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1、 成績(jī)： 《CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)實(shí)踐》課程設(shè)計(jì) 　　　　　　課 程： CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)實(shí)踐 　　　　　　學(xué) 期： 2013～2014學(xué)年第一學(xué)期 　　　　　　教 師： 　　　　　　時(shí) 間： 　　　　　　姓 名： 學(xué) 號(hào)：

2、 年級(jí)、專(zhuān)業(yè)： 西南交通大學(xué) 立式鉆孔機(jī)的CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì) 1、 立式鉆孔機(jī)簡(jiǎn)介 1.1、立式鉆孔機(jī)的工作原理 1.1.1、工作原理 立式鉆孔機(jī)動(dòng)力來(lái)源于電機(jī)，通過(guò)電帶動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。因而與電機(jī)相連的皮帶輪即發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，此轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)軸上不同傳動(dòng)比的齒輪的作用，實(shí)現(xiàn)變速。而立式鉆孔機(jī)側(cè)面具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)頭上下移動(dòng)的裝置，通過(guò)其順時(shí)針或者逆時(shí)針的相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，即可使得轉(zhuǎn)頭進(jìn)行上下移動(dòng)。因此對(duì)于在一定厚度范圍內(nèi)的物體，通過(guò)將其置于載物臺(tái)固定，轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)

3、之后進(jìn)行上下移動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)于一定厚度范圍內(nèi)的物體的鉆孔。 1.1.2、應(yīng)用領(lǐng)域 立式鉆孔機(jī)廣泛運(yùn)用于各種工廠(chǎng)的鉆孔作業(yè)中，并且主要用于加工較小較薄的產(chǎn)品。產(chǎn)品材料包括木質(zhì)，塑料，鋼鐵等，多種多樣。加工的產(chǎn)品類(lèi)型多樣，涵蓋重輕工業(yè)，航空，車(chē)輛等等。可以說(shuō)，立式鉆孔機(jī)與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，常見(jiàn)而運(yùn)用廣泛。 1.2、立式鉆孔機(jī)國(guó)內(nèi)外研究情況 打孔技術(shù)起源于我國(guó)。根據(jù)古書(shū)《川鹽紀(jì)要》記載，我國(guó)早在2200多年前的秦代就開(kāi)始利用鉆探技術(shù)鑿井取鹽。早期的打孔機(jī)是由人力驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單沖擊式機(jī)械，經(jīng)長(zhǎng)期不斷演變、發(fā)展，成為現(xiàn)代具有機(jī)動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的各種沖擊式鉆機(jī)。而本文所述的立式鉆孔機(jī)為手動(dòng)鉆孔機(jī)，它包括

4、一個(gè)手動(dòng)傳遞機(jī)構(gòu)，一個(gè)軸向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，一個(gè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，一個(gè)間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。產(chǎn)品密封性能良好，工作穩(wěn)定，勞動(dòng)強(qiáng)度低、可一機(jī)多用。而目前立式鉆孔機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都已達(dá)到成熟，各方面性能都相當(dāng)穩(wěn)定。? 2、 立式鉆孔機(jī)產(chǎn)品的裝配 立式鉆孔機(jī)的結(jié)構(gòu)分析 proe建模，繪制成的立式鉆孔機(jī)的裝配圖和爆炸圖如圖2-1和圖2-2所示： 圖2-2 立式鉆孔機(jī)的裝配圖 圖2-2 立式鉆孔機(jī)的爆炸圖 連接：由裝配圖、爆炸圖的組合可看出，兩半外殼之間通過(guò)螺釘螺母連接，電動(dòng)機(jī)與固定平板通過(guò)螺釘連接，固定平板與外殼也如此。兩皮帶輪通過(guò)皮帶連接，而

5、兩皮帶輪的固定通過(guò)鍵槽與其外部的固定裝置。軸承與外殼通過(guò)嵌入，齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間有鍵槽，通過(guò)軸本身與固定套進(jìn)行固定。主軸上下移動(dòng)通過(guò)把手旋轉(zhuǎn)裝置對(duì)主軸進(jìn)行上下?lián)軇?dòng)。固定板與光軸之間通過(guò)旋轉(zhuǎn)固定。底座與光軸，外殼與光軸都通過(guò)加強(qiáng)套進(jìn)行固定，由螺釘螺母進(jìn)行連接。外殼中的連接多通過(guò)齒輪的傳動(dòng)和軸承進(jìn)行連接。 裝配：由裝配圖、爆炸圖的組合可看出，底座、加強(qiáng)套、螺釘、螺母之間通過(guò)兩個(gè)軸對(duì)齊，面配合即可裝配。外殼、加強(qiáng)套、螺釘、螺母之間，電機(jī)、固定板、螺釘之間同理。外殼與軸之間通過(guò)一個(gè)軸對(duì)齊，一個(gè)面對(duì)齊進(jìn)行裝配。軸，鍵，齒輪之間通過(guò)一個(gè)軸對(duì)齊，三個(gè)面配合進(jìn)行裝配。而它們與外殼之間則通過(guò)一個(gè)軸對(duì)齊

6、，一個(gè)面對(duì)齊進(jìn)行裝配。兩個(gè)皮帶輪與皮帶之間通過(guò)一個(gè)相切，一個(gè)軸對(duì)齊，一個(gè)面對(duì)齊進(jìn)行裝配。把手，齒輪軸之間通過(guò)螺釘連接，裝配方式為一個(gè)軸對(duì)齊，一個(gè)面配合。裝配方式大致如此。 利用CAD軟件繪制一軸的工程圖，如下圖所示： 3、傳動(dòng)軸零件的CAM過(guò)程 3.1、繪制加工輪廓線(xiàn) 打開(kāi)Mstercam X5軟件，在繪圖區(qū)底部的屬性欄中單擊“平面”，從中選擇“H車(chē)床半徑”|“設(shè)置平面到+X+Z相對(duì)于您的（WCS）”，接著繪制傳動(dòng)軸的外輪廓線(xiàn)，如圖3-1所示： 圖3-1 傳動(dòng)軸外輪廓線(xiàn) 3.2、選擇機(jī)床系統(tǒng) 在菜單欄中選擇“機(jī)床類(lèi)型”|“車(chē)床”|“默認(rèn)”命令。 3.3、設(shè)置工

7、件素材 在刀具路徑操作管理器中，進(jìn)行材料設(shè)置，如圖3-2所示： 圖3-2 工件材料 3.4車(chē)右端面 在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“車(chē)端面”命令，進(jìn)行刀具參數(shù)設(shè)置，如圖3-3，圖3-4所示，完成生成車(chē)端面的刀具路徑如圖3-5所示。 圖3-3 車(chē)端面刀具路徑參數(shù) 圖3-4 車(chē)端面參數(shù) 圖3-5 車(chē)端面刀具路徑 3.5、粗車(chē)右半邊工件 在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“粗車(chē)”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)，完成生成粗車(chē)的刀具路徑如圖3-6所示： 圖3-6 粗車(chē)刀具路徑 3.6、精車(chē)右半邊工件 在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“精車(chē)”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)

8、，完成生成精車(chē)的刀具路徑如圖3-7所示： 圖3-7 精車(chē)刀具路徑 3.7、左半邊工件的車(chē)端面、粗車(chē)、精車(chē)加工 與右端加工進(jìn)行同理操作生成總的刀具路徑，如圖3-8所示： 圖3-8 總刀具路徑 3.8、加工鍵槽 在菜單欄中選擇“機(jī)床類(lèi)型”|“銑床”|“默認(rèn)”命令，銑2個(gè)鍵槽，加工鍵槽刀具路徑如圖3-9所示： 圖3-9 鍵槽加工路徑 3.9、進(jìn)行驗(yàn)證加工 加工后的工件如圖3-10所示： 圖3-10 加工完成圖 3.10、主要的程序段（程序截取前10句） % O0000 程序命名為0000 G21

9、 毫米單位輸入 G0 T0101 快速移動(dòng)定位，換1號(hào)刀，刀具的補(bǔ)正號(hào)是1 G18 選擇XZ平面 G97 S1919 M03 主軸正轉(zhuǎn)，恒轉(zhuǎn)速為1919r/min G0 G54 X45.618 Z150. G54調(diào)用工件坐標(biāo)系，刀具快速移動(dòng)到坐標(biāo)點(diǎn)X45.618，Z150. G50 S3600 G50設(shè)置工件零點(diǎn)，主軸轉(zhuǎn)速3600r/min G

10、96 S275 G96恒線(xiàn)速控制，設(shè)定切削速度(線(xiàn)速度)為275 G99 G1 X-1.6 F.2 G99每轉(zhuǎn)進(jìn)給量0.2mm/r，工進(jìn)到點(diǎn)X-1.6 G0 Z152. 刀具迅速移動(dòng)到Z150，X22.9的位置 X22.9 表1 工藝過(guò)程卡片 西南交通大學(xué) 機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱(chēng) 金剛石鉆孔機(jī) 零件名稱(chēng) 傳動(dòng)軸 共 頁(yè) 第 1 頁(yè) 材 料 牌

11、 號(hào) 45鋼 毛 坯 種 類(lèi) 棒料 毛坯外形尺寸 Φ30×150 每毛坯件數(shù) 1 每 臺(tái) 件 數(shù) 備 注 工 序 號(hào) 工 名 序 稱(chēng) 工 序 內(nèi) 容 車(chē) 間 工 段 設(shè) 備 工 藝 裝 備 工 時(shí) 準(zhǔn)終 單件 1 鑄造 鑄造毛坯 2 熱處理 退火（消除內(nèi)應(yīng)力） 3 車(chē) 粗車(chē)左端面鉆中心孔，粗車(chē)各圓柱面留精車(chē)余量 CA6140 三

12、爪卡盤(pán) 4 車(chē)端面 粗、精車(chē)右端面 CA6140 三爪卡盤(pán) 5 車(chē) 工件換邊夾住，粗車(chē)各圓柱面 倒角 CA6140 三爪卡盤(pán) 6 車(chē) 精車(chē)左端各圓柱面到要求 CA6140 三爪卡盤(pán) 7 銑 銑軸上的2個(gè)鍵槽以達(dá)要求 XK6140 機(jī)械式平口鉗 8 去毛刺 去除全部毛刺 鉗工臺(tái) 9 終檢 按零件圖樣要求全面檢查

13、 設(shè) 計(jì)（日 期） 校 對(duì)（日期） 審 核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì) 簽（日期） 小明 2013-12-20 2013-12-21 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽 字 日 期 表2 工序卡片 機(jī)械加工工序卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱(chēng) 金剛石鉆孔機(jī) 零件名稱(chēng) 傳動(dòng)軸 共 頁(yè) 第 頁(yè) 車(chē)間 工序號(hào) 工序名 材料

14、牌 1 45鋼 毛坯種類(lèi) 毛胚外形尺寸 每毛坯可制作件數(shù) 每臺(tái)件數(shù) 設(shè)備名稱(chēng) 設(shè)備型號(hào) 設(shè)備編號(hào) 同時(shí)加工件數(shù) 車(chē)床、銑床 CA6140、XK6140 夾具編號(hào) 夾具名稱(chēng) 切削液 工位器具編號(hào) 工位器具名稱(chēng) 工序工時(shí) 準(zhǔn)終 單件 描圖 工步號(hào) 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)速r/min 切削速度m/min 進(jìn)給量mm/r 切削深度mm 進(jìn)給次數(shù) 工步工時(shí) 描校 機(jī)動(dòng) 輔助 1 車(chē)右端面 三爪卡盤(pán) 800 0.5 1

15、 2 粗車(chē)右邊各圓柱面 三爪卡盤(pán) 800 0.2 3 精車(chē)右邊各圓柱面 三爪卡盤(pán) 1000 0.1 0.2 4 車(chē)左端面 三爪卡盤(pán) 800 0.5 1 5 粗車(chē)左邊各圓柱面 三爪卡盤(pán) 800 0.2 6 精車(chē)左邊各圓柱面 三爪卡盤(pán) 1000 0.1 0.2 7 銑鍵槽 機(jī)械式平口鉗 800 0.5 2 底圖號(hào) 裝訂

16、號(hào) 設(shè)計(jì)（日期） 審核（日期） 標(biāo)準(zhǔn)化（日期） 會(huì)簽（日期） 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 標(biāo)記 處數(shù) 更改文件號(hào) 簽字 日期 2013-12-20 2013-12-21 4、傳動(dòng)軸零件的CAE過(guò)程 先定義材料（STEEL），對(duì)軸進(jìn)行材料分配（STEEL），接著進(jìn)行約束和施加載荷，對(duì)鍵槽施加X(jué)方向的力550N，結(jié)果如圖4-1所示： 圖4-1 分配材料并約束施加載荷 點(diǎn)擊“分析和研究”，

17、如圖4-2所示，點(diǎn)擊文件→新建靜態(tài)分析，按綠旗運(yùn)行按鈕，運(yùn)行結(jié)束后，按“查看設(shè)計(jì)研究或有限元分析結(jié)果”，查看應(yīng)力、應(yīng)變分析得結(jié)果如圖4-3，圖4-4所示： 圖4-2 圖4-3 軸的應(yīng)力 圖4-4 軸的應(yīng)變 由圖4-1和圖4-2可知，最大受力在軸小端鍵槽與鍵連接處，最小受力在軸端部，查機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)，可得材料45鋼的直徑小于100mm的軸的許用彎曲應(yīng)力=55，由于，由圖可知滿(mǎn)足工作要求。 5、結(jié)論 通過(guò)對(duì)立式鉆孔機(jī)產(chǎn)品的CAD/CAM/CAE設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)階段就可以清楚地掌握其加工方式和力學(xué)性能，避免一些簡(jiǎn)單的錯(cuò)誤，有利于立式鉆孔機(jī)的批量生產(chǎn)。 6、參考文獻(xiàn) 1、濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.高等教育出版社.2006,5. 2、劉國(guó)華，李德溥，張海兵.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐.機(jī)械工業(yè)出版社.2010,3.