIX和Windows 两种平台。CATIA如今其在CAD/CAE/CAM 以及PDM 领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认。其销售利润从最开始的一百万美元增长近二十亿美元。雇员人数由20人发展到2，000多人。居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括：从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能已得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。1.2 CATIA的模块简介CATIA软件包括了大量的模块，可以满足各种生产设计要求，其中包括有以下模块：零件设计、装配设计、交互式工程绘图、创成式工程绘图、结构设计、线架和曲面设计、钣金设计、航空钣金设计、钣金加工设计、三维功能公差与标注设计、模具设计、阴阳模设计、焊接设计、自由风格曲面造型、自由风格曲面优化、基于截面线的自由风格曲面造型、基于草图的自由风格曲面造型、创成式外形设计、创成、曲面优化、汽车白车身接合、数字化外形编辑、汽车A级曲面造型、快速曲面重建、创成式零件结构分析、创成式装配件结构分析、变形装配件公差分析、Elfini结构分析、电路板设计、电气系统功能定义、电气元件库管理员、电气线束安装、电气线束布线设计、电气线束展平设计、管路和设备原理图设计、HVAC 图表设计、电气连接原理图设计、系统原理图设计、管线原理图设计、波导设备原理图设计、系统布线设计、系统空间预留设计、电气缆线布线设计、设备布置设计、线槽与导管设计、波导设备设计、管路设计、管线设计、HVAC设计、支架设计、结构初步布置设计、结构功能设计、设备支撑结构设计、厂房设计、数控加工审查、数控加工验证、2轴半加工准备助手、2轴半加工、3轴曲面加工、多轴曲面加工、车削加工、高级加工、STL快速成型、知识工程顾问、知识工程专家、产品工程优化、产品知识模板、业务流程知识模板、产品功能定义、产品功能优化、DMU 漫游器、DMU 运动机构模拟、DMU 空间分析、DMU装配模拟、DMU优化器、DMU工程分析审查、DMU空间工程助手、人体模型构造器、人体模型测量编辑、人体姿态分析、人体行为分析。下面将对本次建模中使用的模块进行详细的介绍。1.2.1 零件设计模块零件设计模块是CATIA中最为基本的模块，该模块中均为较为实用简单的命令，可以进行零件的基本建模，适用于外形较为简单，没有过为复杂的复杂曲面的零件，本次建模中有部分小型的辅助零件在零件设计模块中完成建模，这样做的优点是建模的速度较快，使用较为方便。1.2.2 创成式钣金设计模块创成式钣金设计模块是CATIA中专门为钣金零件设计而编写的一个模块，其特点是其钣金设计的专业性，可以在其中定义钣金件的厚度，然后可以像实际生产中那样对钣金件进行折弯、翻边处理，已达到想要的成型效果，本次课程设计的口盖建模中，绝大多数的工作是在创成式钣金设计模块中完成的，因为飞机多为钣金件，因此，作为飞机零件的口盖自然使用创成式钣金设计模块最为合理，创成式钣金设计模块的特点是，使用方便，专业性强可以较好的完成飞机口盖的建模。1.2.3 创成式外形设计模块创成式外形设计模块，是CATIA中为了满足复杂曲面的设计要求，而专门开发的一个自由的曲面设计的模块，该模块的特点是可以满足复杂的曲面设计，可以建立任意的草图，并且将复杂的草图在空间上任意的拉伸，形成曲面，可以对曲面进行任意的，合理的加厚，这样可以快速的构建起复杂的厚度曲面，无论是效率还是效果，都得到了很大的提升。本次课程设计中，加强条涉及到复杂的曲面设计，因此，在钣金模块中创建较为复杂，因此采用创成式外形设计来进行建模。1.2.4 装配设计模块装配设计是CATIA中进行数字化装配的工程界面，可以在产品生产之前进行数字化模拟装配，这样极大的缩短了产品的胜场周期，提高了了产品的生产效率，由于本次的课设的的任务飞机口盖含有多个零件，因此，我建立了多个零件，并且最终在装配设计中完成了数字化的装配。以此来检验产品数字化建模的合理性，和配合的合理性。1.2.5 DUM Navigator模块DUM Navigator模块是CATIA中进行数字化装配辅助管理的模块，可以提高产品配合装配的效率和速度，本次课设中我的设计任务为飞机口盖，口盖中有大量的对称件，为了加快建模的速度与资源的利用效率，我是用Navigator模块进行零件的镜像处理，和一些装配关系的快速的确定极大的提高了利用效率，和产品的成型效率。1.2.6 加工仿真模块在完成了建模之后，我选择了其中的一个口盖的零件进行了一个走刀的加工仿真，并且生成了NC的走到程序代码，加工模块是CATIA中为了加快产品的生产的速度，而专门为零件的加工设计的一个自动生成走刀代码的一个模块，CATIA的加工模块方便了零件的设计制造，使得以往的走到编程变得可视化，加深了设计者的理解，同时也提高了整体的设计理念。25沈阳航空航天大学课程设计说明书 第2章 某机口盖结构分析2 第2章 某机口盖的结构分析2.1 口盖整体结构分析飞机口盖包括，其结构如图2.1展示的CATIA模型所示。图2.1 口盖整体结构图2.2 口盖各装配件分析该飞机口盖材料主要由硬铝组成，成型方式为钣金成型的方式，采用铆钉打孔连接的方式。2.2.1 口盖外框口盖外框的结构图如图2.2所示。图2.2 口盖外框2.2.2 前部内框前部内框的结构图如图2.3所示。图2.3 前部内框2.2.3 夹紧铆钉夹紧铆钉的结构图如图2.4所示。图2.4 夹紧铆钉2.2.4 销钉快卸锁销钉快卸锁的结构图如图2.5所示。图2.5 销钉快卸锁2.2.5 下脚加强梁下脚加强梁的结构图如图2.6所示。图2.6 下脚加强梁2.2.6 中部加强框中部加强框的结构图如图2.7所示。图2.7 中部加强框2.2.7 方形夹紧板方形夹紧板的结构图如图2.8所示。图 2.8 方形夹紧板2.2.8 上部加强梁上部加强梁的结构图如图2.9所示。图2.9 上部加强梁2.2.9 圆环支撑片圆环支撑片的结构图如图2.10所示。图2.10 圆环支撑片2.2.10 可卸盖子可卸盖子的结构图如图2.11所示。图2.11 可卸盖子 沈阳航空航天大学课程设计说明书 第3章 三维建模3 第3章 三维建模由于飞机口盖多为钣金件组成，因此我飞机口盖的大部分操作在创成式钣金模块中进行，但也用到了创成式外形设计，和零件设计，由于很多的零件的建模方式基本相同，因此在这里，以上加强梁的建模方式来进行举例说明，其他部件的建模方式相似。3.1 绘制装配件草图草图是CATIA三维建模的基本单位，所有的立体图都依赖于草图的拉伸变换，这里我们简述一下草图的绘制。3.1.1 选择草图绘制的基准面根据零件几何形状选择 YZ 平面作为绘制草图的基准面，单击左侧特征树 “ZX平面”，然后按快捷键Ctrl+Shift+Q进入草图编辑，或者点击右侧工具条中草图编辑器按钮 ，进入草图编辑界面。3.1.2 绘制草图在草图操作界面中，利用给定的草图绘制工具：直线、轮廓、圆、修建工具等二维图绘制工具绘制草图，得到如图3.1的草图。图3.1 绘制草图3.1.3 为草图添加约束由于我们绘制的草图为大体上的绘制，没有相应的尺寸，位置也没有完全的确定，因此，此时我们就应该给草图添加相应的约束，来满足我们的尺寸、位置的要求。我们可以用尺寸约束，快捷键Alt+Z，和位置约束，快捷键Alt+G来进行约束，一直打到我们对尺寸位置的要求，也可以点击工具栏的约束工具按钮，尺寸约束按钮，或者位置约束按钮，完成约束。完成约束后如图3.2所示。图3.2 添加约束约束添加完成后，按快捷键Alt+Q退出工作台，也可以点击按钮推出工作台，已完成草图的绘制。3.2 装配件的钣金拉伸外形的建立3.2.1 切换工作界面由于我们采用的是钣金件的成型的方式，因此我们要切换工作界面，切换至创成式钣金的操作界面。切换方式如图3.3所示。图3.3 创成式钣金设计3.2.2 定义钣金参数点击按钮，弹出钣金参数定义界面，如图3.4所示。根据图纸，我们设定板料厚度为2mm，最小折弯半径为1mm，点击“确定”，完成设置。图3.4 钣金参数定义栏3.2.3 板料的拉伸成型点击拉伸按钮，弹出拉伸设置选框，如图3.5所示，拉伸件的总长为1197mm，输入拉伸参数，点击“确认”完成设置。图3.5 拉伸设置选框3.2.4 凸缘的建立由于零件上有两次的折弯，因此要用到4次的凸缘命令完成创建，点击工具栏中的凸缘命令，选择边线作为凸缘生长的边线，如图3.6所示。图3.6 凸缘边线的选择选择完成后，设置凸缘生长总高度为2mm，即为板料的厚度，点击确定，完成凸缘的建模。重复以上的命令3次，共建立4个凸缘，完成两次折弯的创建。得到如图3.7所示的两次折弯的效果。图3.7 两次折弯效果3.3 装配件的创成式分割曲面的建立3.3.1 分割草图的建立采用同上的草图建立方式，在“YZ平面”建立分割草图，如图3.8所示。图3.8 分割草图完成草图的绘制后，退出工作台。3.3.2 切换工作界面因为要制作拉伸面，因此将工作界面切换至创成式外形设计。如图3.9所示。图3.9 创成式外形设计3.3.3 分割面的创建选择拉伸面的命令，创建拉伸面，拉伸长度为30mm，如图3.1所示。图3.10 拉伸面的建立3.4 装配零件的零件设计分割3.4.1 切换工作界面由于要用曲面去分割实体，为了加快分割的效率，选用零件设计工作界面分割，切换工作界面如图3.11所示。图3.11 零件设计工作界面3.4.2 零件分割选用分割工具，选择分割的保留部分，完成分割，如图3.12所示图3.12 分割完成样图3.5 装配件的折弯面建模3.5.1 草图的创建选择零件的上表面作为草图的绘制面，点击草图命令，并对其施加约束，完成草图的绘制。3.5.2 凸台的创建选择绘制好的草图文件，对草图文件进行凸台处理，选择按钮，然后进行凸台的定义，设置凸台的高度为2mm，点击“确定”完成凸台的建立，由此完成了折弯部分的创建。得到如图3.13所示的零件。图3.13 外形零件3.6 装配件的开孔处理3.6.1 草图的创建选择“YZ平面”，点击创建草图按钮，点击创建草图，得到开孔草图。如图3.14所示。图3.14 开孔草图3.6.2 开孔并阵列选择开孔的草图，点击按钮，弹出凹槽设置，选择通孔的方式为直到下一个，如图3.15所示。图3.15 凹槽设置对圆孔进行阵列处理，选择阵列的距离，数量，重复以上的草早3次完成零件的开孔处理，最后对零件的一些位置进行倒角，直到达到图纸的要求为止，最终得到如图3.16的装配零件图。图3.16 零件的最终形状至此，完成了装配件的建模，其他的部件类似，在此不一一举例。沈阳航空航天大学课程设计说明书 第4章 三维模型的预装配4 第4章 三维模型的预装配在完成了飞机口盖的三维建模后，在CATIA的装配设计模块进行装配设计，完成最终的产品的设计。4.1 产品的创建及零件的导入在CATIA中点击切换工作界面，选择装配设计。如图4.1所示。图4.1 装配设计界面新建一个产品文件，点击新建，选择Product，如图4.2所示。图4.2 新建产品在装配设计工作环境下，在Product上单机右键，选择部件现有部件，打开导入现有部件。如图4.3所示。图4.3 导入现有部件由此激活了零件导入界面，如图4.5所示，点击选择部件。图4.5 零件导入界面4.2 创建约束插入第一个部件后点击固定约束 ，对第一个部件进行固定。然后继续插 入部件，这时需要创建约束来确定各零件之间的相对位置。约束工具条如图 4.6所示。图4.6 约束工具合理利用该工具条中相合约束、接触约束、偏移约束等工具，可完成对各装 配件的预装配。利用中心相合的命令来进行装配件的中心位置约束，如图4。7所示图4.7 利用中心相合约束利用表面接触约束来确定装配件的最终的位置，如图4.8所示。图 4.8 利用相合约束4.3 利用装配特征装配由于本次的课设任务为飞机口盖，而口盖中有大量的对称件，因此，keyi 建立一个零件，利用装配特征来进行快速的镜像，加快建模的速度，如图4.9即为利用装配特征快速的建立了零件。图4.