CADCAECAM课程设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上 目录一、设计任务书- -31.1机械课程设计的目的-31.2本课程设计任务-31.3多功能物料测试夹具装配图-32、 CAD设计部分（实体建模）-42.1、万能压缩试验机连接头设计-42.2基板设计-52.3垫块设计-62.4副夹板设计-72.5合页铰链设计-82.6主夹板1设计-92.7主夹板2设计-102.8铰支座设计-122.9多功能物料测试夹具装配图-133、 CAE设计部分（ANSYS有限元分析）-143.1问题分析-143.2确定材料性能及受力情况-143.3建立有限元模型-143.4实体单元参数设置-163.5划分网格-173.6定义边界条件-173.

2、7加载荷和求解-183.8结果分析-183.9结果分析-194、 CAM设计部分（刀路设计分析）-194.1分析零件结构，划分加工工序-204.2利用PRO/E软件数控加工模块进行演示-20五、设计小结-30六、参考文献-30一、 设计任务书1.1机械课程设计的目的 随着CAD/CAE/CAPP/CAM技术的不断发展，其应用领域越来越广泛。为了更好地掌握CAD/CAE/CAPP/CAM相关技术在设计及实际加工中的应用，现通过本课程设计，应用所学知识结合先进的CAD/CAE/CAPP/CAM软件解决工程实际问题的方法，初步掌握零件设计，加工的方法和步骤，培养严肃认真的科学态度，提高对所学知识综合

3、运用的能力，为走向工作岗位奠定基础。1.2本课程设计任务1.2.1CAD部分应用Pro/E 4.0软件对多功能物料测试夹具进行零件设计并实体建模，把各零件按照设计要求进行装配。1.2.2CAE部分对多功能物料测试夹具的主要零件运用ANSYS软件进行有限元分析，得出变形图、应力云图等有限元分析结果。1.2.3CAM部分应用Pro/E 4.0软件的NC Programming模块进行主要零件的刀路模拟加工分析，并得出数控加工代码。1.3多功能物料测试夹具装配图多功能物料测试夹具是用于万能压缩试验机，以及一般机床上装夹不同类型物料的可调整夹具。其装配图如下：1、万能压缩试验机连接头 2、M6

4、5;25内六角圆柱头螺钉 3、M8×100螺栓 4、M8螺母 5、M8垫片 6、基板 7、垫块 8、副夹板 9、合页铰链 10、销轴a 11、销轴b 12、主夹板 13、铰支座 14、M6内六角圆柱头螺钉 2、 CAD设计部分（实体建模） 万能无聊测试夹具的实体建模设计总体上来说是使用了由底而上的产品设计方法，设计过程中运用了拉伸、旋转等实体建模的基本方法。在万能物料测试夹具建模设计的过程中，除了学习建模方法外，更多的是学习这种设计模型的思想。2.1、万能压缩试验机连接头设计其零件设计依据图纸如图所示：2.1.1 零件设计步骤分析 压缩试验机连接头零件的设计与建模均比较简单，首先，可

5、拉伸45段圆柱；其次，拉伸33段圆柱；再次，拉伸15，去除材料；最后，拉伸左端面四个小孔。2.1.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；to be or not to be建立新文件，命名为WNYSSYJLJT。创建拉伸特征，拉伸45圆柱。 创建拉伸特征，拉伸33段圆柱 。 创建拉伸特征，拉伸15孔。创建拉伸特征，拉伸4-6孔。文件存盘。2.2基板设计其零件设计依据图纸如图所示： 2.2.1 零件设计步骤分析 基板的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.2.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为JIBAN。创建拉伸特征，拉伸204×50×15长方体。

6、创建拉伸特征，拉伸左右两边的跑道形槽，去除材料。 创建拉伸特征，拉伸4×6不通孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸4-10沉头孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸4-6通孔，去除材料。文件存盘。 2.3垫块设计 其零件设计依据图纸如图所示： 2.3.1 零件设计步骤分析 垫块的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.3.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为DIANKUAI。创建拉伸特征，拉伸42×32×20长方体。创建拉伸特征，拉伸9通孔，去除材料。 创建拉伸特征，拉伸9通孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸9通孔，去除材料。文件存盘。 2.4副夹板设计

7、其零件设计依据图纸如图所示： 2.4.1 零件设计步骤分析 副夹板的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.4.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为FUJIABAN。创建拉伸特征，拉伸50×50×6长方体。创建拉伸特征，拉伸2×6和9通孔，去除材料。文件存盘。 2.5合页铰链设计其零件设计依据图纸如图所示： 2.5.1 零件设计步骤分析 合页铰链的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.5.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为HEYEJIAOLIAN。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。 创建拉伸特征，拉伸截面如图

8、所示，去除材料。 创建拉伸特征，拉伸截面不变，去除材料。 创建拉伸特征，拉伸5通孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸10沉头孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸6通孔，去除材料。 文件存盘。2.6主夹板1设计其零件设计依据图纸如图所示：2.6.1 零件设计步骤分析 主夹板1的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.6.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为ZHUJIABAN1。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。 创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。 创建拉伸特征，拉伸不通孔，去除材料。 文件存盘。2.7主夹板2设计其零件设计依据图纸如图所示：2.7.1 零件设计步骤分

9、析 主夹板2的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.7.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为ZHUJIABAN2。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。 创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。 创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸，去除材料。 创建拉伸特征，拉伸不通孔，去除材料。 文件存盘。 2.8铰支座设计 其零件设计依据图纸如图所示： 2.8.1 零件设计步骤分析 铰支座的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。 2.8.2 零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为JIAOZHIZUO。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。 创建拉伸特征，拉

10、伸截面如图所示。 创建拉伸特征，拉伸10沉头孔，去除材料。 文件存盘。CAD部分的主要零件建模就这些，其余的零件如螺栓、螺母、垫片、内六角螺钉、销轴等由于零件过于简单就不再一一展示了，直接在装配图里面体现。2.9 多功能物料测试夹具装配图3、 CAE设计部分（ANSYS有限元分析） 对多功能测试物料夹具进行分析，从装配图和结构上可以很明显地看出，夹具的主要受力部分是两块主夹板，因此主夹板容易出现变形，从而影响V形块定位的精度。这里就只对主夹板1所受的静力模型进行简化，运用ANSYS软件中的静力分析对其进行分析。最后对得到的结果进行讨论。 对主夹板1的有限元分析3.1问题分析主夹板1零件图如右图

11、所示：结合装配图，可知当万能压缩试验机给夹具在上下连接头施力时，主夹板1和2夹紧工件，同时工件对主夹板接触面有一个反作用力，此时主夹板在销轴连接孔处和与合页铰链接触面即下表面被约束住。3.2确定材料性能及受力情况主夹板1材料为45钢，弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，假设受力为均布力100MPa。3.3建立有限元模型由于零件已经有建立好的PRO/E模型，所以可以利用标准格式数据模型文件导入的方法在ANSYS中建立有限元模型。3.3.1建立IGES格式模型文件本文通过PRO/E4.0软件建立模型文件，并把文件保存为副本，文件名为zhujiaban1,其模型数据格式为IGES。 3.3.2清

12、除ANSYS数据库 启动ANSYS软件，执行Utility Menu<<file<<clear&Start New 命令，弹出clear database and start new对话框，选择read file ，单击OK.3.3.3 更改文件名执行Utility Menu<<file<<Change Jobname命令，在弹出Change Jobname对话框中输入zhujiaban1，单击OK. 3.3.4 更改工作目录执行Utility Menu<<file<<Change Directory命令，选择安装

13、目录文件夹，点击确定.3.3.5读取IGES格式模型文件 执行Utility Menu<<file<<import<<IGES命令，选择No defeaturing,单击OK。在弹出的对话框单击Brows，选择需要导入的IGES文件，单击OK完成模型的输入操作。CAD模型导入ANSYS后的效果如图所示。3.4实体单元参数设置3.4.1定义单元类型 本模型是三维的实体， 执行Main Menu<<Preprocessor<<Element Type<<Add/Edit/Delete 命令，在弹出对话框单击Add 按钮，在Li

14、brary of Element Type 对话框中选择Solid<<Brick 8node 45.如图所示 3.4.2定义材料属性 定义材料的弹性模量和泊松比： 执行Main Menu<<Preprocessor<<Material Props<<Material Model 命令，在弹出的对话框的Material Modeling Available 栏中，依次选择Structural<<Linear<<Elastic<<Isotropic，在弹出的对话框中输入材料的弹性模量EX=(MPa）,泊松比PRXY

15、=0.35.如图所示 3.5划分网格本文采用自由网格划分功能对几何模型进行划分。首先要设置网格的大小，执行Main Menu <<Preprocessor<<Meshing<<Size Cntrls<<SmartSize<<Basic命令，在弹出对话框中选择4。接着进行网格划分。执行Main Menu<<Preprocessor<< Meshing<< Mesh Tool命令，在弹出对话框中选择离散对象为Volumes(体)，单元形状为Tet和Free，单击Mesh，选择生成的实体模型，程序将自动完

16、成网格划分。结果如图所示。3.6定义边界条件 该处选用面加载方式施加固定边界条件，定义销轴连接孔和上表面（有孔）为固定边界条件。执行Main Menu<<Solution<<Define Loads<<Apply <<Structural<<displace ment<<On Areas命令，弹出面拾取框，选择销轴连接孔和下表面两螺纹连接孔。在弹出的选择约束所有的自由度，即All DOF；通过VALUE定义自由度为0.单击OK，完成了边界条件的施加，如下图所示。 3.7加载荷和求解3.7.1施加均布载荷 执行Main Me

17、nu<<Solution<<Define Loads<<Apply<<Structural << Pressure<<On Areas命令，在弹出的对话框中填入载荷100MPa。如图所示 3.7.2求解 执行Main Menu<<Solution<<Solve<<Current LS命令，弹出模型信息检查窗口和对话框，单击OK，开始求解。3.8结果查看执行Main Menu<<General Postproc<<Plot Results<<Deform

18、ed Sharpe命令，在弹出对话框中选择显示变形后的结果和变形前框架方式显示变形结果，可得到结构变形云图如下图所示。 执行Main Menu<<General Postproct<<Plot Result<<Contour Plot<<Nodal Solu,在弹出的对话框Contour Nodal Solution Data中选择Nodal Solution<<Stress<<von Mises stress显示当量应力云图，单击OK，如下图所示 由图可知结构的最大应力是148.189Mpa。3.9结果分析 从ANSYS

19、分析结果的结构变形云图可以看出，零件在受力的作用下变形主要产生在销轴连接部分，特别是在靠近受力面处的变形时最大的。从当量应力云图中也可以看出，最大应力出现在销轴连接孔靠近受力面处。因此我们在设计零件时要特意去关注此处的结构，考虑改变其结构，以减小其应力。 4、 CAM设计部分（刀路设计分析） 作为定位和测试元件，多功能物料测试夹具对其本身的加工精度要求很高，固大部分零件都需要经过高精度的数控机床加工，如基板、主夹板和垫块等。由于篇幅问题，在此只选取了加工较为复杂的基板进行Proe 4.0的NC Programming刀路运动仿真。其三维模型如图所示 4.1分析零件结构，划分加工工序该零件结构比

20、较简单，只需铣槽和钻孔。加工尺寸如图所示选用毛坯尺寸为220×60×20mm。加工工序安排如下表所示 序号 工序 刀具 主轴转速 S/（r/min）进给速度 f(mm/min) 1铣削轮廓，将220×60×20mm毛坯铣为204×50×20mm12端面立铣刀 800 200 2铣削上表面，铣去5mm12端面立铣刀 1500 200 3铣左右两个跑道形槽6端面立铣刀 800 100 4钻中间4个6不通孔，深度为10mm6钻头 800 20 5钻中间4个10沉头孔10钻头 800 20 6钻中间4个6通孔 6钻头 800 204.2利用P

21、RO/E软件数控加工模块进行演示4.2.1铣削轮廓 新建一个文件，选择制造类型，命名为“jiban”,选择mmns_mfg_nc模板。 引入参照模型，由于零件模型已经建好了，所以直接在制造模型中选择装配参照模型，选取零件”jiban”，选择固定约束。 引入工件，由于零件模型已经建好了，所以直接在制造模型中选择装配工件，选取零件”maopi”，选择固定约束。 制造设置 在制造设置中输入操作名称为profile；设置机床为车床MACH01，机床类型为铣削，轴数为3轴；新建加工零点，选择工件一个顶点；选择退刀平面，选择工件上表面向上偏移10mm，具体如图所示 设置刀具参数，如图所示 加工方法设置 在

22、制造菜单中选择加工NC序列加工轮廓3轴完成。输入NC序列名profile-01,接着设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示 选取加工表面，选择参照模型的四周面。 演示轨迹 屏幕演示，如图所示 NC检测，选中工具选项nccheck_typenccheck,选中NC检测，运行，保存NC检测结果为profile-01,如图所示 4.2.2 铣削上表面 加工方法设置 在制造菜单中选择加工NC序列新序列加工表面3轴完成。输入NC序列名face,刀具参数设计不变，设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示 选取加工表面，选择参照模型的上表面。 演示轨迹 屏幕演示，如图所示 NC检测，选中NC检测，恢复

23、profile-01序列检测结果，运行，保存NC检测结果为face,如图所示 4.2.3 铣削左右两个跑道形槽 加工方法设置 在制造菜单中选择加工NC序列新序列加工轮廓3轴完成。输入NC序列名profile-02,刀具参数设计如图所示 设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示 选取加工表面，选择参照模型的左右两个跑道形槽。 演示轨迹 屏幕演示，如图所示 NC检测，选中NC检测，恢复face序列检测结果，运行，保存NC检测结果为profile-02,如图所示 4.2.4 钻中间4个6不通孔，深度为10mm 加工方法设置 在制造菜单中选择加工NC序列新序列加工孔加工3轴完成。输入NC序列名hol

24、e-01,刀具参数设计如图所示 设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示 选取加工表面，选择参照模型的四个6深度为10mm的不通孔。 演示轨迹 屏幕演示，如图所示 NC检测，选中NC检测，恢复profile-02序列检测结果，运行，保存NC检测结果为hole-01,如图所示 4.2.5 钻中间4个10沉头孔，深度为6mm 加工方法设置 在制造菜单中选择加工NC序列新序列加工孔加工3轴完成。输入NC序列名hole-02,刀具参数设计如图所示 设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示 选取加工表面，选择参照模型的四个6深度为10mm的不通孔。 演示轨迹 屏幕演示，如图所示 NC检测，选中NC检测，恢复hole-01序列检测结果，运行，保存NC检测结果为hole-02,如图所示 4.2.6 钻中间4个6通孔 加工方法设置 在制造菜单中选择加工NC序列新序列加工孔加工3轴完成。输入NC序列名hole-03,刀具参数设计如图所示 设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示 选取加工表面，选择参照模型的中间4个6通孔。 演示轨迹 屏幕演示，如图所示 NC检测，选中NC检测，恢复hole-02序列检测结果，运行，保存