CADCAM设计综合实验.docx

实 验 报 告题 目CAD/CAM端盖零件的加工设计学 院机电工程学院专 业机械制造及其自动化班 级机自0904姓 名学 号 指导教师2012年11月15日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：机械制造及自动化系题 目： CAD/CAM端盖零件的加工设计 年生产纲领： 单件小批量 设计实验的实施方法综合设计型实验可分为如下几个阶段：1 准备阶段 查阅、翻译大量文献资料。 选择题目。 撰写立题报告立题报告内容包括题目名称、立题依据（如理论基础，现实意义与经济价值等）、具体方案、实施手段、测试方法、预期结果、工作计划与日程安排等。 立题答辩立题报告要通过有关指导教师答辩，经批准后可进行课题阶段。2 迸人课题阶段 准备实验所需的原材料。 准备实验所需的设备、仪器及软件、硬件工具。(3) 根据实验指导书，结合自己的实验对象，开始实验过程。3结束阶段 要大量有针对性地查阅资料、文献以充实课题理论。 将实验得到的数据、结果进行归纳、总结，根据拟题方案及课题要求写出总结实验报告，报告内容包括立题依据、原理、测试方法及有关数据、原材料的原始分析数据、并提出存在问题。在论文最后应按序号注明查阅的中外资料的名称及作者与页数。 成绩评定，由机自系实验指导教师和实验室指导老师一起考核完成。时间安排： 该设计综合实验时间为2周，具体时间分配如下：时间任务安排第1周第1天分组，下发设计任务书，查阅相关参考文献第1周第2-3天查阅相关参考文献，提出设计方案第1周第4-5天产品反求设计或CAD设计阶段第2周第1-2天CAM设计阶段第2周第3-4天实际加工阶段第2周第5天总结，撰写实验报告，提交实验报告指导教师签名： 2013 年1月7日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录1项目/任务简介1实验目的 5 2实验内容 53综合设计实验方法 54实验设备 6 2实验过程 1Pro/E建模思路 7 2Pro/E建模 73制定加工工艺和工艺路线安排 134Matercam仿真和nc代码的生成 19 3实验小结 344参考文献 355附件 （nc代码） 36 第一章项目/任务简介1.实验目的通过实验，使学生在掌握CAD/CAM、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程的理论基础上，初步掌握Solidworks、Pro/E、MasterCAM、Cark、Daphne等软件的使用，掌握产品设计、产品分析、工艺设计、数控加工仿真、产品数据管理、实际数控加工、产品快速成形加工方法的产品整个开发过程，培养学生专业技能，培养综合与创新能。该实验要求学生已经完成CAD/CAM、数控技术、模具设计及制造、计算机仿真、现代设计技术、机械制造技术基础、机械制造装备设计、精密加工和特种加工等课程和数控技术课程设计的学习和实践环节。2.实验内容实验对象采用教师指定和学生自选两种形式。其中教师指定实验对象包括：l 手机（反求或创新设计）l 凸轮机构l 减速器产品l 小型汽车千斤顶产品l 冷冲模座其中自选实验对象必须经过指导老师同意，才可以进行实验。3.综合设计实验方法1) 综合设计实验的指导思想综合设计性实验是根据选题的需要，将各个孤立的实验贯穿起来组织与安排实验，这样既丰富了课题内容，又克服由单纯验证性试验或测试性实验的孤立进行而造成理论与实际联系不够紧密的现象。通过课题内容的需求，将相关方面的基本知识有机地联系起来，既加深了对知识的系统理解，又拓宽了解决问题的思路和能力。让学生进行综合设计实验，就是在教师指导下让学生根据实验题目、实验任务，独立完成确定实验方案、拟定实验程序，选择实验仪器、设备并进行安装、调试，观察实验现象，作好实验记录，进行数据处理，写出实验报告等。综合设计型实验有一定难度，要圆满完成综合设计型实验，不仅需要一定的较宽的理论知识，还需要灵活多种的实验技能。为此，要求学生要有学习的主动性和高度的自觉性，在实施任务的过程中需查阅大量的科技文献资料，进行综合分析、推理判断，自行处理实验过程中的一切问题，在完成实验的过程中进一步开发智力，全面培养和发挥实验能力。所从事的设计型实验如果成功，则加强学生或实验技术人员动手能力，培养学生分析问题与解决问题的能力，开拓学生视野，提高学习的自信心和努力进取的精神，最大限度地培养和造就独立进行科学实验的本领。2) 综合设计实验的实施方法就一般情况而言，综合设计型实验可分为如下几个阶段。1 准备阶段 查阅、翻译大量文献资料。 选择题目。 撰写立题报告立题报告内容包括题目名称、立题依据（如理论基础，现实意义与经济价值等）、具体方案、实施手段、测试方法、预期结果、工作计划与日程安排等。 立题答辩立题报告要通过有关指导教师答辩，经批准后可进行课题阶段。2 迸人课题阶段 准备实验所需的原材料。 准备实验所需的设备、仪器及软件、硬件工具。(3) 根据实验指导书，结合自己的实验对象，开始实验过程。3结束阶段 要大量有针对性地查阅资料、文献以充实课题理论。 将实验得到的数据、结果进行归纳、总结，根据拟题方案及课题要求写出总结实验报告，报告内容包括立题依据、原理、测试方法及有关数据、原材料的原始分析数据、并提出存在问题。在论文最后应按序号注明查阅的中外资料的名称及作者与页数。4 成绩评定，由机自系实验指导教师和实验室指导老师一起考核完成。4实验设备该设计综合实验涉及设备包括以下软硬件：l 三坐标测量机l 三维扫描仪l 数控车床l 数控铣床l 数控线切割机l 加工中心l CAD/CAM软件系统：SolidWorks、MasterCAM软件。l 快速成型机三菱数控系统（3台数控车数控系统、1台数控铣系统、1台加工中心数控第二章实验过程1.Proe/E建模的基本思路 三维零件的建模是在二维的建模的基础上产生的。从根本上来说，现在平面上设计出剖面，然后再按一定的方式生长，例如对于平面图形进行厚度设置，就变成立体图。2.pro/E 建模1） 新建文件：打开pro/E，点击“新建”，建立新的文件，选择“零件”，去除缺省模版。图2.2.12） 点击，选择实体拉伸命令，弹出下图2.12对话框，点击“放置”“定义”，选择一个放置平面。 图2.2.23) 在选定的平面内,选择“草绘”，通过矩形命令，边长输入“90”建立一个平面图形，图2.2.3， 2.2.34) 点击“”得到下图2.2.4，出现拉伸的立体图，在拉伸命令的工作条中，输入“5”，点击，得到工件的底部基座的实体图2.2.4--1 2.2.4-15）同步骤4一样，建立零件上表面的槽，单击拉伸命令,选择上一步骤中的上表面为基准平面，在这个平面内草绘零件的平面形状图2.2.5. 2.2.5单击，输入拉伸值“10”，得到图2.2.5--16）最后是零件的四个通孔，单击，进入孔的编辑界面，在基础板的上表面设置为孔的放置平面，图2.2.6，对其位置进行设置，确定位置。 2.2.6对于其他的空也是采用这样的方法，分别建立四个孔的三维造型，单击确定，最后得到我们的零件的三维模型。图.7综上所述，本文采用的建模方法如下 2.制定加工工艺和工艺过程2-1零件图纸分析 分析零件共有五个加工特征，6的通孔，基底的四个面，上面的轮廓的内外面和凸台的上表面。 42，3 51 1，6的通孔。 2，凸台外轮廓。3凸台内轮廓。 4，基座外轮廓。 5，凸台上表面。1） 分析图纸的精度和表面粗糙度1-1） 经济加工精度 包括加工尺寸经济精度和加工表面形状、位置经济精度。其含义：在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间）下，该加工方法所能保证的加工精度。1-2） 表面粗糙度 评定加工过的材料表面由峰、谷和间距等构成的微观几何形状误差的物理量。常用评定参数可分为高度参数、间距参数和形状参数(综合参数)三个系列。 根据本次我所加工的零件的加工精度等级要求，在加工不同的表面、孔的时候，一定要注意最后能够保证达到的精度要求同时也要保证相应的粗糙度的要求。在所编译工艺的一系列NC加工序列中主要是端面铣削、槽的铣削和孔的加工。根据我大三所学的机械制造技术基础，查表可得： 此外，还要根据不同的切削情况确定切削三要素。本次加工的加工中的一些数据是参照书上所给的数据给定的.2-2、选择机床数控机床的合理选用是指通过技术上和经济上的分析，评价与比较。从可以满足的相同需要的多种型号、规格的设备中选择最佳者的决策。此时需要分析的因素很多，涉及的加工工件按的尺寸、材料、类型、加工进度、零件数量及热处理等，应综合分析，选择出合适的加工数控机床。选择时应遵循原则有一下三点：1） 生产上要适用1-1） 要保证对工艺的实用性要求1-2） 要保证加工工件的尺寸的适用性要求，选择好的数控机床的规格。1-3） 要保证加工工件的精度，选择合适的精度的数控机床。2） 技术上先进 在保证加工质量和加工精度要求下，机床的精度要与工件要求的精度一致，尽量选用技术先进的机床加工，以提高生产效率。3） 经济上合理对简单的零件，加工过程不复杂的可以选择普通机床进行加工，没有必要把数控机床降为普通机床使用，以降低成本。2-3、装夹方案的确定 夹具结构应力求简单，由于零件在数控铣床上加工大都在用工序集中的原则，加工的部位较多，同时批量较小，零件更换周期短，家具的标准化，通用化和自动化对加工效率的提高及加工费用的降低有很大的影响。因此。对批量小的零件应采用组合夹具。 本次零件加工采用的是在PRO/E软件中进行模拟数控加工，以至于创建好的三维模型为基准，创建一个毛坯，按照不同的序列将毛坯加工志模型式样。由于零件上表面有槽加工的内容，只需单工位、单面加工即可，我们选择立式数控铣床。零件尺寸不大，考虑到数控工序集中，减少装夹次数，采用工艺板装夹。图2-3。 2-32-4、刀具的选择根据图纸，为了减少刀具的数量，减少刀具跟换，尽量使用直径一致的铣刀。在槽加工时精加工刀具R应小于最大的半径R6，钻头直径依照图纸就可以，油槽可采用专用刀具。综上所述，本次加工采用莫失锥柄立铣刀 参数为基本尺寸为8mm，f=0.6mm，粗齿，齿数为3，材料为高速钢。钻孔采用直径为6的高速钢麻花钻，铰刀为莫氏锥柄机用铰刀。2-5确定工艺路线 通过分析图纸，零件图纸上，共有五个需要加工的特征，1） 基座板：900.04，其公差为0.08，查公差与检测技术，表2.4 标准公差数值得到公差等级IT8；2） 凸台外表面：700.02，公差为0.04，查表公差等级为IT7，粗糙度值为3.2；3） 凸台内表面：公差为0.025，查表为IT7，粗糙度为3.2；4）6通孔 ：公差为0.012，查表为IT7，粗糙度为1.6；5）凸台上表面为：粗糙度上表面为3.2。 背吃道量和侧吃刀量的选取只要由于加工余量和对表面质量的要求决定，一般参考如下：1） 当工件表面粗糙度要求为Ra=12.525m，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣面加工余量小于6mm，粗铣一次的进给就可以达到要求。但是在余量较大，工艺系统刚性较差或者机床动力不足时，可以分为俩次或者多次进给完成。2） 当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.212.5m时，应该分为粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量和侧吃刀量选取同前，粗铣后留0.51.0mm余量，在半精铣时切除。3） 当工件表面粗糙度要求为Ra=0.83.2m时，应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时的背吃刀量或侧吃刀量取1.52mm；精铣时，圆周铣侧吃刀量取0.30.5，面铣刀背吃刀量取0.51mm。 通过以上分析零件图纸，结合机械制造技术基础确定工艺为： 基座外轮廓采用粗铣，半精铣，加工余量为5mm；凸台上表面轮廓粗，半精铣，加工余量5mm；制定毛坯为： 90+5+5=100mm 90+5+5=100mm 15+5=20mm 10010020mm2-6 切削用量的选择铣削加工的切削用量包括切削速度、进给量、背吃刀量。1） 从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是；先先选取背吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，背吃刀量ap等于加工余量，应以最少的进给次数切除这一加工余量，最好依次切尽余量，以提高生产效率。为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都有一定的精加工余量，一般粗铣余量为0.5mm左右。总的加工余量为5mm，粗细进给量为4.5，半精铣为0.5mm。2）进给速度vfVf=afnz af-每齿进给量 n-主轴转速 z-铣刀齿数 查金属切削手册，表7-44得af=0.05mm；3) 切削速度Vc 查表金属切削手册，查表7-45得 Vc=20m/min4）主轴转速n n=1000Vcd Vc -切削速度 d -铣刀直径 在此处键入公式。 n=1000208 =796r/min Vf=afnz =0.067963 =143.28mm/min2-7 制定工艺加工路线粗铣凸台上表面 半精铣凸台上表面 粗铣外轮廓 半精铣外轮廓 粗铣凸台外轮廓 半精铣凸台外轮廓 挖槽 半精修槽 钻6孔 精铰6孔 3、masterCAM的仿真和nc代码的生成 Mastercam不但具有强大稳定的造型功能，可设计出复杂的曲线、曲面零件，而且具有强大的曲面粗加工及灵活的曲面精加工功能。其可靠刀具路径效验功能使Mastercam可模拟零件加工的整个过程，模拟中不但能显示刀具和夹具，还能检查出刀具和夹具与被加工零件的干涉、碰撞情况，真实反映加工过程中的实际情况，不愧为一优秀的CAD/CAM软件。同时Mastercam对系统运行环境要求较低，使用户无论是在造型设计、CNC铣床、CNC车床或CNC线切割等加工操作中，都能获得最佳效果3-1单击，打开软件，单击，导入pro/E的三维模型3-2设置机床类型。 单击机床类型，选择“铣床”“默认”。单击，进行毛坯的设置图3-2。根据前面的工艺的设定和加工余量的计算长宽高以此输入100、100、20。单击确定。图3-2-13-23-2-13-3 设置刀具路径。 单击 ，单击平面铣得到图3-3，开始串联，打勾。 3-3出现图3-3-1，设置刀具平底刀直径10，铰刀直径6，钻头直径6.进给量为146，主轴转速796。 3-3-1进给量输入5，粗加工余量为0.5。见图3-3-23-3-2设置共同参数，我选择增量坐标，工件表面输入20，深度输入15。见图3-3-3 3-3-3 确定得到图3-3-4，生成刀具路径。 3-3-43-4 设置基座外形铣削。 刀具不变，进给量为5，半精加工为0.5。确定得到图3-4 3-43-5 刀具不为8mm立铣刀，外形铣进给参数如下：铣凸台外形的参数 基座的上表面的参数道具路径为3-5 3-53-6挖槽。参数如下得到路径图3-63-63-7钻孔和铰孔。麻花钻直径为5mm，铰刀直径为6mm。、刀具路径为：3-8 最后的刀具路径为仿真加工，单击-，进行仿真加工3-9 生成nc代码 单击，得到下图、单击，进行确定，得到代码，对代码进行修改，最终得到所要加工的代码。见附4 实体加工 把得到的代码用斯沃软件进行模拟图4-1. 4-1经过斯沃的仿真验证，我们班选了俩个典型的铣削加工的零件，去东院在指导老师的帮助之下，我们加工出了我们所做的零件的实体图。图4-2和4-3 4-2 4-3三、实验小结经过俩个星期的cadcam综合实验，我自己通过自己的学习和查阅资料，1、 掌握了proe三维建模，会用一些常用的命令，如拉伸，打孔，镜像；2、 mastercam计算机辅助编程，掌握了2D铣削的基本命令，外形铣削，钻孔，平面铣，标准挖槽；3、 了解了数控铣床的操作，对刀的步骤，一些铣削的编程。除此之外，对学过的机械制造技术基础再一次强化了认识，对工艺的制定和加工有了深刻的理解。同时，在实验过程中，有一些问题需要注意，就是三维建模的导入mastercam中，需要保存为“线框”模型，保存类型最好为IGES格式，导入后要对坐标系进行平移，否则刀具路径会出错，前期这是我们前期所遇到的问题。当然了，在我们实验过程中，离不开实验室老师的大力支持和帮助，这里表示由衷的感谢。四、参考文献1、金属切削刀具设计手册 机械工业出版社 ，袁哲俊，刘华明 主编；2、机械制造技术基础 华中科技大学出版社，熊良山 严晓光主编； 3、Mastercam X2 数控加工人民邮电出版社，钟廷志，张铁坚主编； 4、pro/E磨具设计与数控加工人民邮电出版社，何满才主编；5、数控加工工艺第二版，化学工业出版社， 贺曙新，张思第，文少波主编。五、附件 nc代码7N100 G21N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90N104 T01 M6N106 G0 G90 G54 X6. Y-55. S2387 M3N108 G43 H217 Z25.N110 Z20.N112 G1 Z-5. F238.7N114 G3 G41 D217 X0. Y-49. I-6. J0. F477.4N116 G1 X-45.N118 G2 X-49. Y-45. I0. J4.N120 G1 Y45.N122 G2 X-45. Y49. I4. J0.N124 G1 X45.N126 G2 X49. Y45. I0. J-4.N128 G1 Y-45.N130 G2 X45. Y-49. I-4. J0.N132 G1 X0.N134 G3 G40 X-6. Y-55. I0. J-6.N136 G0 Z20.N138 X6. Y-51.N140 G1 Z-5. F238.7N142 G3 G41 D217 X0. Y-45. I-6. J0. F477.4N144 G1 X-45.N146 Y45.N148 X45.N150 Y-45.N152 X0.N154 G3 G40 X-6. Y-51. I0. J-6.N156 G0 Z20.N158 X6. Y-55.N160 Z15.N162 G1 Z-10. F238.7N164 G3 G41 D217 X0. Y-49. I-6. J0. F477.4N166 G1 X-45.N168 G2 X-49. Y-45. I0. J4.N170 G1 Y45.N172 G2 X-45. Y49. I4. J0.N174 G1 X45.N176 G2 X49. Y45. I0. J-4.N178 G1 Y-45.N180 G2 X45. Y-49. I-4. J0.N182 G1 X0.N184 G3 G40 X-6. Y-55. I0. J-6.N186 G0 Z15.N188 X6. Y-51.N190 G1 Z-10. F238.7N192 G3 G41 D217 X0. Y-45. I-6. J0. F477.4N194 G1 X-45.N196 Y45.N198 X45.N200 Y-45.N202 X0.N204 G3 G40 X-6. Y-51. I0. J-6.N206 G0 Z15.N208 X6. Y-55.N210 Z10.N212 G1 Z-15. F238.7N214 G3 G41 D217 X0. Y-49. I-6. J0. F477.4N216 G1 X-45.N218 G2 X-49. Y-45. I0. J4.N220 G1 Y45.N222 G2 X-45. Y49. I4. J0.N224 G1 X45.N226 G2 X49. Y45. I0. J-4.N228 G1 Y-45.N230 G2 X45. Y-49. I-4. J0.N232 G1 X0.N234 G3 G40 X-6. Y-55. I0. J-6.N236 G0 Z10.N238 X6. Y-51.N240 G1 Z-15. F238.7N242 G3 G41 D217 X0. Y-45. I-6. J0. F477.4N244 G1 X-45.N246 Y45.N248 X45.N250 Y-45.N252 X0.N254 G3 G40 X-6. Y-51. I0. J-6.N256 G0 Z25.N258 X6. Y-65.127 Z35.N260 Z25.N262 G1 Z-4.75 F238.7N264 G3 G41 D217 X0. Y-59.127 I-6. J0. F477.4N266 G1 X-16.N268 G2 X-30.496 Y-53.123 I0. J20.5N270 G1 X-53.123 Y-30.496N272 G2 X-59.127 Y-16. I14.496 J14.496N274 G1 Y16.N276 G2 X-53.123 Y30.496 I20.5 J0.N278 G1 X-30.496 Y53.123N280 G2 X-16. Y59.127 I14.496 J-14.496N282 G1 X16.N284 G2 X30.496 Y53.123 I0. J-20.5N286 G1 X53.123 Y30.496N288 G2 X59.127 Y16. I-14.496 J-14.496N290 G1 Y-16.N292 G2 X53.123 Y-30.496 I-20.5 J0.N294 G1 X30.496 Y-53.123N296 G2 X16. Y-59.127 I-14.496 J14.496N298 G1 X0.N300 G3 G40 X-6. Y-65.127 I0. J-6.N302 G0 Z30.25N304 X6. Y-60.127N306 Z25.N308 G1 Z-4.75 F238.7N310 G3 G41 D217 X0. Y-54.127 I-6. J0. F477.4N312 G1 X-16.N314 G2 X-26.96 Y-49.588 I0. J15.5N316 G1 X-49.588 Y-26.96N318 G2 X-54.127 Y-16. I10.961 J10.96N320 G1 Y16.N322 G2 X-49.588 Y26.96 I15.5 J0.N324 G1 X-26.96 Y49.588N326 G2 X-16. Y54.127 I10.96 J-10.961N328 G1 X16.N330 G2 X26.96 Y49.588 I0. J-15.5N332 G1 X49.588 Y26.96N334 G2 X54.127 Y16. I-10.961 J-10.96N336 G1 Y-16.N338 G2 X49.588 Y-26.96 I-15.5 J0.N340 G1 X26.96 Y-49.588N342 G2 X16. Y-54.127 I-10.96 J10.961N344 G1 X0.N346 G3 G40 X-6. Y-60.127 I0. J-6.N348 G0 Z30.25N350 X6. Y-55.127N352 Z25.N354 G1 Z-4.75 F238.7N356 G3 G41 D217 X0. Y-49.127 I-6. J0. F477.4N358 G1 X-16.N360 G2 X-23.425 Y-46.052 I0. J10.5N362 G1 X-46.052 Y-23.425N364 G2 X-49.127 Y-16. I7.425 J7.425N366 G1 Y16.N368 G2 X-46.052 Y23.425 I10.5 J0.N370 G1 X-23.425 Y46.052N372 G2 X-16. Y49.127 I7.425 J-7.425N374 G1 X16.N376 G2 X23.425 Y46.052 I0. J-10.5N378 G1 X46.052 Y23.425N380 G2 X49.127 Y16. I-7.425 J-7.425N382 G1 Y-16.N384 G2 X46.052 Y-23.425 I-10.5 J0.N386 G1 X23.425 Y-46.052N388 G2 X16. Y-49.127 I-7.425 J7.425N390 G1 X0.N392 G3 G40 X-6. Y-55.127 I0. J-6.N394 G0 Z30.25N396 X6. Y-50.127N398 Z25.N400 G1 Z-4.75 F238.7N402 G3 G41 D217 X0. Y-44.127 I-6. J0. F477.4N404 G1 X-16.N406 G2 X-19.889 Y-42.517 I0. J5.5N408 G1 X-42.517 Y-19.889N410 G2 X-44.127 Y-16. I3.89 J3.889N412 G1 Y16.N414 G2 X-42.517 Y19.889 I5.5 J0.N416 G1 X-19.889 Y42.517N418 G2 X-16. Y44.127 I3.889 J-3.89N420 G1 X16.N422 G2 X19.889 Y42.517 I0. J-5.5N424 G1 X42.517 Y19.889N426 G2 X44.127 Y16. I-3.89 J-3.889N428 G1 Y-16.N430 G2 X42.517 Y-19.889 I-5.5 J0.N432 G1 X19.889 Y-42.517N434 G2 X16. Y-44.127 I-3.889 J3.89N436 G1 X0.N438 G3 G40 X-6. Y-50.127 I0. J-6.N440 G0 Z30.25N442 X6. Y-45.127N444 Z25.N446 G1 Z-4.75 F238.7N448 G3 G41 D217 X0. Y-39.127 I-6. J0. F477.4N450 G1 X-16.N452 G2 X-16.354 Y-38.981 I0. J.5N454 G1 X-38.981 Y-16.354N456 G2 X-39.127 Y-16. 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