拨叉综合课程设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除序言综合性实验是开设三维CAD造型、机械CAD/CAM、机械制造学、数控机床课程之后进行的一个综合性、实践性教学环节。在系统学习CAD/CAM技术的基本原理、基本方法以及机床数控技术的基础上，着重培养学生借助计算机进行机械产品的设计、制造和系统集成的综合应用能力。其目的：1. 掌握产品的计算机辅助设计过程和方法，培养利用计算机进行结构设计的能力。2. 掌握零件的计算机辅助制造过程和方法，培养数控编程及加工仿真的能力。3. 通过应用PRO/ENGINEER，训练和提高CAD/CAM的综合运用能力。一、设计思路这次课程设计是通过PRO/E软件实现的。PRO/E是大型三维建模软件，它具有三大特点：参数化设计、特征建模的基本思想、数据库，且包含众多功能模块，我们这次课程设计主要应用建模、绘图和制造三个模块。我的设计题目是一个车床拨叉，此拨叉有三部分组成：凸台、筋板、肋板和脚部，且加工材料为ZG45中碳铸钢。设计总体思路是：先把凸台拉伸出来，再以次为基准拉伸筋板和脚部。接下来就是以此模型对照工艺路线画出毛坯进行nc数控加工，最后系统自动生成程序（G代码）。二、拨叉的实体建模过程创建如图1所示的实体模型,具体步骤如下:图1实体模型Pro/ENGEER5.0 M050启动后，在创建新文件夹以前，首先要完成以下工作：步骤1.创建工作目录；Pro/ENGEER5.0 M050的工作目录是在使用Pro/ENGEER5.0 M050过程中管理模型文件的地方，Pro/ENGEER5.0 M050有其默认的工作目录，但是根据实际情况往往需要创建多个工作目录。例如：在实际建模过程中，可以根据不同的总成，建立不同的工作目录，将一个总成的零件模型存放在一个工作目录中。一个工作目录在硬盘的资源管理器中体现为一个文件夹。创建好工作目录后，为了便于模型文件的管理，还可以设置子工作目录。这里，在可移动盘先新建文件夹proe5.0安装目录D:综合实验。步骤2.设置Pro/ENGEER5.0 M050的工作目录；Pro/ENGEER5.0 M0501默认的工作目录是在安装目录软件的文件夹中，为了方便地保存和打开模型文件，需要重新设置工作目录。点击FileWorking Directory(图2),系统弹出选择工作目录的对话窗(图3).图2设置工作目录菜单 图3选择工作目录对话框选择D: 综合实验按OK.此时, Pro/ENGEER5.0 M050的工作目录已经由原来的默认的工作目录重新设置为D: 综合实验文件夹,保存和打开都在此文件夹中进行。步骤3.Pro/ENGEER5.0 M050启动后，新建零件，零件名称为 “拨叉”，使用缺省模版即可（注意不要把箭头取消了）。图4【新建】零件对话框图步骤4.创建基准平面基准平面是整个模型的基础特征,它是在开始创建模型之前必须进行的一步.基准平面可以作为草绘平面、草绘的参考平面、标注尺寸的基准、装配的参考面，还可以创建横截面以及作为方向参考等等。（图5） 图5 基准平面图 步骤5.创建凸台特征，用【拉伸】命令建模。（1）鼠标左键点击命令，跳出拉伸对话框，点击【放置】【定义】，跳出草绘对话框，鼠标左键点击工作区FRONT基准面为草绘平面，点击对话框右下角【草绘】进入草绘界面。（2）在草绘界面绘制凸台外形轮廓，如图6所示。（3）点击草绘界面右下角图标，退出草绘界面（注：草绘时应确保草绘截面完整以使拉伸能够进行下去）。（4）在拉伸对话框中输入凸台长度28mm，如图7（注：拉伸时可以双向拉伸或改变拉伸方向）。（5）预览凸台特征，如图7。（6）完全无误后点击拉伸对话框图标，退出拉伸命令。 图6 草绘凸台截面 图7 定义高度及预览步骤6. 创建脚部模型，用【拉伸】命令建模。（1）创建基准平面DTM1, 鼠标左键点击图标，在【放置】中选取选凸台上端面面为参照向内偏移21mm。（2）鼠标左键点击命令，跳出拉伸对话框，点击【放置】【定义】，跳出草绘对话框，鼠标左键点击DTM1为基准面为草绘平面，点击对话框右下角【草绘】进入草绘界面。（3）在草绘界面绘制脚部截面。（4）点击草绘界面右下角图标，退出草绘界面。（5）在拉伸对话框中输入长度10mm（双侧拉伸），在工作区按住鼠标中键旋转实体图形，观看拉伸方向是否正确，若不正确，单击图标改变拉伸方向，如图8所示。（6）完全无误后点击拉伸对话框图标，退出拉伸命令。图7 创建基准平面 图8 创建脚部特征步骤7. 创建肋板模型，用【拉伸】命令中双侧拉伸建模。与步骤6相似，草绘平面为DTM1面，深度为8mm，草绘完成之后如图10所示 图9 草绘肋板截面 图10 创建肋板特征步骤8. 创建模型筋板模型，用轮廓筋命令建模, 如图12 创建筋板特征。（1）在草绘界面绘制筋板截面。（2）点击草绘界面右下角图标，退出草绘界面。（3）在拉伸对话框中输入长度6mm（双侧拉伸）。（4）完全无误后点击对话框图标，退出命令。图11 草绘筋板截面 图12 创建筋板特征步骤9. 创建边倒角，倒圆角特征，用【倒角】命令建模。凸台倒圆角特征定义对话框选择，在文本框中输入r=3。筋板边倒角特征定义对话框选择45d，在文本框中输入d=1。二、工艺规程设计（一） 零件的作用题目所给的零件是车床的拨叉。它位于车床变速机构中，是一种辅助零件，通过拨叉控制滑套与旋转齿轮的接合。滑块上面有凸块，滑块的凸块插入齿轮的凹位，把滑套和齿轮固连字一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴。摆动拨叉又可以控制滑套与不同齿轮的结合与分离，达到换挡的目的主要起换档作用，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的14孔与操纵机构相连，下方的40半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。（二） 零件的工艺分析零件的材料为ZG45,屈服强度为310MPa,抗拉强度为570MPa,一般工程用中碳铸钢。车床拨叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：1.以14mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：14H7mm的孔，以及25mm的圆柱两端面，其中主要加工表面为14H7mm通孔。2.以40mm孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：40H12的孔，以及40H12的两个端面。主要是40H12的孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：40 H12孔两端面与14H7孔垂直度公差为0.15mm.。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。可以先加工14H7通孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工表面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。其具体过程如下表：加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法25mm的圆柱外圆端面Ra 12.5 IT12粗铣14mmRa3.2IT8钻-扩-铰40孔上下端面Ra6.3IT10粗铣40孔上下端面Ra6.3IT10精铣40孔Ra1.6IT8粗镗-半精镗倒角2C1Ra3.2IT8粗铣-精铣铣切口2mmRa3.2IT8粗铣-精铣由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。可以先加工14H7通孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工表面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。（三） 确定毛坯的制造形式零件材料为ZG45，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。（四） 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。（1）粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取25孔的粗糙度要求低的加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个25孔作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。（2）精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以加工后的14通孔为主要的定位精基准，以14通孔端面为辅助的定位精基准。（五） 制定工艺路线和选择加工设备和工艺设备制定工艺路线的出发点,应当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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下表：工序号工序名称机床设备刀具 量具1粗铣14孔上下两端面数控XK6040卧式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺2钻、扩、精铰14孔Z535立式钻床高速钢麻花钻高速钢扩孔钻刀标准高速钢铰刀卡尺、塞规3粗铣40孔上下端面数控XK6040卧式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺4精铣40孔上下端面数控XK6040卧式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺5粗镗 半精镗14孔卧式镗床T68硬质合金镗刀游标卡尺6粗精铣切口2mm数控XK6040卧式铣床中齿锯片铣刀游标卡尺7粗精铣14孔上下两端面倒角2C1数控XK6040卧式铣床镶齿套式面铣刀卡尺、塞规8检查游标卡尺、卡尺、塞规等（六） 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定车床拨叉零件材料为ZG45，铸造毛坯。据以上原始资料及加工路线，查实用机械加工工艺手册（以下称工艺手册）表3.126，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下表：工序名称工序基本余量尺寸经济精度毛坯尺寸工序尺寸和Ra粗铣精铣2.5mm0.5mmH1228+5=33mm10+6=16mm28 Ra12.510 Ra6.3钻扩铰孔钻孔1mm扩孔0.15mmH814mm14 Ra3.2镗孔粗镗孔0.8mm半精镗2mmH840-2-2=36mm40 Ra1.6其他尺寸直接铸造得到，由于本设计规定的零件为批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。（七） 确定切削用量及机床转速查实用机械加工工艺手册（以下称工艺手册）表5-7、表5-9、表4-18，由铣削深度根据所选的刀具查得每齿进给量，再由此查表得刀具的切削速度，再由公式计算的机床主轴转速，再查机床的转速表得实际转速，进给量由公式算到，最终得到下表：工序号工序名称 机床转速（r/mm）进给量(mm/min)1粗铣14孔上下两端面100280.22钻、扩、精铰14孔195（钻）275（扩）100（铰）135002130078503粗铣40孔上下端面2357374精铣40孔上下端面3109305粗镗 半精镗14孔1000 200(粗)150（半精）6粗精铣切口2mm 80 153.67粗精铣14孔上下两端面倒角2C1 100 280.28检查附录公式：、等。三、数控加工PRO/NC能够生成数控加工的全过程。PRO/ENGINEER 系统的相关性能使设计模型的变化体现到加工信息中，PRO/NC 生成的文件包括：ASCII 码形式的刀位数据文件、刀具清单、操作报告、中间模型和机床控制文件。NC加工全过程如图18工 件设计模型加工模型建立加工数据库机 床夹 具刀 具建立操作定义NC工序创建刀位数据文件后置处理图18 NC加工过程图从图中可以看出，首先要定义加工模型和参数，然后建立不同的加工工序，最后生成刀位轨迹并进行后置处理。现以粗铣14孔上端面和钻14孔为例说明其加工过程：步骤1.打开制造菜单（1）选择【文件】/【新建】命令,系统弹出【新增】对话框.如图14所示.图14 新建对话框 图15 模板选择对话框（2）选择对话框左侧【类型】选项组中的【制造】单选按钮,右侧【子类型】选项组中的【NC组建】单选按钮,在【名字】文本框中输入文件名,然后单击【确定】按钮.系统进入制造模式,同时显示【制造】菜单。步骤2.取出加工模型（1）选择【制造模型】-【装配】-【参考模型】命令，系统弹出【打开】对话框。如图20所示。（2）在欲选择的目录中选取需要加工的文件，然后单击【打开】按钮，欲加工的制造模型显示在屏幕上。如图16所示。图16 【打开】对话框 图17 缺省装配 (3)把事先画好的毛坯图导入，装配效果如图18.图18 装配效果步骤3.操作设置（1）操作名称设置在【制造】菜单中选择【制造设置】命令，系统弹出【操作设定】对话框，利用其便可进行机床、刀具、机床坐标系和退刀面的设置。在【操作名称】文本框中输入操作名称，此处系统却省的名称为OP010。（2）机床设置1.首先选择按钮，系统打开【机床设定】对话框以创建操作使用的机床。2.在该对话框中使用系统却省的机床名称MACH01。3.在此选用3轴联动的数控铣床，所以设置机床类型为【铣削】，机轴数为【3轴】。其余设置均按系统却省的设置进行。选择【确定】按钮，系统返回【操作设定】对话框。如图20所示。图20 机床的设定（3）机床坐标系1.在如图所示的对话框的【参照】选项组单击按钮，系统弹出 【制造坐标系】菜单。利用其可以在模型窗格选择现有的坐标系作为机床坐标系，也可以重新创建机床坐标系。2.在此创建一新坐标系作为机床坐标系。选择【制造坐标系】菜单中的【创建】命令，然后在模型窗格选择欲创建坐标系的模型，系统弹出如图21所示的【坐标系选项】菜单。3.选择【3个平面】命令，然后单击【完成】命令，系统提示在制造模型上选择3个平面。4.选择平面1、平面2、平面3。至此机床坐标系设置完成。如图22所示。 21【坐标系选项】菜单 图22创建坐标系图 （4）退刀面1.在如图所示对话框的【退刀】选项组单击按钮，系统弹出如图25所示的【退刀选取】对话框。图25退刀面的创建2.单击如图25所示对话框中的【沿Z轴】按钮。3.在文本框中输入20，按回车键确认。4.单击如图素【退刀选取】对话框中的【确定】按钮。退刀设置完成。5.最后单击如图所示【操作设定】对话框中的【确定】按钮，至此操作设置完成。在整个操作中设置了操作名称、加工机床、机床坐标系和退刀平面。步骤4设置加工方法（1）加工方法1.在【制造】菜单，依次选择【加工】命令和【NC序列】命令，弹出【NC序列列表】菜单。选择【新序列】命令，则系统弹出 【辅助加工】菜单。2.选择【辅助加工】菜单中的【体积块粗加工】命令和【完成】命令。系统显示【序列设置】菜单。系统却省的设置选项为【参数】、【刀具】和【窗口】。3.选择【序列设置】菜单中的【完成】命令，系统显示如图所示的【刀具设定】对话框。（2）刀具设置1.刀具名称使用系统缺省的T0001，刀具类型为【铣削】，材料设置为HSS，单位为【毫米】。2.在【几何】选项卡中设置刀具直径为20，铣刀长度为100，刀具号为1，然后单击【预览】按钮，观看刀具的简单图形。3.接着单击【应用】按钮，在对话框的预览框处显示刀具编号和名称。4.最后单击如图27所示对话框中的【确定】按钮，系统显示 【制造参数】菜单，刀具设置完成。图26 【刀具设定】对话框 图27 参数树（3）加工参数1.选择【制造参数】菜单中的【设置】命令，系统弹出如图27所示的【参数树】对话框。2.如图所示设置个参数，然后单击对话框右上角的按钮，关闭【参数树】对话框。加工参数设置完成，保存相应的参数文件。（4）选择加工表面1.单击【铣削窗口】命令，单击【放置】，【保留内环】不划勾。选取表面如图28所示图28 选取体积块粗加工铣削表面 图29 选取加工曲面2单击【完成】，【播放路径】，【屏幕演示】，如图29所示3.单击【曲面铣削】，序列设置显示【刀具】【参数】【曲面】【定义切削】。4.最后单击如图29对话框中的【确定】按钮，系统显示 【制造参数】菜单，刀具设置完成。步骤5.演示刀具路径（1）屏幕演示1.选择【NC序列】菜单中的【演示轨迹】命令，系统显示 【演示路径】菜单。2.选择【演示路径】菜单中的【屏幕演示】命令，系统弹出 【演示路径】对话框。单击对话框中的按钮，则创建的刀具路径如图30。至此刀具路径创建完成。 图30体积块粗加工屏幕演示 图31铣削屏幕演示.孔加工步骤1.加工方法（1）打开文件。（2）选择【制造】菜单，依次选取【加工】【NC序列】【新序列】。（3）选择【辅助加工】菜单中的【孔加工】命令，然后单击【完成】命令。（4）选择【孔加工】菜单中的【钻孔】-【标准】-【完成】命令，系统显示【序列设置】菜单。系统缺省的选项为【参数】和【孔】，由于需要重新设置刀具、退刀面和序列坐标系，所以选中【刀具】命令。步骤2.刀具设置（1）选择【序列设置】菜单中的【完成】命令。系统显示【刀具设定】对话框。（2）在对话框中设置刀具类型为【钻孔】。刀具名称使用系统缺省的T0007，材料设置为HSS，单位为毫米。（3）在【几何】选项卡中设置刀具直径为13m，铣刀长度为6mm。点角度即钻头的尖端角度为118；在【设置】选项卡中设置刀具编号为7.然后单击【预览】按钮,观看刀具的简单图形。（4）接着单击【应用】按钮,在对话框的预览框显示刀具编号和名称。（5）最后单击如图所示【刀具设定】在对话框中的【确定】按钮，刀具设置完成。图32具设置 图33孔加工参数设置步骤3.加工参数设置如图33所示。步骤4.创建坐标系和退刀面与上一NC加工相同。步骤5.选择加工曲面或轴（1）单击【退刀选取】对话框中的【选取】按钮。同时系统弹出如图34所示的【孔集】对话框。图34孔集对话框（2）选取所加工孔的轴，单击【确定】按钮。步骤6.演示刀具路径图35【演示路径】对话框 图36 钻孔加工刀具路径（1）屏幕显示1.单击【孔集】对话框中的【确定】按钮，系统显示【孔】菜单。2.选择菜单中【完成/返回】命令。3.选择菜单中的【演示轨迹】命令，系统弹出【演示路径】菜单。4.选择菜单中的【屏幕显示】命令，系统弹出【演示路径】对话框。如图36所示。5.选择对话框中的播放按钮，则创建的刀具路径如图35所示。至此刀具路径创建完成。6.选择【NC序列】菜单中的【完成序列】命令，则钻孔加工序列设置完成。四、CL数据的输出和NC代码的生成单击菜单管理器中的【工具】|【CL数据】|【编辑】选项，在“选取特征”菜单下选择各个加工工序，点确定后出现保存副本对话框，如图37所示。图37保存副本保存后出现菜单管理器直接点完成/返回即可，如图38所示。图38文件视图然后点击菜单管理器中的【工具】|【CL数据】|【后处理】选项，出现下列对话框，如图39所示。 图39后处理选项选择好机床后直接点enter即可完成生成nc序列的全部过程。图40选择机床工作目录下的nc序列文件如下图41所示 图41工作目录中的nc序列文件参考文献【1】杜可可，机械制造技术基础课程设计指导.北京：人民邮电出版社， 2007.12 【2】肖乾，Pro/Engineer Wildfire 3.0中文版实用教程.北京：中国电力出 版设，2008【3】狄瑞坤等，机械制造工程.杭州：浙江大学出版社，2001.1【4】詹友刚，Pro/Engineer 中文野火版2.0数控加工教程.北京：机械 工业出版社，2007.7【5】杨继宏，数控加工工艺手册. 北京：化学工业出版社，2008.1心得体会通过这两周的课程设计，我重新熟悉了一遍大型三维设计软件PRO/E，以前大二时候学习PRO/E只会用PRO/E来建模画三维图，后来才知道原来PRO/E软件功能非常强大，包括了许多板块，几乎囊括了从机械设计、加工、模具制造到仿真数控加工以及后面的出工程图等各个领域，是我们机械制造专业从事计算机辅助设计必学的三维设计软件。虽然后来参加了一个培训班，有幸见识它的神通广大，也大概了解了PRO/E软件在各个模块所具备的功能，亮点是参数化设计，但由于后来长时间没多加练习学的好多东西都忘了，再加上要完全掌握PRO/E软件是需要技巧的，都说学习都是个孰能生巧的过程，练得多并不一定代表学的好、掌握的透彻，还需要在不断学习的过程中不断加以总结归纳，为以后碰到类似的问题提供一个可供选择的路，一个问题可解决的路子多了思维也就开阔了，这样也就达到了融会贯通的境界。我想这次肖老师把企业一线的实际生产零部件拿给我们来课程设计目的也在于此，虽然刚开始我们看发下来的零件图都有点难度，真不知道图纸上画的零件是什么，琢磨了半天才了解了个大概形状，尤其像我这样空间想象能力不好的看起来就更费劲了，请教了班上几个高手终于把建模大概过程给整明白了，话说我拿的图也不太难，只要一上路后面的就迎刃而解了，接下就是要生成工程图了，由于这次用的PRO/E软件是全新的M5.0，跟我们大二学的PRO/E3.0有很大差别，好多功能选项都找不到了，所以我们不得从图书馆借PRO/E M5.0的书把如何生成进行NC加工了，NC加工的过程就是选择机床、选择刀具参数、加工参数设置最后生成零件数控加工的相关文件，如G代码等。难点就是要合理选择刀具参数、加工参数达到最经济高效率的目的，在此需要不断对零件仿形加工进行检查最后得到理想的NC加工序列。在做本次课程设计中，我遇到很多问题，体会到了自身的不足和知识的匮乏。但是PRO/E不是一朝一夕能学成的，需要我们有空的时候多练练，把它当成我们机制专业设计的一个必备工具。短暂的课程设计只让我们对PRO/E软件一个感性的认识，我们需要学习PRO/E的方方面面还有很多，要走的路还很长，我们离真正的实践开发阶段还很遥远，在此特意鸣谢肖老师和助教的指导以及同学们在课程设计的过程中对我的帮助！附录1：三维零件图附录2：毛坯三维图附录3：G代码工序1工序2工序3G71O0000N0010T1M06S100M03G00X0.Y-6.201G43Z20.H01M08Z3.G01Z-2.5F280.2G02X0.Y6.201I0.J6.201G03X0.Y6.201I0.J-6.201G01Z20.M30G71O0000N0010T2M06S100M03G00X0.Y4.229G43Z-50.5H02M08Z-36.G01Z-30.5F280.2G03X0.Y-4.229I0.J-4.229G02X0.Y-4.229I0.J4.229G01Z-50.5M30%G71O0000N0010T7M06S195M03G00X0.Y0.G43Z20.H07M08G83X0.Y0.Z-36.605R3.Q28.F.43G80G00Z20.M30%工序4工序5工序64%G71O0000N0010T8M06S275M03G01G43X0.Y0.Z20.F139.H08M08G83X0.Y0.Z-37.146R3.Q28.F.57G80G01Z20.F139.M30%G71O0000N0010T9M06S100M03G00X0.Y0.G43Z20.H09M08G88X0.Y0.Z-33.R3.F1.6G80G00Z20.M30%G71O0000N0010T3M06S245M03G00X6.433Y39.804G43Z20.H03M08Z-13.G01Z-18.F735.X-6.433G02X-20.207Y53.601I6.433J20.196G01X20.206G03X19.863Y67.398I-20.206J6.399G01X-19.863G02X-.184Y81.195