计算机辅助设计CAD CAM端盖的I建模和模拟加工

计算机辅助设计CAD/CAM

端盖的I建模和模拟加工

前百

随着科技H勺发展,计算机辅助设计越来越广泛地应用在各个设计领域.目前，它已

经突破了二维图纸电子化的框架，转向与二维实体建模、动力学模拟仿真和有限元分

析为主线日勺虚拟样机制作技术。使用虚拟样机技术可以在设计阶段预测产品的性能，

优化产品的设计，缩短产品的研制周期，节省开发费用。

以三维实体建模为基本功能日勺Pro/ENGEER采用“尺寸驱动参数日勺基于特性的I实

体建模技术”，彻底变化了老式的设计理念，建立了一种统一的能在系统内部引起变

化的数据构造。因此在产品开发过程中，更改一处设计可以不久传遍整个设计过程，

以保证所有H勺零件和各个环节保持一致性和协调性。

一、设计思路

这次课程设计是通过PR0/E软件实现日勺。PR0/E是大型三维建模软件，它具有三

大特点-参数化设计，特性建模的基本思想，数据库。涉及众多功能模块，我们这次

课程设计重要应用建模司制造两个模块。

我的设计题目是一种端盖。总体思路是，一方面通过拉伸工具创立基体,然后在

运用多种工具在基体上建立特性,最后完毕实体建模，另一方面选择基体上具有代表

性基、本特性进行数控加工，系统自动生成程序。

二、端盖的实体建摸过程

创立如图所示的实体模型,具体环节如下:

图1实体模型

Pro/ENGEER启动后，在创立新文献夹此前，一方面要完毕如下工作：

环节1.创立工作目录；

环节2.设立Pro/ENGEER区J工作目录；

（1）创立工作目录

Pro/ENGEER日勺工作目录是在使用Pro/ENGEER过程中管理模型文献的地方，

Pro/ENGEER有其默认口勺工作目录，但是根据实际状况往往需要创立多种工作目录。例

如：在实际建模过程中，可以根据不同日勺总成，建立不同日勺工作目录，将一种总成欧J

零件模型寄存在一种工作目录中。一种工作目录在硬盘日勺资源管理器中体现为一种文

献夹。创立好工作目录后，为了便于模型文献的管理，还可以设立子工作目录。

这里，在可移动盘先新建文献夹。

（2）设立Pro/ENGEER口勺工作目录

Pio/ENGEER默认日勺工作目录是在安装目录软件日勺文献夹中，为了以便地保存和打

开模型文献，需要重新设立工作目录。

点击File>WorkingDirectory（图2）,系统弹出选择工作目录的对话窗（图3）.

准平面可以作为草绘平面、草绘的参照平面、标注尺寸的基准、装配口勺参照面，还可

以创立横截面以及作为方向参照等等。（图6）

图6基准平面图图7菜单管理器

环节4.创立块

（1）选择【特性】一【创立】一【实体】一【加材料】

加材料是特性。在大多数状况下，用Pro/ENGEER增长材料时就创立一种特性。（图7）

（2）在【实体选项】菜单里选择【拉伸】命令，然后选择【完毕】选项。

【拉伸】是【加材料】选项的一种基本选项。

（3）选择【单侧】，然后选择【完毕】选项，拉伸的总高度将等于输入的盲孔深度。

（4）选择草绘平面并定向绘制环境。

除零件的基本特性外，截面都需要在一种平面上绘制。这个平面可以是存在的特性表

面、已有的J特性表面或已有时基准面。（图8）

图8基准面

在本次设计中选择FRONT面作为草绘平面。

(5)绘制截面

根据端盖的图纸绘制截面。下面是【目的管理器】激活时绘制截面的操作顺序:

1.指定参照元素。

2.绘制截面。

3.根据设计意图放置尺寸标注。

4.修改尺寸标注值。

5.再生截面。

6.添加关系。

(6)绘制完草绘后单击【继续操作目前截面】图标。如图9所示。

(7)指定盲孔深度定义。输入52nm1。如图10所示。

1_C$YS_D

图9草绘截面图10定义深度图11预览

(8)预览特性。

【预览】按扭在特性定义对话框中如图11所示。

(9)完毕特性

单击特性定义对话框中H勺【拟定】按扭完毕特性。(图11)

环节5.创立6301mm深2mm的凹槽

(1)选择【特性】一【创立】-【实体】一【减切材料】选项。

减切材料的特性，在大多数状况下，用Pro/ENGEER减切材料时就创立一•种特性。

(2)在【实体选项】菜单里选择【拉伸】命令，然后选择【完毕】选项。

【拉伸】是【减切材料】选项的一种基本选项。

(3)选择【单侧】，然后选择【完毕】选项。

【单侧】选项将从定义的草绘平面上一侧拉伸特性，拉伸的总高度将等于输入的盲孔

深度为2mmo

(4)选择草绘平面并定向绘制环境。

除零件的基本特性外，截面都需要在一种平面上绘制。这个平面可以是存在的特性表

面、已有的特性表面或已有的基准面。

在本次设计中选择FRONT面作为草绘平面。

(5)绘制截面

根据端盖的图纸绘制截面。下面是【目的管理器】激活时绘制截面欧I操作顺序，

1.指定参照元素。

2.绘制截面。

3.根据设计意图放置尺寸标注。

4.修改尺寸标注值。

5.再生截面。

6.添加关系。

(6)绘制完草绘后单击【继续操作目前截面】图标。

(7)指定深度定义，单侧拉伸。

(8)预览特性。

【预览】可以观测图形口勺对的性，进行修改。

(9)完毕特性

单击特性定义对话框中口勺【拟定】按扭完毕特性。如图12所示

图12凹槽特性图13孔特性

环节6.创立(1)140min的孔特性

与环节5相似。深度为【通过所有，

草绘平面为FRONT面。完毕后如图13所示。

环节7.创立凹槽特性

与环节5相似。草绘平面为FRONT面。深度为13irmo

草绘完毕之后如图14所示。

图14草绘截面及预览

环节8.创立凹槽特性

与环节5相似。草绘平面与FRONT面平行H勺面。深度为52mm。

草绘完毕之后如图15所示。

图15凹槽特性草绘截面图16创立镜像特性

环节9.创立镜像特性

(1)单击菜单管理器中【特性】-【复制】-【镜像】-【选用】-【独立】-【完毕】命

令。

(2)选择上步所做特性为镜像的参照特性，单击Dune确认。

分别选择基准面RIGHT面和TOP面作为镜像基准，系统会立即镜像复制特性。特性

创立完毕之后如图16所示。

环节10.创立611.5mmH勺孔特性

(1)选择【特性】-【创立】-【孔】选项，打开【孔】对话框。

(2)在对话框的【孔类型】选项组中选【直孔】。

(3)输入孔日勺直径值11.5mm。

(4)在对话框的【孔尺寸】选项组日勺【深度一】下拉列表中选择相应的选项。

(5)在【孔放置】选项日勺【主参照】中选择相应H勺孔放置平面。

(6)在【放置类型】下拉列表中选择【径向】选项。

(7)在【轴参照】里选择轴A」,距离为82.5mm,

(8)在【角度参照】里选择RIGHT面，角度为45°。

(9)预览如图17所示.

图17011.5口勺孔特性

环节11.创立5mm的J孔的径向阵列特性

(1)选择【特性】-【阵列】选项。

(2)选择要做阵列的特性。

在工作区或模型树上选择孔或草绘特性，这个特性必须涉及一种用作引导尺寸日勺角度

尺寸。

(3)在【阵列选项】菜单中选择一种阵列选项。在【阵列选项】菜单中选择【相似】、

【变化】或者【一般】选项。相似阵列规定最多的假定，阵列H勺单元不能和其她单元

或放置平面日勺边线相交。

(4)在【阵列尺寸增量】菜单中选择【值】选项，

(5)选择一种角度引导尺寸变化特性。如图18所示。

要创立的特性旋转阵列，这个特性一定要有一种角度尺寸。用【径向】选项放置日勺孔

和轴肩整合了一种参照角度来定位孔。

(6)输入尺寸增量值。

在本次设计中输入角度为90°。

(7)在【退出】菜单中选择【完毕】选项。

(8)输入第一种方向上单元的数目，这里输入4。

(9)在第二方向选用阵列尺寸，增量类型，或〃确认〃。这里选择角度参照基准为RIGHT

面，【完毕】按钮选项。

图18选用角度引导尺寸图195的孔时径向阵列特性

环节12.创立倒角特性

(1)选择【特性】-【创立】-【倒角】选项。

(2)选择【边】选项作为倒角创立措施。

(3)选择45Xd这个选项创立倒角。

(4)在文本框中输入d=lo

(5)选择要做倒角的边。

（6）在【获得选用】菜单中选择【完毕选用】选项。

（7）在【特性参照】菜单中选择【完毕参照】选项。

（8）在倒角特性定义对话框中单击【预览】按钮，

（9）在倒角特性定义对话框中单击【拟定】按钮，

本环节完毕之后模型如图20所示。

图20倒角特性

环节13.创立凹槽特性

与环节5相似。草绘平面为FRONT面。深度为26皿。

草绘完毕之后如图21所示。

图21凹槽草绘截面及预览

环节14.创立镜像特性

与环节9相似，分别选择基准而RIGHT而和TOP面作为镜像基准，系统会立即镜像

复制特性。特性创立完毕之后如图22所示。

图22镜像凹槽特性图23倒角特性

环节15.创立倒角特性

与环节12相似，完毕后如图23所示。

环节16.创立拉伸减切材料特性

与环节5相似。完毕后如图24所示。

图24拉伸减切材料特性

环节17.创立M16深25螺纹深281付特性

(1)选择【特性】-【创立】-【孔】选项，打开【孔】对话框。

(2)在对话框的【孔类型】选项组中选【原则孔】-【螺纹孔】。

(3)选择M16X1.5深25螺纹深28螺纹，螺钉角度为118°。放置类型为径向。

(4)在【孔放置】选项日勺【主参照】中选择相应的孔放置平面。

(5)在【放置类型】下拉列表中选择【径向】选项。

(6)在【轴参照】里选择螺纹孔所在轴A」,距离为137.5mm。

(7)在【角度参照】里选择RIGHT面，角度为0°。

如图25所示

图25M16深25螺纹深28口勺特性

环节18.创立4-M16的螺纹孔的径向阵列特性

(1)选择【特性】-【阵列】选项。

(2)选择要做阵列的特性。

在工作区或模型树上选择孔或草绘特性，这个特性必须涉及一种用作引导尺寸H勺角度

尺寸。

(3)在【阵列选项】菜单中选择一种阵列选项。在【阵列选项】菜单中选择【相似】、

【变化】或者【一般】选项。相似阵列规定最多的假定，阵列H勺单元不能和其她单元

或放置平面日勺边线相交。

(4)在【阵列尺寸增量】菜单中选择【值】选项，

(5)选择一种角度引导尺寸变化特性。如图26所示。

要创立的特性旋转浒列，这个特性一定要有一种角度尺寸.用【径向】选项放置日勺孔

和轴肩整合了一种参照角度来定位孔。

(6)输入尺寸增量值。

在本次设计中输入角度为90°。

(7)在【退出】菜单中选择【完毕】选项。

(8)输入第•种方向上单元的数目，这里输入4。

(9)在第二方向选用阵列尺寸，增量类型，或〃确认〃。这里选择角度参照基准为RIGHT

面，【完毕】按钮选项。如图27所示。

图26选用角度引导尺寸图2747H6的螺纹孔的径向阵列特性

三、数控加工

PR0/NC可以生成数控加工口勺全过程。PR0/ENGINEER系统的有关性能使设计模型的变

化体现到加工信息中，PR0/NC生成的文献涉及：ASCII码形式日勺刀位数据文献、刀

具清单、操作报告、中间模型和机床控制文献。

NC加工全过程如图28

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71且

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创立刀位数

后罟便求

图28NC加工过程图

从图中可以看出，一方面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解决。

I.曲面加工

环节1.打开制造菜单

（1）选择【文献】/【新建】命令，系统弹出【新增】对话框.如图29所示.

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图29【新增】对话框图30【打开】对话框

（2）选择对话框左侧【类型】选项组中口勺【制造】单选按钮，右侧【子类型】选项组

中日勺【NC组建】单选按钮，在【名字】文本框中输入文献名，然后单击【拟定】按钮.

系统进入制造模式，同步显示【制造】菜单。

环节2,取出加工模型

(1)选择【制造模型】-【装配】-【参照模型】命令，系统弹出【打开】对话框。

如图30所示。

(2)在欲选择的目录中选用需要加工的文献，然后单击【打开】按钮，欲加工的制

造模型显示在屏幕上。如图31所示。

图31工件的放置

环节3.操作设立

(1)操作名称设立

在【制造】菜单中选择【制造设立】命令，系统弹出【操作设定】对话框，运用其便

可进行机床、刀具、机床坐标系和退刀面日勺设立。

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0P010。

(2)机床设立

1.一方面选择按钮，系统打开【机床设定】对话框以创立操作使用的机床。

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轴联动日勺数控铳床，因此设立机床类型为【铳削】，机轴数为【3轴

其他设立均按系统却省的设立进行。选择【拟定】按钮，系统返回【操作设定】对话

框。如图32所示。

图32机床I灯设定

(3.机床坐标系

1.在如图所示时对话框的【参照】选项组单击.按钮，系统弹出【制造坐标系】菜

单。运用其可以在模型窗格选择既有日勺坐标系作为机床坐标系，也可以重新创立机床

坐标系。

2.在此创立一新坐标系作为机床坐标系。选择【制造坐标系】菜单中的【创立】命令,

然后在模型窗格选择欲创立坐标系日勺模型，系统弹出如图34所示日勺【坐标系选项】

菜单。

退出

图33【坐标系选项】菜单图34创立坐标系

3.选择【3个平面】命令，然后单击【完毕】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。至此机床坐标系设立完毕。如图34所示。

(4)退刀面

1.在如图所示对话框H勺【退刀】选项组单击.按钮，系统弹出如图35所示的【退刀

选用】对话框。

文件9

谟刀透取

■作名际

致技机玮0!)

黑具设置④

退刀平面/施天

选四I

加工粤点

酶单面；

£腱曲面’

沿曲|

峨入Z深度:

任怀村料

图35退刀面的创立

2.单击如图35所示对话框中的【沿Z轴】按钮。

3.在文本框中输入10,按回车键确认。

4.单击如图素【退刀选用】对话框中时【拟定】按钮。退刀设立完毕。

5.最后单击如图所示【操作设定】对话框中的【拟定】按钮，至此操作设立完毕。在

整个操作中我设立了操作名称、加工机床、机床坐标系和退刀平面。

环节4设立加工措施

(1)加工措施

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【曲面铳削】命令和【完毕】命令。系统显示【序列设

立】菜单。系统却省的设立选项为【参数】、【曲面】和【定义切割工在此我欲对切

削刀具进行重新设立，因此选中【刀具】复选框。

3.选择【序列设立】菜单中的【完毕】命令，系统显示如图所示的【刀具设定】对话

框。

(2)刀具设立

1.刀具名称使用系统却省政JT0002,刀具类型为【铳削工材料设立为HSS,单位为【亳

米】。

2.在【几何】选项卡中女立刀具直径为20,铳刀长度为100,刀具号为1,然后单击

【预览】按钮，观看刀具的简朴图形。

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36所示对话框中的【拟定】按钮，系统显示【制造参数】菜单，刀

具设立完毕。

图36【刀具设定】对话框图37参数树

(3)加工参数

1.选择【制造参数】菜单中的【设立】命令，系统弹出如图37所示的【参数树】对

话框。

2.如图所示设立个参数，然后单击对话框右上角的按钮，关闭【参数树】对话框。加

工参数设立完毕，保存相应日勺参数文献。

(4)选择加工表面

1.单击【制造参数】菜单中日勺【完毕】命令，系统弹出【曲面拾取】菜单。

2.选择【曲面拾取】菜单中口勺【完毕】命令，系统弹出【选用曲面】和【获得选用】

菜单。

3.在端盖模型上选用其内孔表面。

4.选择【获得选用】菜单中的【完毕选用】命令，则系统显示【NC序列曲面】菜

单。如图38所示。

▼3列

序为X9

克成声列

T-序先

卸6

'C询X*克或冼同

图38曲面选用图39【切削定义】对话框

5.选择【选用曲面】菜单中H勺【完毕/返回】命令，然后选用【NC序列】中【曲面拾

取】菜单中的【完毕】命令，系统显示如图39所示的【切削定义】对话框，如图冢所

示设立切削方向。

6.然后单击对话框中日勺【拟定】按钮，系统显示［NC序列】菜单。

环节5.演示刀具途径

(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【演示途径】菜单。

2.选择【演示途径】菜单中日勺【屏幕演示】命令，系统弹出【演示途径】对话框。

单击对话框中的按钮，贝IJ创立H勺刀具途径如图40所示。至此刀具途径创立完毕。

图40【演示途径】和刀具轨迹生成图

3.选择【NC】菜单中日勺【完毕序列】命令，则序列设立完毕。

II.孔加工

环节1.加工措施

(1)打开文献。

(2)选择【制造】菜单，依次选用【加工】一【NC序列】一【新序列】。

(3)选择【辅助加工】菜单中日勺【孔加工】命令，然后单击【完毕】命令。

(4)选择【孔加工】菜单中时【钻孔】-【原则】-【完毕】命令，系统显示【序列

设立】菜单。系统缺省的选项为【参数】和【孔工由于需要重新设立刀具、退刀面

和序列坐标系，因此选中【刀具】、【退刀】和【坐标系】命令。

环节2.刀具设立

图41刀具设立图42参数设立

(1)选择【序列设立】菜单中日勺【完毕】命令。系统显示【刀具设定】对话框。

(2)在对话框中设立刀具类型为【钻孔刀具名称使用系统缺省的T0002,材料设

立为HSS,单位为亳米。

(3)在【几何】选项卡中设立刀具直径为11.5mm,铳刀长度为80mm。点角度即钻头

H勺尖端角度为118。；在【设立】选项卡中设立刀具编号为2.然后单击【预览】按钮,

观看刀具的简朴图形。

(4)接着单击【应用】按钮，在对话框日勺预览框显示刀具编号和名称，成果如图41所

不0

(5)最后单击如图所示【刀具设定】在对话框中H勺【拟定】按钮，刀具设立完毕。

环节3.加工参数

设立如图42所示。

环节4.创立坐标系和退刀面

与上一NC加工相似。

环节5.选择加工表面

(1)单击【退刀选用】对话框中的【选用】按钮,同步系统弹出如图43所示的【孔

集】对话框。

孔温一皮刀反群皮

r«

c日动

GflL坂所有

力温度计就造取要使用的臂体

蝴丽T|S|KiWMIL|

・窟|■泊|

图43孔集对话框

(2)打开【轴】选项卡，然后单击【新增】按钮，选用所需要日勺轴。选择5mm

所在啊所有轴，并选择其中之一为扫描起始孔。

(3)单击【孔集】对话框中的【深度】按钮，系统显示如图43所示日勺【孔设定深度】

对话框，选择【通过所有】。单击【拟定】按钮。

环节6.演示刀具途径

图44【演示途径】对话框图45钻孔加工刀具途径

(1)屏幕显示

1.单击【孔集】对话框中的【拟定】按钮，系统显示【孔】菜单。

2.选择菜单中【完毕/返回】命令。

3.选择菜单中的【演示轨迹】命令，系统弹出【演示途径】菜单。

4.选择菜单中的【屏幕显示】命令，系统弹出【演示途径】对话框。如图44所示。

5.选择对话框中日勺播放按钮，则创立的刀具途径如图45所示。至此刀具途径创立完

毕。

6.选择【NC序列】菜单中的【完毕序列】命令，则钻孔加工序列设立完毕。

四、心得体会

两周日勺CAD/CAM课程设计接近了尾声，我通过自己的努力独立完毕了这次课设的I

所有内容，使我受益匪浅。

这次课程设计日勺任务是运用大型三维设计软件PRO/E进行实体建模和数控加工。

在三维识图方面花了较多时间。我课设的任务在数控面重要做了两部分：一是铳平面,

二是钻孔。通过查阅有关书籍和肖乾教师时指引，把在该方面的问题得以解决，目前

我对数控日勺操作流程更进一步日勺理解，并能在某些方面较好的掌握和灵活运用。

这次课设让我对PRO/E大型三维造型软件有了一种结识，PRO/E是一种博大精深

日勺软件，它涵盖众多领域。我觉的JPRO/E作为三维造型软件，它的参数化设计是一种

亮点，此特点给从事设计人员一种广阔H勺自由空间。

在做该课程设计中，我遇到诸多问题，体会到了自身日勺局限性和知识的匮乏。但

是PRO/E不是一朝一夕能学成日勺，它尚有诸多的长处，给人们H勺工作和学习带来很大

时以便。短暂的课程设计只让我们对PRO/E软件一种感性的结识，并且有此软件波及

众多领域，我们应当选择和我们自身所学的专业有关的模块继续学下去，为将来找到

好的工作而努力。

再次感谢肖教师对我的指引！感谢同窗们在课程设计的过程中对我日勺协助!

参照文献

[1]孙江宏.陈秀梅编著.PRO/ENGINEER数控加工教程.清华大学出版社

[2]李军主编.PRO/ENGINEERi实例教程.北京理工大学出版社

[3]东北工学院《机械零件设计手册》编写组编.机械室件设计手册第二版上册.冶金

工业出版社

[4]柳迎春编.PRO/ENGINEER工业造型设计.清华大学出版社

[5]DavidS.Kelley著.PRO/ENGINEER中文版实用教程.北京大学出版社

[6]赵德永著.PKO/ENG1NEEK数控加_L.清华大学出版社

附录1.零件三维图和NC加工三维图

附录二、加工程序

（一）、铳中间孔曲面的一段加工程序（来源seq0002.tap文献）

图示为：铳中间孔曲面铳刀下到ZY9走660的半圆曲面

N5G71

N10(/S)

N15GOG17G99

N20G90G94

N25GOG49

N3OT1M06

N35S1OOMO3

N40GOG43Z1O.Ill

N45XO.Y60.

N50Z-49.

N55G1Z-51.F50.

N60X-1.86Y59.971

N65X-3.718Y59.885

N7OX-5.572Y59.741

N75X-7.422Y59.539

N80X-9.264Y59.281

N85X-l1.097Y58.965

N90X-12.919Y58.593

N95X-14.729Y58.164

N100X-16.525Y57.679

N105X-18.305Y57.14

N110X-20.067Y56.545

N115X-21.81Y55.895

N120X-23.533Y55.193

N125X-25.232Y54.437

N130X-26.907Y53.628

N135X-28.557Y52.768

N140X-30.179Y51.858

N145X-31.772Y50.897

N150X-33.334Y49.888

N155X-34.865Y48.831

N160X-36.361Y47.727

N165X-37.823Y46.577

N170X-39.249Y45.382

N175X-40.637Y44.143

N180X-41.986Y42.863

N185X-43.294Y41.541

N190X-44.561Y40.179

N195X-45.785Y38.778

N200X-46.965Y37.34

N205X-48.1Y35.866

N210X-49.189Y34.358

N215X-50.23Y32.817

N220X-51.223Y31.244

N225X-52.167Y29.641

N230X-53.061Y28.01

N235X-53.903Y26.352

N240X-54.694Y24.668

N245X-55.433Y22.961

N250X-56.118Y21.232

N255X-56.749Y19.482

N260X-57.32GY17.714

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N380X-54.