LW01-115@飞机减速系统壳体类零件三维设计与加工仿真
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机械毕业设计 论文
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LW01-115@飞机减速系统壳体类零件三维设计与加工仿真,机械毕业设计 论文
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西北 工业大学 明德学院2010级 本科生 毕业设设计 答辩 机电工程系 nts 题目 ： 飞机减速系统壳体类 零件 三维 设计与加工 仿真 专业名称：机械设计制造及其自动化 指导老师：高云龙 学生姓名：吴江波 nts任务 ：根据图纸利用 catia软件建立三维模型，并完成模拟加工及NC数控程序。 nts论文工作安排 第一章 绪论 第二章 零件分析与 加工 流程 第三章 零件三维建模设计 第四章 零件的仿真加工 第五章 总结、致谢 nts第一章 绪论 1.1 选题的背景 1.2 课题研究的目的意义和主要内容 nts1.1 选题的背景 制造业是一个国家经济发展的基础，当今世界任何经济实力强大的国家都拥有发达的制造业，美日德英法等国家之所以被称为发达国家，很大程度上是由于他们拥有世界上最发达的制造业。 现阶段我国机械制造业较落后。一些精密的 、复杂 的 、长寿命的零件每年仍需大量进口。为使我国机械制造业有较大发展，一些特殊零件的研究应得到足够的重视。 nts 本课题以箱体模型为研究对象，一方面通过 CATIA软件建立零件的实体模型，通过数控自动编程规划刀具路径， 再 经过后置处理生成适用于相应机床的 数控 程序。高效高质量得生成加工程序，从而大大提高加工效率，缩短开发周期，降低生产成本。 nts。 1.2 课题研究的目的意义 和主要内容 本次毕业设计主要就飞机减速系统壳体类零件实体建模与 模拟加工 进行研究。在对本课题的研究中，根据航空发动机复杂壳体类零件的结构特点，利用 切割的 思想，实现三维建模，进而进行加工 模拟及 NC编程 。 nts 在整个设计过程中 ,我们将加深对零件结构的认识；认真分析零件图 ,可以培养我们独立识图能力 ,增强我们对零件图的认识和了解 ,通过对零件图的绘制 ,能增强我们的绘图能力和运用 CATIA 软件的能力。为以后的工作奠定了基础。 nts 由于在学校期间我们没有接触过 CATIA软件，所以在本次实际过程中需要我们自学此软件，锻炼了我们的自学能力，为以后工作奠定了基础。可以说这次设计是我们能够更好地适应社会不可缺少的经历。 nts第二章 零件分析与 加工 流程 2.1 零件图分析 2.2 加工流程 nts2.1 零件图分析 nts 分析零件图 可知： （ 1）该零件包括曲面、孔、型腔等结构，形状比较复杂， 但是建模是一些典型特征的组合， 可以通过草图 ，以及基于草图的凸台 、 旋转槽 、钻孔、 凹槽、倒角、倒圆角 等等常用命令进行造型。 nts2.2 加工流程 由于零件比较复杂，一次装夹不能够满足加工要求，同时为了减少多次装夹带来的误差，采取两次装夹来完成零件的加工 。 由于 零件涉及到斜孔 ， 采用 五轴 加工来 满足加工要求。 nts 先铣出燕尾（如右图），加工时用燕尾夹具装夹。 nts加工过程分 两道工序： （ 1）加工右图中蓝色部位。 nts （ 2）加工如图中蓝色部位，此过程中底部对角孔定位，剩余两孔夹紧。 nts基准的选择 （ 3） 在整个加工过程中，选择右图中红色底面所在的平面为基准，这样可以避免多次基准选择带来的不必要误差。 nts第 三 章 零件三维建模设计 此零件虽然比较复杂，但是它完全是有一些特别典型的基本特征组合而成的，比如凸台、凹槽、旋转槽、钻孔、倒角、倒圆角。 建模 堆积 切割 nts零件模型 nts第四章 零件的仿真加工 零件及毛坯 刀路仿真 加工效果 后处理 nts零件及毛坯 nts刀路仿真 nts加工效果 nts后处理 nts生成程序 nts第五章 总结、致谢 这次毕业设计在软件运用方面和论文排版上我遇到了很多问题，通过老师的指导及伙伴的讨论终于顺利完成了。 这几个月我受益匪浅，非常感谢高老师在技术方面的指导以及侯老师在论文排版上的帮助。 nts 最后我非常感谢在场的各位老师在这个炎热的夏天不辞辛苦来指导我的毕业答辩。 老师你们辛苦了！ 谢谢你们！ nts我的解说到此结束 谢谢大家 ! nts 1 外文翻译 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 吴江波 指导教师 高云龙 毕业时间 2014.6 nts 2 飞机减速系统壳体类零件三维设计 与 加工仿真 CATIA 是由法国著名飞机制造公司 Dassau1t 开发并由 IBM 公司负责销售的CAD/CAM/CAE/PDM 应用系统， CATIA 起源于航空工业，其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过 CATIA 建立起了一整套无纸飞机生产系统，取得了重大的成功。 围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的 CATIA V5 版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。作为世界领先的 CAD/CAM 软件， CATIA 可以帮助用户完成大到飞机小到螺丝刀的设计及制造，它提供了完备的设计能力：从 2D 到 3D 到技术指标化建模，同时，作为一个完全集成化的软件系统， CATIA 将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合，为用户提供严密的无纸工作环境从而达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果 。 CATIA 由法国达索公司开发， IBM 公司负责全球市场销售及售后技术支持。达索公司自 1981 年成立，目前已拥有 1,300 多雇员，其中软件开发工程师占 900多人，每年有两次新产品发布，为当今全球最大的 CAD/CAM/CAE/PDM 软件开发商。CATIA 的用户遍及全球的汽车、航空 航天、造船、机械制造、家用电器等各个领域，用户超过 9000 家，总装机数达 100,000 套 。达索公司强大的财力后盾为CATIA 新产品开发提供了有力的保障，使先进的产品和功能可 源 源不断地提供给用户； IBM 作为全球最大的计算机信息系统厂商，以其强大的技术支持力 量 、久誉盛名的售后服务，帮助众多的 CATIA 用户取得了成功。 IBM 工程技术解决方案部 (Engineering Technology Solutions Unit-ETS)是一支具有丰 富 经验的 CATIA 全球专业技术支持队伍。这支队伍拥有 1,000 多名 CATIA 工程师，他们在对全 球 客户进行支持的同时，也将各行各业的需求和经验反馈回 CATIA 的开发部门，使 CATIA 得 以 迅速地推出满足用户今天和未来nts 3 需求的优秀产品。 IBM 大中华地区的 ETS 技术支持队伍也在迅速发展、壮大， IBM/ETS 支持队伍与 IBM 的 CATIA 代 理一起以北京、上海、广州、香港和台北为中心，对大中华地区的 CATIA 用户提供优质快 捷 的服务。 IBM 还在悉尼设有 CATIA 亚太技术支持中心，为 亚太区的 CATIA 用户提供免费电话 咨 询服务。 CATIA 软件是由法国 Dassault 宇航公司从七十年代开始开发，并应用于宇航工业；八十年 代 初， Dassault 集团成立 Dassault Systems 公司，专门负责 CATIA的 技术开发，并将 CATIA 做为商业软件推向市场，与此同时还与 IBM 签定合同，由 IBM 负责 CATIA 软件全球技术服务 和 支持。 CATIA 是全球唯一一家将软件开商与计算机厂商结合起来，并由 IBM 负责全球支持 服 务和销售的产品，这使得CATIA 不仅有了更坚实的背景，而且使 客户真正得到 “ 集成 ” 的 完 整方案，以及一流的产品，一流的服务！ 作为世界领先的 CAD/CAM 软件， CATIA 在过去的二十年中一直保持着骄人的业绩，并继续 保 持其强劲的发展趋势。销售额稳步增长； CATIA 在汽车及汽车、航空航天领域的统治地位 不 断增强，同时 ,CATIA 也大量地进入了其他行业，如机车制造、通用机械、家电、船舶等 。 在中国， CATIA 也取得了令人嘱目的成绩 ,哈尔滨、沈阳、西安、成都、景德镇、上海、 贵 阳等航空飞机厂无一例外的都选用 CATIA 做为其核心设计软件。包括一汽集团、一汽大众 、 沈阳金杯、上海大众、北京吉普、武汉神龙在内的许多汽车公司都选用 CATIA 开发他们的 新车型，以提高他们的市场竞争力。目前，在世界范围内已有 1 万 2 千多家用户在使用共 13 万套以上的 CATIA 为其工作，大到飞 机 、载人飞船和汽车，小到螺丝钉和钓鱼杆， CATIA 可以根据不同规模、不同应用定制完全 适 合本企业的最佳解决方案。 CATIA 源于航空航天工业，是业界无可争辩的领袖。以其精确安全，可靠性满足商业防御和 航空领域应用的需要， CATIA 引以自豪的是几个主要项目例如波音 777737,NEON)均成 功 地 用 100%数字模型无纸加工完成。这在航空业中从来没有过，堪称业界第一。目前 CATIA 在 航 空、航天领域的装机量已经达到本行业所有装机量的 60%。 CATIA 是汽车工业的事实标准，是欧洲，北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。在 汽 车行业使用的所有商用 CAD/CAM 软件中，nts 4 CATIA 已占到了 60%以上。 CATIA 在造型风格，车 身 及引擎设计等具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了全方位的解决方案。 CAT I A 涉及产品、加工和人三个关键领域。 CATIA的可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产 品因素： (1)CATIA 提供了完备的设计能力和宽阔的专业覆盖面。 (2)CATIA 得到了世界上主要工业厂家的应用支持。 (3)CATIA 有雄厚的财力支撑和独特的开发模式。 (4)CATIA 的用户有 IBM 良好的服务保证。 (5)CATIA 软件本身有着美好的发展前景。 CATIA 从产品的概念设计到最终产品的形成，以其精确可靠的解决方案提供了完整的 2D、 3 D。参数化建模、电子样机建立及数据管理手段，同时，作为一个完全集成化的软件系统 ， CATIA 将机械设计、 工程分析仿真、数控加工及CATwe 网上解决方案有机地结合在一起， 为 用户提供了严密的无纸工作环境，特别是 CATIA 中专业的航空专用模块，如：航空钣金设 计 、航空复合材料设计辅层、管路设计及分析、电路布线及生产等等使 CATIA 拥有了最宽广 的 专业覆盖面，从而帮助客户达到缩短设计生产周期，提高质量，减少成本的目的。很多 其 他 CAD/CAM 软件不仅专业覆盖面不足，更没有专门针对航空的专用航空模块。既便个别厂 商 有个别模块，也只是用通用机械 CAD 的功能来拼凑，其效率远远低于 CATIA 的专用模块几 十 倍。 CATIA 可以对 拉伸体、扫掠体、圆柱体、圆环、球、锥体等基本特征进行设计。通过曲面、剪裁曲面的等距偏移、投影、封闭和壳体 (Volume)转换等方法，定义曲面 类 实体。 使用缝补操作生成复杂实体。 可在实体的边上进行具有关联性的、可修改的等半径或变半径倒圆操作。 对于模具零件，可在实体上进行具有关联性的、可修改的具有拔模定义操作。 nts 5 The aircraft down system for shell parts3D design and machining simulation CATIA is a CAD/CAM/CAE/PDM application system made by the famous French aircraft manufacturing company Dassau1t development by IBM company responsible for sales, CATIA originated in the aviation industry, the biggest sign customers America Boeing, Boeing company through the CATIA to establish a paper airplane without a complete set of production system, has achieved great success. The digital product and the electronic commerce integration concept design of the system structure of CATIA V5 version, but for the establishment of a whole process of product development work environment for the digital enterprise. In this environment, the simulation can be carried out on all aspects of the product development process, and can realize the electronic communication between engineers and non engineers. The whole process of product development from concept design, detailed design, engineering analysis, product definition and manufacturing and product use throughout the life cycle and maintenance. As the worlds leading CAD/CAM software, CATIA can help users to complete large to small aircraft to design and manufacture a screwdriver, which provide the ability to design and complete: from 2D to 3D to the technical index modeling, software system, as a fully integrated, CATIA mechanical design, engineering analysis and simulation and processing and other functions organically, to provide users with a strict no paper work environment so as to shorten the design time, improve the quality and reduce the cost effect. CATIA developed by the French Dassault, IBM company responsible for nts 6 the global sales and customer service technical support. The Dassault company since its establishment in 1981, now has more than 1300 employees, including software development engineer accounted for more than 900 people, has two times to launch new products every year, as the worlds largest CAD/CAM/CAE/PDM software developers. CATIA users in various field of automobile, aviation, shipbuilding, machinery manufacturing, household appliances in the world, more than 9000 users, the total number of 100000 set. To provide a strong guarantee Dassault strong financial backing for CATIA new product development, make the products and advanced function can source continuously being offered to users; IBM as the worlds largest manufacturer of computer information system, with its strong technical support strength, long known famous after sale service, help the many CATIA users the successful. IBM engineering solutions (Engineering Technology Solutions Unit-ETS) is a rich experience of the CATIA global professional technical support team. The team has more than 1000 CATIA engineer, they are to support global customers at the same time, will also be the needs of all walks of life and experience feedback to CATIA development department, so that CATIA users to quickly launched to meet the outstanding product today and future needs. IBM Greater China region of the ETS technical support team is stronger in the rapid development, IBM/ETS support team, and IBM CATIA agent together with Beijing, Shanghai, Guangzhou, Hongkong and Taipei as the center, to provide high quality and quick for the Greater China region CATIA user service. IBM was in Sydney with CATIA Asia Technical Support Center, provide free telephone consultation service for the Asia Pacific region of CATIA users. The CATIA software is designed by the French Dassault The Aerospace nts 7 Corporation from the beginning of the seventys development, and applied to the aerospace industry; eighty in the early 1980s, the Dassault group to set up a Dassault Systems company, technology development, responsible for CATIA, and CATIA as the business software market, and this also signed a contract with IBM, IBM is responsible for the CATIA global software technology service and support. CATIA is the only company in the world will open business software and computer manufacturers combined, and the IBM is responsible for the global support services and sales of products, which makes CATIA not only have a more solid background, but also allows customers to really be integrated complete scheme, as well as the first-class products, first-class service! As the worlds leading CAD/CAM software, CATIA has maintained a remarkable performance in the past twenty years, and continued to maintain a strong development trend. Steady growth in sales; CATIA dominance in the auto and auto, aerospace field increases ceaselessly, at the same time, CATIA also a lot into other sectors, such as locomotive manufacturing, general machinery, household appliances, ships etc. In China, CATIA also has made a great achievement, Harbin, Shenyang, Jingdezhen, Shanghai, Chengdu, Xian, Guiyang aircraft factory all have chosen CATIA as the core design software. Many of the FAW Group, FAW Volkswagen, Shenyang Jinbei, Shanghai Volkswagen, Beijing jeep, Wuhan Dragon, car companies have used CATIA to develop their new models, to improve their market competitiveness. At present, in the world has 10000 more than 2 users in the use of CATIA is more than 130000 sets to work, to flying machine, manned spacecraft and car, small screws and fishing rod, CATIA can according to the different scale, different application customization is entirely suitable for the optimal solution of the enterprise. CATIA source in the aerospace industry, the industry leader is beyond all dispute. With its accurate safety, reliability and meet the nts 8 needs of commercial defense and aerospace applications, CATIA are proud of several major projects such as the Boeing 777737, NEON) were successfully treated with 100% digital model of paperless processing. In the airline industry has never been, is the industrys first. CATIA currently in the aviation, aerospace fields of the installed capacity has reached this industry all the installed capacity of 60%. CATIA is the de facto standard, automobile industry is the core of Europe, the North American and Asian top automobile manufacturers. All the commercial CAD/CAM software used in the automotive industry, CATIA has accounted for more than 60%. CATIA in the modelling style, has a unique advantage of car body and engine design, provides comprehensive solutions for the design and manufacture of various vehicles. CAT I A relates to the product, process and people in three key areas. The scalability of CATIA and concurrent engineering capabilities can significantly shorten the product factor: (1) the CATIA provides complete design ability and wide professional coverage. (2) CATIA has the backing of the worlds major industrial manufacturers application. (3) CATIA has a strong financial support and a unique development model. (4) CATIA users have IBM good service guarantee. (5) the CATIA software itself has a bright development prospect. The formation of CATIA from concept design to final product, with its accurate and reliable solution to provide a complete 2D, 3 D. Parametric modeling, electronic prototype was built and the means of data management, at the same time, as the software system is a fully integrated, CATIA mechanical design, engineering analysis and simulation, NC machining and CATwe Internet solutions together organically, to provide users with no nts 9 paper work environment closely, especially aviation special module, CATIA such as: professional aviation sheet metal design, aviation composite auxiliary layer design, design and analysis, pipeline circuit wiring and production and so on. CATIA has the most wide professional coverage, and help customers to shorten the design and production cycle, improve quality, reduce costs to the. Many other CAD/CAM software not only professional coverage problems, not specifically for the special air module airlines. Even individual manufacturers have individual module, also only general machinery CAD function together, special module and its efficiency is much lower than that in CATIA few ten times. CATIA can design the basic characteristics of extruded, swept volume, cylinder, cone, sphere, torus. By tailoring surface, curved surface offset, projection, closed and shell (Volume) conversion, defined surface entity. The use of sewing operation generates complex entity. May be of relevance, can modify the radius or variable radius fillet operation in solid edge. To mold parts, can be in the entity has relevance, can be modified with a draft definition of operation. nts I 本科毕业设计论文 题 目 飞机减速系统壳体类零件 三维设计 与 加工仿真 专业名称 机械设计制造及其自动化 学生姓名 指导教师 毕业时间 2014.6 nts II 摘要 近年来，随着数控技术与仿真技术的发展，在现代制造工业中，性能良好的加工中心设备和数控仿真技术使许多零件的加工更为方便，使得产品质量和加工效率都有所 近年来，随着数控技 术与仿真技术的发展，在现代制造工业中，性能良好提高。利用这些设备如何能高效地加工出更为优质的零件，已成为企业关心的问题。 而在现代工业生产中，大部分的产品都需要进行三维造型与实体加工仿真，本文以电视盒零件为例，应用 CATIA 软件，结合专业课程理论，进行三维造型与实体加工仿真。首先对电视盒的结构进行分析，构思实体造型思路，通过 UG 里面的建模模块，应用拉伸，旋转，布尔运算等特征功能对实体进行造型。通过对实体的造型，根据实体结构的分析确定了加工思路，通过 CATIA 的加工模块，应用设置刀具，选择毛坯，生成刀轨等特征 功能对实体进行加工。对 飞机减速系统壳体类 零件的三维造型及实体加工仿真进行了深入的探究，详细介绍了三维造型的过程。 通过对壳体类零件实体加工仿真，可以缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品质量和生产效率，激发我国制造业发展的新思路，促进我国制造业的发展。 关键词 : CATIA,壳体类零件，三维造型 ,加工仿真 nts III ABSTRACT In recent years,with the development of computer technology and simulation technology, in the modern manufacturing industry, good performance of the machining center and CNC simulation technology to make it more convenient in many parts of the processing,it makes the product quality and processing efficiency has increased in.How to use these devices to make more efficient processing of the high-quality parts, has become a business concern. In modern industrial production, most of the products need to be 3D modelling and simulation entity processing, based on the TV box parts as an example, the application of CATIA software, combining the theory of professional courses, 3D modelling and simulation entity processing. First carries on the analysis about the structure of TV box, thinking entity modelling idea, through the modeling module in UG, application of stretching, rotating, characteristic functions such as Boolean operation on entity model. Through to the entity modelling, according to the analysis to determine the processing plan of entity structure, through CATIA processing module, application Settings tool, select blank, characteristic functions such as tool path is generated on the real process. For TV box parts 3D model and entity processing simulation conducted in-depth exploration, 3D modelling process was introduced in detail. Through to the shell parts 3D modelling and simulation entity processing, can shorten the product development cycle, reduce production cost, improve product quality and production efficiency, and stimulate new train of thought on the development of manufacturing industry in our country, promote the development of nts IV manufacturing industry in our country. KEY WORDS: CATIA, Shell parts, 3D modelling, machining simulatints V 目录 摘要 . II ABSTRACT . III 第一章 绪论 . 1 1.1 选题的背景 . 1 1.2 课题研究的目的意义和主要内容 . 2 第二章 零件结构分析与工艺流程 . 3 2.1 零件图分析 . 3 2.2 加工流程 . 4 第三章 零件三维建模设计 . 5 3.1 CATIA 简介 . 6 3.2 CATIA 的特点 . 6 3.3 零件的三维建模 . 7 第四章 零件的仿真加工 . 19 4.1 CAM 简介 . 19 4.1.1 数控加工仿真技术 . 19 4.1.2 虚拟数控加工的主要流程 . 19 4.2 仿真加工 . 20 4.2.1 创建毛胚 . 20 4.2.2 创建坐标系 . 21 4.2.3 零件操作定义 . 22 4.2.4 零件的加工操作 . 24 4.2.5 刀路仿真 . 27 4.2.6 后处理 . 28 第五章 总结 . 32 nts VI 参 考 文 献 . 33 致 谢 . 34 毕业设计小结 . 35 nts 1 第一章 绪论 1.1 选题的背景 制造业是一个国家经济发展的基础，当今世界任何经济实力强大的国家都拥有发达的制造业，美日德英法等国家之所以被称为发达国家，很大程度上是由于他们拥有世界上最发达的制造业。我国在大力推进国民经济胡的同时，必须清楚的认识到，制造业是现代国民经济的支柱。现阶段我国机械制造业较落后。一些精密、复杂、长寿命的零件每年仍需大量进口。为使我国机械制造业有较大发展，一些特殊零件的研究应得到 足够的重视。 在 飞速发展的工业和日益激烈的市场竞争中，企业需要进一步缩短产品的生产周期并不断提高产品的加工质量。在数控机床和数控加工中心非常普及的今天，切实的提高数控加工水平是缩短产品生产周期、提高产品加工质量的重要手段之一。而在实际的数控加工过程中，数控加工程序的质量是评定数控加工水平的一个重要指标，是影响零件加工质量和加工效率的关键因素之一。因此，如何保证数控加工程序的正确性、如何实现数控程序的优化、如何减少数控机床的安全隐患以及如何提高数控设备利用率就成为了当今制造业必须面临的几个关键问题。 然而现有 的编程方法都难以保证所编数控程序能够完全正确，容易出现诸如无效运动过多、过切或欠切、刀具或切削参数选择不合理、干涉或碰撞等问题。传统的数控程序的检验方法费时、费力 代价太大 。利用计算机模拟加工技术 可避免 很多 传统检验方法的弊端，大大提高了效率，很大程度上降低了成本。 面向虚拟制造的虚拟数控加工是随着计算机技术， CAD/CAM技术和系统仿真技术等的发展而发展起来的。是我们的加工业向自动化方向发展 迈进了脚步。 本课题以箱体模型为研究对象，一方面通过 CATIA 软件建立零件的实体模nts 2 型，通过数控自动编程规划刀具 路径，生成刀位文件。后经过后置处理生成适用于相应机床的 G 代码程序。高效高质量得生成加工程序，从而大大提高加工效率，缩短开发周期，降低生产成本。 1.2 课题研究的目的意义和主要内容 本次毕业设计主要就飞机减速系统壳体类零件实体建模 与 加工仿真进行研究。在对本课题的研究中， 根据航空发动机复杂壳体类零件的结构特点，利用 切割 的思想实现三维建模 ，进而进行加工模拟及 NC 编程。 在整个设计过程中 ,我们将 加深对 零件结构 的认识； 认真分析零件图 ,可以 培养我们独立识图能力 ,增强我们对零件图的认识和了解 ,通过对零件图的绘制 ,能增强 我们的绘图能力和运用 CATIA 软件的能力。 对于工件的安装及夹紧，刀具的选用，零件的加工流程等等有深刻的认识和切身体会，为以后的工作奠定了基础。 壳体的结构复杂。航空类壳体零件一般由许多不规则型腔和型面组成，且孔距精度要求高，壳体的壁薄厚不均，由于设计要求高，从而加工难度大，导致制造周期过长，这也是制约航空发动机燃油附件产品研制生产的瓶颈。针对该壳体零件结构特点进行了深入研究，利用 CATIA 软件 进行 虚拟加工仿真。该方法既可提高生产效率，又可保证加工零件的质量。并能及早发现和暴露实际加工中可能隐藏的质量问题 。 由于在学校期间我们没有接触过 CATIA 软件 ，所以在 本次实际过程中 需要我们自学此软件，锻炼了我们的 自学能力，为以后工作奠定了基础 。 可以说 这次 设计是 我们能够更好地 适应社会 不可缺少的 经 历 。 nts 3 第二章 零件结构分析 与工艺流程 2.1 零件图分析 图（ 2-1） 零件 二维图 一 分析零件图（ 2-1），（ 2-2），（ 2-3）可知： 1. 零件涉及体、曲面、钻孔、螺纹等造型方法。 2. 零件可以通过建立草图、凸台、旋转槽、边倒圆等常用命令进行造型。 3. 为了保证加工精度先进行 立加 ，然后五轴加工，两次装夹即可完成，避免了过多的定位误差，大大提高 加工精度。 4. 该零件包括曲面、孔、型腔等结构，形状比较复杂，但是工序相对容易，表面质量和精度要求不高，所以综合考虑，工序安排比较关键。 nts 4 图（ 2-2） 零件 二维图 二 5. 为了保证加工精度和表面质量，按照先主后次、先近后远、先里后外、 先粗加工后精加工的原则依次划分工序加工。 图（ 2-3） 零件 二维图 三 2.2 加工流程 由于零件 比较复杂 ， 一次装夹不能够满足加工要求 ， 同时为了减少多次装夹带 来的误差，采取两次装夹来完成零件的加工 。 零件 涉及到 平面 、 槽、轮廓、通孔 、斜孔等 ， 采取加工中心 ； 同时由于 要 加工斜孔， 五轴才 能 满足 加工要求 。 nts 5 图（ 2-4） 截面图 加工时， 需要 先 加工出燕尾，如图 （ 2-4） 中 粗实线部分 ， 然后立加，再五轴 加工 。加工过程 中为了保证加工精度， 避免 多次选取基准带来误差， 在整个加工过程中 应 选取 图 （ 2-4） 中下表面为基准。如果 采取燕尾 即粗实线 所在平面为基准，则在五轴加工 铣去 燕尾时 会加工 立加过程中的基准， 会造成 很多尺寸的变化，而 以 图 （ 2-4） 中下表面为基准则可避免 此弊端。 加工路线 如下 ： 图 （ 2-5） 加工路线 第三章 零件三维建模设计 CAD/CAM 集成实质上是指在 CAD、 CAM 各模块之间形成相关信息的自动传递与转换。集成的 CAD/CAM 系统借助于公共的工程数据库、网络通讯技术以及标准格式的中性文件接口，把分散于机型各异的计算机中的 CAD/CAM 模块高效地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证系统内信息的流动畅通无阻。 nts 6 CAD/CAM 技术经过几十年的发展，先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代，每个时代都有当时流行的 CAD/CAM 软件。现在，工作站和微机平台 CAD/CAM软件已经占据主导地位，并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件，其中以 法国著名飞机制造公司 Dassau1 开发的 CATIA 软件最具代表性，目前 CATIA软件已经在汽车、航空航天、机械制造等领域得到越来越广泛的应用 。 3.1 CATIA简介 CATIA 是由法国著名飞机制造公司 Dassau1t 开发的 CAD/CAM/CAE/PDM 应用系统， CATIA 起源于航空工业，其最大的标志客户即美国波音公司，波音公司通过 CATIA 建立起了一整套无纸飞机生产系统，取得了重大的成功。 CATIA V5 版本，可为数字 化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。 作为世界领先的 CAD/CAM 软件， CATIA 可以帮助用户完成大到飞机小到螺丝刀的设计及制造，它提供了完备的设计能力：从 2D 到 3D 到技术指标化建模，同时，作为一个完全集成化的软件系统， CATIA 将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合，为用户提供严密的无纸工 作环境从而达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果。 3.2 CATIA的特点 1.重新构造的新一代体系结构 为确保 CATIA 产品系列的发展， CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。 2.支持不同应用层次的可扩充性 CATIA V5 对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要 。 3.与 NT 和 UNIX 硬件平台的独立性 CATIA V5 是在 Windows NT 平台和 UNIXnts 7 平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。 CATIA V5 在 Windows 平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而 UNIX 平台上 NT 风格的用户界面，可使用户在 UNIX 平台上高效地处理复杂的工作。 4.专用知识的捕捉和重复使用 CATIA V5 结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知 识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。 3.3 零件 的三维 建模 1.打开 CATIA，新建一个零件模型，并命名为“ part.CATPart” 。 图（ 3-1）新建零件图 点击 开始 机械设计 零件设计 输入文件名 “part” 确定，如图（ 3-1） 。 单击【草图】指令，绘制如图（ 3-2）所示的草图。 nts 8 图（ 3-2）绘制草图及尺寸 完成草图后，单击【凸台】指令，弹出【凸台】对话框，选中草图并在【凸台】对话框的【长度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-3） 所示。 图（ 3-3） 凸台特征生成图 2 单击【草图】指令选定草图平面，绘制如图（ 3-4）所示的草图。 完成草图后，单击【凸台】指令，弹出【凸台】对话框，选中草图并在【凸台】对话框的【长度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-5） 所示。 nts 9 图（ 3-4）绘制草图及尺寸 图（ 3-5） 凸台特征生成图 3.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-6）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-7） 所示。 图（ 3-6）绘制草图及尺寸 图（ 3-7） 凹槽特征生成图 4.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-8）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-9） 所示。 nts 10 图（ 3-8）绘制草图及尺寸 图 （ 3-9） 凹槽特征生成图 5.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-10）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】 文本框中输入尺寸，如图 （ 3-11） 所示。 图（ 3-10）绘制草图及尺寸 图（ 3-11） 凹槽特征生成图 6.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-12）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-13） 所示。 nts 11 图（ 3-12）绘制草图及尺寸 图（ 3-13） 凹槽特征生成图 7.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-14）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】 对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-15） 所示。 图（ 3-14）绘制草图及尺寸 图（ 3-15） 凹槽特征生成图 8.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-16）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸。如图 （ 3-17） 所示。 nts 12 图（ 3-16）绘制草图及尺寸 图（ 3-17） 凹槽特征生成图 9.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-18）草图。完成 草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-19） 所示。 图（ 3-18）绘制草图及尺寸 图 （ 3-19） 凹槽特征生成图 10.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-20）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-21） 所示。 nts 13 图（ 3-20）绘制草图及尺寸 图（ 3-21） 凹槽特征生成图 11.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-22）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-23） 所示。 图（ 3-22）绘制草图及尺寸 图（ 3-23） 凹槽特征生成图 12.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-24）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-25） 所示。 nts 14 图（ 3-24）绘制草图及尺寸 图（ 3-25） 凹槽特征生成图 13.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-26）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-27） 所示。 图（ 3-26）绘制草图及尺寸 图（ 3-27） 凹槽特征生成图 14.单击【草图】选定草图平面，绘制如图（ 3-28）草图。完成草图后退出，单击【凹槽】指令，弹出【凹槽】对话框，选中草图并在【凹槽】对话框的【深度】文本框中输入尺寸，如图 （ 3-29） 所示。 nts 15 图（ 3-28）绘制草图及尺寸 图（ 3-29） 凹槽特征生成图 15.由于旋转体轴线没有在任何一个现有的平面，故需要建一个辅助平面。 选定一个与所需平面平行的平面，偏移输入偏移尺寸既得如图（ 3-30）， 图（ 3-30）创建辅助平面 单击【草图】选定所建草绘平面，绘制草图。如图（ 3-31）所示 完成草图后退出， 单击【旋转槽】指令，弹出【旋转槽】对话框，选中草图并在【旋转槽】对话框中选择旋转轴线，预览无错后，确定既得如图 （ 3-32） 所示。 nts 16 图（ 3-31）绘制 草图及尺寸 图（ 3-32） 旋转槽特征生成图 16.由于旋转体轴线没有在任何一个现有的平面，故需要建一个辅助平面。 选定一个与所需平面平行的平面，偏移输入偏移尺寸既得如图（ 3-33）所示 。 图（ 3-33）创建辅助平面 单击【草图】选定所建草绘平面，绘制草图。如图（ 3-34）所示 ,完成草图后退出， 单击【旋转槽】指令，弹出【旋转槽】对话框，选中草图并在【旋转槽】对话框中选择旋转轴线，预览无错后，确定既得如图 （ 3-35） 所示。 nts 17 图（ 3-34）绘制草图及尺寸 图（ 3-35） 旋转槽特征生成图 17.由于旋转体轴线没有在任何一个现有的平面，故需要建一个辅助平面。 选定一个与所需平面平行的平面，偏移输入偏移尺寸既得如图（ 3-36）所示 图（ 3-36）创建辅助平面 单击【草图】选定所建草绘平面，绘制草图。如图（ 3-37）所示完成草图后退出， 单击【旋转槽】指令，弹出【旋转槽】对话框，选中草图并在【旋转槽】nts 18 对话框中选择旋转轴线，预览无错后，确定既得如图 （ 3-38） 所示。 图（ 3-37）绘制草图及尺寸 图（ 3-38） 旋转槽特征生成图 18.由于旋转槽比较多，在此就不一一列出，省略一些旋转槽步骤，然后根据图纸把所需部位倒角既得，如图（ 3-39）所示 图（ 3-39）零件模型 nts 19 第四章 零件的仿真加工 4.1 CAM 简介 计算机数控仿真是应用计算机技术对 数控加工 操作过程进行模拟仿真的一门新技术。该技术面向实际生产过程的 机床 仿真操作，加工过程三维动态的逼真再现，能使每一个学生，对 数控加工 建立感性认识，可以反复动手进行数控加工操作，有效解决了因数控设备昂贵和有一定危险性，很难做到一人一机的问题，在培养全面熟练掌握数控加工技术的实用型技能人才方面发挥显著作用。 面向虚拟制造的虚拟数控加工是各种制造仿真技术的集成，其核心是建模技术、数控编程技术和数控加工仿真技术等。 数控加工编程是指根据图样规定的技术特性、几 何尺寸及工艺要求等，加以必要的分析和处理，确定出合理的加工工艺，生成合理刀的位轨迹，然后通过后置处理生成机床可识别的数控程序并加以校验的过程。数控加工程序的编制目前主要有手工编程和自动编程两种方法。自动编程由计算机绘制刀轨，节财省时，大大提高了编程效率，而且编程人员可及时发现错误并进行修改，同时避免了繁琐的人工数值计算，解决了复杂零件手工编程难的问题。 4.1.1 数控加工仿真技术 数控加工仿真集制造技术、机床控制理论、 CAD、 CAM、建模和仿真于一体，是数控机床在虚拟环境中的映射。此技术可以直观、形象地模拟 数控加工的全过程，实现切削过程中刀具的运动及切削状态的三维显示，可以实时观察过切、欠切、碰撞和干涉等情况，是验证数控程序可靠性和预测切削加工情况的良好工具。 4.1.2 虚拟数控加工的主要流程 虚拟数控加工的整个过程是通过计算机来实现的，是虚拟建模技术、数控加工编程技术和数控加工仿真技术的集成。一方面根据提取的零件参数，绘制零件nts 20 的几何模型，分析零件的加工工艺，选择合适的数控编程模块生成加工刀位数据文件，再经过后置处理自动生成适合特定机床的数控程序；另一方面构建虚拟加工环境，以生成的数控程序或刀位文件为驱动，动 态仿真零件加工的整个过程，检查加工中出现的碰撞、干涉等问题，并对加工质量进行评估。 4 .1.3 基于 CATIA-CAM 的刀位轨迹的生成 合理的刀位轨迹是保证零件质量的关键，零件越复杂，程序越容易出错。因此，研究零件的刀位轨迹十分必要。通过 CATIA-CAM 进行数控自动编程生成刀位轨迹 既方便 又准确。 4.2 仿真加工 4.2.1 创建毛胚 1.单击桌面上的 CATIA V5R21 图标 ，启动并进入 CATIA V5R20 软件界面。 2. 单击标准工具栏上的打开图标 ，系统打开文件选择对话框，选择合适的路径，找到 并双击文件进入零件设计界面。 图（ 4-1）创建 零件加工 3. 执行菜单中的开始 加工 曲面加工命令，进入曲面加工界面。 如图（ 4-1）所示。 4. 单击如图 所示几何管理工具栏上的创建毛胚图标nts 21 ，系统弹出如图 4-1所示的毛胚创建对话框，在该对话框的目标下的特征树中单击 ，系统弹出如图 4-1所示的是创建几何体提示窗口，单击是按钮，在对话框的零部件下的特征树中单击特征树中的 . 零件几何体 ，在对话框中的 X， Y，Z 的最大值，最小值的数值框中输入相应数值，输入完毕后， DX,DY,DZ 随之变化。单击对话框中的 OK 按钮，系统自动生成如图 4-2毛胚。在你特征树中增加了结点。如图（ 4-2）（ 4-3）所示 图 （ 4-2）建立毛坯 图（ 4-3）建立毛坯 完成 4.2.2 创建坐标系 1.创建定义坐标系要用到的参考点。在模型树中双击 ，系统进入零件设计界面。单击如图（ 4-4）所示的参考元素工具栏上的图标 ，在毛胚上选取坐标点。 2.单击模型树中的加工设定结点，系统返回曲面加工界面。 3.单击加工特征栏上的图标 ，系统弹出加工坐标系对话框。单击对 话框中的坐标系圆点位置，对话框消失，到图形区单击步骤一建立的参考点，系统重新弹出如图（ 4-4）的对话框，现在对话框中的坐标系由红色变为绿色，表示在参nts 22 考点处创建了新的加工坐标系，单机确定，结束加工坐标系创建。 图 （ 4-4）加工坐标系 4.2.3 零件操作定义 零件操作定义主要是设置数控加工用的机床、加工的坐标系统、加工的目标零件、用于加工的目标零件毛胚、安全平面等内容。 1.在 PPR 特征树中双击“加工 设定”，系统弹出如图（ 4-5）所示的零件操作对话框。在零件操作对话框中单击机床按钮 ，系统弹出如图（ 4-5）所示的数 图（ 4-5）数控机床编辑器 控机床编辑器对话框。 保 持 默 认 状 态 ， 选 择 5 轴机床 ，单击确认，返回如图 （ 4-6） 的对话框，此时在机床按钮后面的信息栏中出现 5 轴机床样。在 PPR 特征树中的加工资源结点出现nts 23 了床名字。 图 （ 4-6）机床 选择 2.设定加工坐标系。在零件操作对话框中单击参考机床坐标系按钮 ，系统弹出如图 （ 4-7） 的对加工坐标系对话框。单击对话框中的坐标系圆原点位置，对话框消 失，到图形区单击步骤 2 创建的坐标系的原点处，单击确定，对话框消失。返回图 （ 4-6） 对话框。 图（ 4-7） 加工坐标 3. 选择加工目标零件。在图（ 4-6）所示的零件操作对话框中选择几何选项卡单击仿真用加工零件按钮 ，选择一个目标加工零件，在特征树中选择零件，也可以在图形区中选择加工的目标零件，但是事先需要将毛胚零件隐藏。选择零件后，双击鼠标左键，返回零件操作对话框。 nts 24 4.选择毛胚。在零件操作对话框中单击毛胚按钮 ，接着在 PPR 特征树中选择毛胚，或在图形区选择所需的毛胚。选择完成后，双击鼠标左键零件操作 对话框。 5.选择安全平面。在零件操作对话框中单击安全平面按钮 ，在几何区域中选择毛胚零件的上表面。选择完成后自动回到零件操作对话框。接着在几何区域中右击安全平面，弹出安全平面预留快捷菜单，即对所选安全平面进行偏置，重新建立一个安全平面。此时在快捷菜单中输入偏置距离。，形成新的安全平面。 6.结束参数设置。单击确定按钮，完成零件操作的参数设置。 4.2.4 零件的加工操作 在曲面铣削加工中的加工操作工具栏中单击挖槽按钮 ，接着选择特征树中零件操作结点，弹出如 图（ 4-8） 所示的挖槽对话框。在该对话框中列出了 5 个加工操作设置标签，进给率 和进刀 /退刀 。隐藏毛胚。 图（ 4-8） 挖槽对话框 1.设置几何参数 。在“几何参数” 标签中，单击封闭的减轻槽。在对话框中选择加工零件底部，对话框消失，在几何图形区鼠标选择加工零件的底部，返回对话框中。在感应区域点击引导元素，在图形区点击零件的轮廓。在感应区域点击上方平面，在图形区选取零件上方返回对话框。如 图（ 4-8） 所示 几何参数标签图标红灯变为绿灯，表示必要的几何区域定义已经完成，当然还可以继续定nts 25 义其它可选择的参数。 2.设置刀具参数。 单击“刀具参数”标签 ，再单击 平铣刀按钮 ， 预览如图 4-9 所示。可以修改刀具名称。如果对刀具要进行修改，可以在 图（ 4-9）设置刀具参数 相应尺寸上双击，然后在弹出的对话框中进行修改；或者在对话框中单击“详细”按钮，展开如图 4-10 所示的刀具参数隐藏部分，在其中对右边对话框中的参数进行修改。如图（ 4-2-10） 中 阴影数字，改直径为 10mm。 图 （ 4-10）刀具 更多参数 nts 26 3.设置刀具路径参数。 单击“刀具路径”标签 ，出现如图（ 4-11） 对话框。 径向参数：选项卡下的刀路间距选择最大距离输入数值。 轴向参数：在选项 卡的模式一栏选择层数，在层数栏输入数值 10。如图中阴影数字 10，单位默认为 mm。 图（ 4-11）设置 加工层数 4.设置进给速度参数。 单击“进给率”标签 ，设置进给速度和主轴转速。 5.设置进刀退刀参数。单击“进刀 /退刀”标签 ，设置进、退刀及之间参数。如图 （ 4-12） 所示 nts 27 图（ 4-12） 进、退刀参 数 4.2.5 刀路仿真 在完成刀路参数设置之后，可以进行刀路仿真。在铣槽对话框中单击播放刀具路径按钮 ，系统对刀具路径进行计算，计算完成后，系统弹出如图（ 4-12-13）的对话框，在图形区显示了如
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