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四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 1 導向滑車三維設計及加工工藝 CAD 設計 【摘要】 滑車與絞轆是起重設備中的主要裝置 也是船上許多工作的必備工具 它 既可以改變用力的方向 也可以達到省力的目的。 Pro/Engineer 一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，具有單一數(shù)據(jù)庫功 能。本文利用 Pro／E 軟件實現(xiàn)了導向滑車的三維模型設計；利用 Pro／E 軟件 實現(xiàn)了導向滑車的虛擬裝配，具有較好的通用性和靈活性。此系統(tǒng)的實現(xiàn)可以 使設計人員在人機交互環(huán)境下編輯修改，快速高效地設計出導向滑車產(chǎn)品，同 時最后我們對導向滑車的典型零件進行工藝設計。 關鍵詞： 滑車； PRO/E ； 三維設計； 工藝設計 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 2 Abstract:Block and tackle is lifting equipment in the main device also ship many working tool in which not only can change the force direction of can also achieve the purpose of saving labour. Pro/Engineer a parametric, feature-based solid modeling system, with a single database function. This paper uses the Pro / E software guide pulley 3D model design; using Pro / E software implementation of the guide block of virtual assembly, which has better versatility and flexibility. This system can make the design personnel in the interactive environment edit, the rapid and efficient design of guide pulley products, at the same time we finally to guide pulley of typical parts process design. Key words: Pulley; PRO/E; design; technological design 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 3 目 錄 1 緒論 ..............................................................4 1.1 機械專業(yè)傳統(tǒng)的教學方式存在的問題 ..............................5 1.2 將三維技術應用到機械類專業(yè)課的教學中 ..........................5 1.3 本文研究的內容 ................................................6 2 設計過程 ..........................................................8 2.1 導向滑車零件建模設計 ..........................................8 2.1.1 導向滑車支架架的設計 ......................................8 2.1.2 導向滑車內軸的設計 .......................................10 2.1.3 導向滑車滑輪的設計 .......................................12 2.1.4 其它零件的創(chuàng)建 ...........................................13 2.2 導向滑車裝配設計 .............................................14 3 導向滑車的支架及滑輪零件工藝 CAD 設計 .............................17 3.1 CAD／CAM 技術 .................................................17 3.2 工藝及金屬材料的分析 .........................................17 3.3 支架的材料選擇及工藝分析 .....................................21 3.3.1 毛坯的選擇 ...............................................22 3.3.2 定位基準的選擇 ...........................................22 3.3.3 裝夾方式的選擇 ...........................................22 3.3.4 工藝路線的確定 ............................................23 3.4 滑輪的材料選擇及工藝分析 .....................................23 3.4.1 毛坯工藝分析及選擇 .......................................24 3.4.2 定位基準的選擇 ...........................................24 3.4.3 機械加工工藝順序 ..........................................25 3.4.4 工藝路線的確定 ............................................25 結 束 語 .........................................................27 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 4 謝 辭 ............................................................28 文 獻 ............................................................29 1 緒論 滑車是一種重要的吊裝工具，他結構簡單，使用方便，能夠多次改變滑車 與滑車組牽引鋼索的方向和起吊或移動運轉物體，特別是由滑車聯(lián)合組成的滑 車組，配合卷揚機，桅桿或其他起重機械，廣泛應用在建筑安裝作業(yè)中。 計算機輔助教學是教學發(fā)展的一個焦點，Pro/E 等三維建模軟件的發(fā)展以 及虛擬制造技術的出現(xiàn)為機械類專業(yè)課教學提供了一種極好的現(xiàn)代化教學的工 作平臺。 本次設計是在我們學完了大學的全部基礎課程、技術課程以及全部專業(yè)課 之后進行的。此次的設計是對大學期間所學各課程及相關繪圖軟件的一次深入 的綜合性復習，也是使我們綜合運用所學過的基本知識與基本技能去解決專業(yè) 范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。因此，它在我們四年的大學生 活中占有重要的地位。我們在完成畢業(yè)設計的同時，也培養(yǎng)了我們正確使用技 術資料、國家標準、有關手冊、圖冊等工具書，進行設計計算、數(shù)據(jù)處理、編 寫技術文件等方面的工作能力，也為我們以后的工作打下了堅實的基礎。本次 設計的目的在于： （1） 培養(yǎng)綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程問題的獨立能力，拓寬和深 化所學知識。 （2） 培養(yǎng)樹立正確的設計思想、設計思維，掌握工程設計的一般程序、 規(guī)范和方法的能力。 （3） 培養(yǎng)正確地使用技術知識、國家標準、有關手冊、圖冊等工具書， 進行設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術文件等方面的工作能力。 （4） 培養(yǎng)自己進行調查研究、面向實際、面向生產(chǎn)，向工人和工程技術 人員學習的基本工作態(tài)度、工作作風和工作方法。 （5） 熟悉軸類零件加工工藝過程和掌握夾具設計的方法步驟，為以后從 事相關的技術性工作打下堅實的基礎。 （6） 通過對偏心軸零件的機械加工工藝設計，使我們在機械制造工藝規(guī) 程設計，工藝方案論證，機械加工余量計算，工藝尺寸的確定，編寫技術文件 及查閱技術文獻等各個方面得到一次綜合性訓練。初步具備設計一個中等復雜 程度零件工藝規(guī)程的能力。 （7） 能根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法， 擬定夾具設計方案，完成夾具機構設計，初步具備設計出高效、省力、經(jīng)濟合 理并能保證加工質量的專用夾具的能力。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 5 （8） 通過零件圖、裝配圖的繪制，使我們進一步熟練繪圖軟件的使用。 熟悉和掌握我國相關的制圖標準和要求。 1.1 機械專業(yè)傳統(tǒng)的教學方式存在的問題 （1） 在機械類課程的教學中，經(jīng)常需要實物模型幫助學生理解教學內容， 如果沒有模型，僅僅依靠講解，是很難講清楚一個立體結構的。學生缺少對實 物的感官認識也就更難理解沒有模型的講解，而傳統(tǒng)的教學方式是利用教學實 物模型，但實物模型攜帶不方便，而且容易損壞，不便于保管。 （2） 教學中存在的另一個問題是傳統(tǒng)的教學實物模型一成不變，更新?lián)Q 代的速度慢，而幾十年不變的教學模型已不能滿足教學和科技時代不斷進步的 需要。時代在發(fā)展，教學內容在不斷更新，當然教學模型也要跟上教學內容的 更新，要想根據(jù)教學需要更改實物模型是很困難的。更換新實物模型成本又很 高，而舊模型基本沒有再利用的價值，造成很大的浪費。 （3） 傳統(tǒng)的教學模型作運動演示和運動分析也存在很多缺陷，一是學校 很難保證有一套完整的機械專業(yè)的教學模型，而且成本也較大；二是有些空間 的機構內部的運動很難觀察到；三是裝配模型時容易損壞零件，運動容易出故 障；四是運動特性的分析也很困難。 （4） 對于機械設計的教學，傳統(tǒng)的教學方法是先展開平面簡圖的構思， 形成稍微完整的方案之后，開始繪制三維簡圖，完全定型后再根據(jù)需要繪制效 果圖、三視圖或制作簡易的模型。在造型設計的過程中，需要用樣品實物模型 來表達設計者的構思，但對每一種方案都制作實物樣品，要付出大量的勞動， 還存在著精度低、修改調整困難、設計周期長及成本費用高等問題。 1.2 將三維技術應用到機械類專業(yè)課的教學中 Pro/E 系統(tǒng)是美國參數(shù)技術公司（Parametric Technology Corporation， 簡稱 PTC)的產(chǎn)品。本軟件采用單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念， 改變了機械 CAD／CAE／CAM 的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械 CAD／CAE／CAM 領域的新標準。將現(xiàn)代化的 Pro/E 三維技術應用到在機械專業(yè) 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 6 課的教學中，可以解決以上傳統(tǒng)教學存在的很多不足。 （1） 建立零件的三維模型，虛擬的模型便于現(xiàn)代化教學，在教學中如果 應用 Pro/E 的三維技術建立零件的三維模型，可以避免傳統(tǒng)教學模型的缺點， 它同樣具有實物教學模型的直觀、容易理解的優(yōu)點，又克服了傳統(tǒng)教具的不足， 避免了攜帶困難的問題，還便于制作多謀體課件。 （2） 把教學中常用的零件、部件和標準件建立起自己的模型庫，利用 Pro/E 提供的強大的基于特征的參數(shù)化實體造型功能，把教學中常用的零件、 部件和標準件，利用微機的存儲信息量大的特點建立起自己的模型庫，以充分 利用已有的設計成果和前人的經(jīng)驗。 我們建立的教學模型庫有如下特點： 1） 零件模型庫的覆蓋面廣、標準新； 2） 當教學需要某一零件模型時，可直接從零件模型庫中調出，不必手工 繪制； 3） 零件模型從模型庫中調入后可任意移動、旋轉，在裝配時確定準確的 位置； 4） 零件模型庫的操作使用簡捷、方便、靈活、易學易懂； 5） 還可以用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)零件模型庫的資源共享，充分運用網(wǎng)絡資源為教 學服務。 （3） 可將各種三維零部件和機械傳動在 Pro/E 內進行虛擬裝配、三維動 畫演示和運動特性分析。 總之，把 Pro/E 的三維技術引入機械專業(yè)課的教學，徹底改變了傳統(tǒng)的教 學理念，大大改善了輔助教學環(huán)境，提高了教學效果。通過實踐證明，我們只 要認真研究和大膽嘗試輔助教學這一現(xiàn)代化教學手段，不斷地去學習、掌握這 種技術，很好地將 Pro/E 的三維技術應用到我們的機械專業(yè)教學中去，提高工 作效率，充分利用微機多媒體輔助教學的優(yōu)越性，調動學生的積極性，就一定 能有效地幫助我們達到降低教學成本，提高教學質量的目的。 1.3 本文研究的內容 本設計主要圍繞導向滑車設計這個實例展開。導向滑車作為一種重要的起 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 7 重行業(yè)元件，其規(guī)格和型號比較繁多，Pro/E 作為一款高效快捷的 CAD/CAM 軟 件，大大提高設計人員的開發(fā)速度，本文將著重就 Pro/E 的實體建模、虛擬裝 配等功能進行導向滑車的設計。最后對導向滑車的一些定型的零件進行工藝的 分析。 設計的具體要求為： （1） 導向滑車零件建模設計； （2） 導向滑車裝配設計； （3） 導向滑車零件工藝設計； 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 8 2 設計過程 2.1 導向滑車零件建模設計 導向滑車包含 7 個零部件，其設計巧妙運用 Pro/E 基于單一數(shù)據(jù)庫這一特 點并綜合運用多種建模方法和設計方法，導向滑車的最后設計結果如圖 2-1 所 示。 圖 2-1 導向滑車三維圖 2.1.1 導向滑車支架架的設計 在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在系統(tǒng)彈出的【新建】對話框，選中其 中的零件單選按鈕，在“名稱”欄中輸入“zhijia” ，不勾選“實用缺省模板” ， 單擊 ，在彈出的“新文件選項”對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制 單位改為公制單位如圖 2-2 所示,單擊 進入三維實體建模環(huán)境如圖 2-3 所 示： 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 9 圖 2-2 模板 圖 2-3.繪圖頁面 導向滑車骨架的設計主要是一系列基準曲線的繪制，其隨后的建模設計建 立在骨架設計的基礎上，導向滑車的骨架設計結果如圖 2-4 所示。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 10 圖 2-4 導向滑車支架架設計結果 2.1.2 導向滑車內軸的設計 1、新建零件文件 在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在系統(tǒng)彈出的【 新建】對話框，選中其 中的零件單選按鈕，在“名稱”欄中輸入“neizhou” ，不勾選“使用缺省模板” ， 單擊 ，在彈出的“新文件選項”對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制 單位改為公制單位,單擊 進入三維實體建模環(huán)境。 2、創(chuàng)建基礎實體特征 單擊“旋轉工具”按鈕 ，在主視區(qū)下方出現(xiàn)旋轉特征操控板。在操控板 中單擊 按鈕，在彈出的草繪上滑面板中單擊“定義”按鈕，彈出“草繪” 對話框，在該對話框中要求選擇草繪平面，在主視區(qū)內選擇 TOP 基準平面作為 草繪平面，在“草繪方向”欄中自動出現(xiàn)默認的草繪視圖方向，接受默認設置， 單擊 按鈕。彈出“參照”對話框，接受系統(tǒng)的默認設置，單擊 按 鈕進入草繪器，在注視區(qū)中繪制如下圖的旋轉草繪圖，在右工具箱中單擊 退 出草繪。在操控面板中接受系統(tǒng)的默認值，單擊右側的 按鈕，完成旋轉特征 的創(chuàng)建。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 11 3、在實體上創(chuàng)建放置實體特征 1） 、倒角特征。在有工具箱中單擊“倒角工具”按鈕 ，在主視區(qū)中選 擇兩頭的邊線以及直徑為 19 和 37 的的四條邊線（選擇時同時按著 Ctrl 鍵） ， 單擊下工具箱左側下拉列表框右側的 ，將倒角方式改為“45×D” ，在右側的 下拉列表框中將 D 值改為“1” ，單擊下工具箱右側的 ，完成倒角特征的創(chuàng)建。 2） 、創(chuàng)建拉伸切除命令，我們來再軸的中心打不管穿孔。 D、在實體上創(chuàng)建卡槽特征 在右工具箱中單擊“基準平面工具” 按鈕，在彈出的“基準平面”對話 框中要求選擇參照來確定基準平面的放置，在主視區(qū)中選擇 FRONT 基準平面作 為新建基準平面的參照，在“偏移距離”輸入框中輸入偏移值“6” ，單擊【確 定】按鈕完成基準平面 DTME1 的創(chuàng)建 在右工具箱中單擊“拉伸工具” ，在主視區(qū)下方操控板中單擊 按鈕 將拉伸方式改為剪材料，在主視區(qū)內選擇上一步創(chuàng)建的 DTME1 平面作為草繪平 面，接受系統(tǒng)默認草繪方向設置，單擊 按鈕。在主視區(qū)中選擇 TOP 基準平 面和小圓柱的邊線作為繪圖參照，單擊 按鈕進入草繪器，在注視區(qū)中繪 制如下圖的拉伸截面圖，在右工具箱中單擊 退出草繪。在下工具箱的拉伸方 式選項中選擇“從草繪平面以指定的深度值拉伸”按鈕 ，在拉伸深度值輸入 框中輸入拉伸值“3.5” ， 單擊下工具箱右側的 完成實體的拉伸。 最后我們得到的內軸的三維圖如圖 2-5 所示 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 12 圖 2-5 內軸 2.1.3 導向滑車滑輪的設計 1、新建零件文件 在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在系統(tǒng)彈出的【 新建】對話框，選中其 中的零件單選按鈕，在“名稱”欄中輸入“hualun” ，不勾選“使用缺省模板” ， 單擊 ，在彈出的“新文件選項”對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制 單位改為公制單位,單擊 進入三維實體建模環(huán)境。 2、創(chuàng)建基礎實體特征 單擊“旋轉工具”按鈕 ，在主視區(qū)下方出現(xiàn)旋轉特征操控板。在操控板 中單擊 按鈕，在彈出的草繪上滑面板中單擊“定義”按鈕，彈出“草繪” 對話框，在該對話框中要求選擇草繪平面，在主視區(qū)內選擇 TOP 基準平面作為 草繪平面，在“草繪方向”欄中自動出現(xiàn)默認的草繪視圖方向，接受默認設置， 單擊 按鈕。彈出“參照”對話框，接受系統(tǒng)的默認設置，單擊 按 鈕進入草繪器，在注視區(qū)中繪制如下圖的旋轉草繪圖，在右工具箱中單擊 退 出草繪。在操控面板中接受系統(tǒng)的默認值，單擊右側的 按鈕，完成旋轉特征 的創(chuàng)建。 3、最后通過旋轉切除命令的到圖 2-6 所示視圖 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 13 圖 2-6 滑輪 2.1.4 其它零件的創(chuàng)建 至此導向滑車的主要零件以創(chuàng)建完成，下面還有很多裝配用的小零件，其 建模過程不再詳細介紹。只列出其最終結果。 包括：螺栓、軸卡、襯套。分別為圖：2-7、2-8 和 2-9 所示； 圖 2-7 螺栓 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 14 圖 2-8 軸卡 圖 2-9 襯套 至此導向滑車所有零件三維建模都以完成，下一步就是裝配。 2.2 導向滑車裝配設計 1. 新建裝配文件如圖 2-10 所示，在上工具欄中單擊“新建”按鈕 在 系統(tǒng)彈出的【新建】對話框，選中其中的組件按鈕，在“名稱”欄中輸入“ zhangpeitu”，不勾選“使用缺省模板” ， 單擊 ，在彈出的“新文件選項” 對話框中選擇 mmns_part_solid，將英制單位改為公制單位,單擊 進入三維 實體建模環(huán)境。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 15 圖 2-10 新建組件 2.在裝配環(huán)境中選擇插入/元件/裝配/命令或者選擇基礎特征工具欄插入元 件工具 選擇元件進行裝配，在出現(xiàn)的元件放置對話框中可以設置裝配元件的 參照約束關系，第一個部件一般選擇缺省約束， 圖 2-11 元件放置對話框 A、放置滑輪，約束方式為“缺省” ； B、裝配襯套，約束方式為“匹配”和“插入” ； C、裝配支架，約束方式為“對齊”和“匹配” ； D、裝配內軸，約束方式為“匹配”和“插入” ； E、裝配軸卡，約束方式為“對齊”和“匹配” ； 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 16 F、裝配螺栓，約束方式為“對齊”和“匹配” ； 添加各個部件通過選擇約束條件，旋轉和移動操作完成零部件的裝配如圖 2-12 所示： 圖 2-11 完成后的總裝配 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 17 3 導向滑車的支架及滑輪零件工藝 CAD 設計 3.1 CAD／CAM 技術 CAD 技術起源于美國，它經(jīng)歷了一個由二維設計技術向三維設計技術發(fā)展 的過程。早期的二維機械 CAD 技術實際上是計算機輔助繪圖（Computer Aided Drafting） ，它只是起到了一個電子圖板的作用，因為二維機械 CAD 技術沒能很 好地解決設計中最困難的幾個問題，如：復雜的投影線生成問題、尺寸漏標問 題、漏畫圖線問題、機構幾何關系和運動關系的分析討論問題、設計的更新與 修改問題、設計工程管理問題等。所以，二維機械 CAD 沒有起到真正的計算機 輔助設計的作用。其實，人在設計零件時的思維是三維的，是與顏色、材料、 硬度、形狀、尺寸、位置、相關零件、制造工藝等概念相關聯(lián)的，甚至帶有相 當復雜的運動關系，只是由于以前的手段有限，人們不得不共同約定了在第一 象限平行正投影的二維視圖表達規(guī)則，用有限個相關聯(lián)的二維投影圖表達自己 的三維設想。通常，二維圖的表達信息是極不完整的，而且繪圖、讀圖要經(jīng)過 專門訓練的人來進行，以便“糾正”人類頭腦中的原始的、關于幾何形體表達 的“錯誤” ，于是人們迫切渴望三維 CAD 技術的出現(xiàn)。 CAD／CAM技術推動了幾乎一切領域的設計革命，CAD技術的發(fā)展和應用水平 已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志之一。CAD／CAM 技術從根本上改變了過去的手工繪圖、發(fā)圖、憑圖樣組織整個生產(chǎn)過程的技術 管理方式，將它變?yōu)樵趫D形工作站上交互設計、用數(shù)據(jù)文件發(fā)送產(chǎn)品定義、在 統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型下進行產(chǎn)品的設計打樣、分析計算、工藝計劃、工藝裝 備設計、數(shù)控加工、質量控制、編印產(chǎn)品維護手冊、組織備件訂貨供應等等 3.2 工藝及金屬材料的分析 一、材料 機械制造中最常用的材料是鋼和鑄鐵，其次是有色金屬合金，非金屬材料如 塑料、橡膠等，在機械制造中也得到廣泛的應用。 金屬材料主要指鑄鐵和鋼，它們都是鐵碳合金，它們的區(qū)別主要在于含碳 量的不同。含碳量小于 2%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于 2%的稱為鐵。 1 鑄鐵 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 18 常用的鑄鐵有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中灰鑄鐵和 球墨鑄鐵屬脆性材料，不能輾壓和鍛造，不易焊接，但具有適當?shù)囊兹坌院土?好的液態(tài)流動性，因而可鑄成形狀復雜的零件?；诣T鐵的抗壓強度高，耐磨性、 減振性好，對應力集中的敏感性小，價格便宜，但其抗拉強度較鋼差。灰鑄鐵 常用作機架或殼座。球墨鑄鐵強度較灰鑄鐵高且具有一定的塑性，球墨鑄鐵可 代替鑄鋼和鍛鋼用來制造曲軸、凸輪軸、油泵齒輪、閥體等。 2 鋼 鋼的強度較高，塑性較好，可通過軋制、鍛造、沖壓、焊接和鑄造方法加 工各種機械零件，并且可以用熱處理和表面處理方法提高機械性能，因此其應 用極為廣泛。 鋼的類型很多，按用途分，鋼可分為結構鋼、工具鋼和特殊用途鋼。結構 鋼可用于加工機械零件和各種工程結構。工具鋼可用于制造各種刀具、模具等。 按化學成分鋼可分為碳素鋼和合金鋼。碳素鋼的性能主要取決于含碳量，含碳 量越多，其強度越高，但塑性越低。碳素鋼包括普通碳素結構鋼和優(yōu)質碳素結 構鋼。普通碳素結構鋼（如 Q215、Q235）一般只保證機械強度而不保證化學成 分，不宜進行熱處理，通常用于不太重要的零件和機械結構中。低碳鋼的含碳 量低于 0.25%，其強度極限和屈服極限較低，塑性很高，可焊性好，通常用于 制作螺釘、螺母、墊圈和焊接件等。含碳量在 0.1%~0.2%的低碳鋼零件可通過 滲碳淬火使其表面硬而心部韌，一般用于制造齒輪、鏈輪等要求表面耐磨而且 耐沖擊的零件。中碳鋼的含碳量在 0.3%~0.5%之間，它的綜合力學性能較好， 因此可用于制造受力較大的螺栓、螺母、鍵、齒輪和軸等零件。含碳量在 0.55%~0.7%的高碳鋼具有高的強度和剛性，通常用于制作普通的板彈簧、螺旋 彈簧和鋼絲繩。合金結構鋼是在碳鋼中加入某些合金元素冶煉而成。每一種合 金元素低于 2%或合金元素總量低于 5%的稱為低合金鋼。每一種合金元素含量為 2%~5%或合金元素總含量為 5%~10%的稱為中合金鋼。每一種合金元素含量高于 5%或 合金元素總含量高于 10%的稱為高合金鋼。加入不同的合金元素可改變鋼的機 械性能并具有各種特殊性質。例如鉻能提高鋼的硬度，并在高溫時防銹耐酸； 鎳使鋼具有良好的淬透性和耐磨性。合金鋼較碳素鋼價格高，對應力集中亦較 敏感，因此只用于碳素鋼難于勝任工作時才考慮采用。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 19 用碳素鋼和合金鋼澆鑄而成的鑄件稱為鑄鋼，通常用于制造結構復雜、體 積較大的零件，但鑄鋼的液態(tài)流動性比鑄鐵差，且其收縮率的鑄鐵件大，故鑄 鋼的壁厚常大于 10ｍｍ，其圓角和不同壁厚的過渡部分應比鑄鐵件大。表 3-1 是常用的金屬材料的機械性能。 表 3-1 常用金屬材料的機械性能 牌號 鑄件類別 鑄件壁厚/mm 鑄件最小抗拉 強度? b /Pa 適用范圍及舉例 2.5～10 130 10～20 100 20～30 90 HT100 鐵素體 灰鑄鐵 30～50 80 低載荷和不重要零件， 如蓋、外罩、手輪、支 架、重錘等 2.5～10 175 10～20 145 20～30 130 HT150 珠光體+ 鐵素體灰 鑄鐵 30～50 120 承受中等應力（抗彎應 力小于 100MPa）的零 件，如支柱、底座、齒 輪箱、工作臺、刀架、 端蓋、閥體、管路附件 及一般無工作條件要求 的零件 2.5～10 220 10～20 195 20～30 170 HT200 30～50 160 4.0～10 270 10～20 240 20～30 220 HT250 珠光體 灰鑄鐵 30～50 200 承受較大應力（抗彎應 力小于 300MPa）和較 重要零件，如汽缸體、 齒輪、機座、飛輪、床 身、缸套、活塞、剎車 輪、聯(lián)軸器、齒輪箱、 軸承座、液壓缸等 10～20 290 HT300 孕育鑄鐵 20～30 250 承受彎曲應力（小于 500MPa）及抗拉應力的 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 20 30～50 230 10～20 340 20～30 290 HT350 30～50 260 重要零件，如齒輪、凸 輪、車床卡盤、剪床和 壓力機的機身、床身、 高壓油壓缸、滑閥殼體 等 二、材料選用的原則 從各種各樣的材料中選擇出合用的材料是一項受到多方面因素制約的工作， 通常應考慮下面的原則： （1） 載荷的大小和性質，應力的大小、性質及其分布狀況 對于承受拉伸載荷為主的零件宜選用鋼材，承受壓縮載荷的零件應選鑄鐵。 脆性材料原則上只適用于制造承受靜載荷的零件，承受沖擊載荷時應選擇塑性 材料。 （2） 零件的工作條件 在腐蝕介質中工作的零件應選用耐腐蝕材料，在高溫下工作的零件應選耐 熱材料，在濕熱環(huán)境下工作的零件，應選防銹能力好的材料，如不銹鋼、銅合 金等。零件在工作中有可能發(fā)生磨損之處，要提高其表面硬度，以增強耐磨性， 應選擇適于進行表面處理的淬火鋼、滲碳鋼、氮化鋼。金屬材料的性能可通過 熱處理和表面強化（如噴丸、滾壓等）來提高和改善，因此要充分利用熱處理 和表面處理的手段來發(fā)揮材料的潛力。 （3） 零件的尺寸及質量 零件尺寸的大小及質量的好壞與材料的品種及毛坯制取方法有關，對外形 復雜、尺寸較大的零件，若考慮用鑄造毛坯，則應選用適合鑄造的材料；若考 慮用焊接毛坯，則應選用焊接性能較好的材料；尺寸小、外形簡單、批量大的 零件，適于沖壓和模鍛，所選材料就應具有較好的塑性。 （4） 經(jīng)濟性 選擇零件材料時，當用價格低廉的材料能滿足使用要求時，就不應選擇價 格高的材料，這對于大批量制造的零件尤為重要。此外還應考慮加工成本及維 修費用， ，使綜合經(jīng)濟效益最高。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 21 在生產(chǎn)過程中改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質等，使其成為 成品或半成品的過程稱為工藝過程，如毛坯制造、機械加工、熱處理和裝配等 過程，均為工藝過程。工藝過程是生產(chǎn)過程的主要組成部分。 采用機械加工的方法，直接改變毛坯形狀、尺寸和表面質量，使成為合格 的零件的過程成為機械加工工藝過程。 支架的形式一般分為焊接形式和鑄造。由于鑄鐵的鑄造性能好、價廉和吸 振能力 強,所以應用最廣，這里支架形式為鑄造形式。 機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程是將原材料轉化為成品的全過程。包括生產(chǎn)技術準備、 毛坯制造、機械加工、熱處理、裝配、測試檢驗及涂裝等過程，凡對加工對象 的尺寸、形狀或性能產(chǎn)生一定變化的均為直接生產(chǎn)過程。 機械生產(chǎn)過程還包括工藝裝備的制造、原材料的供應、工件的運輸和儲存、 設備的維修及動力供應等。不使加工對象發(fā)生變化的稱為輔助生產(chǎn)過程。 3.3 支架的材料選擇及工藝分析 支架是機械的基礎零件之一。由它將機械和部件中的軸、滑輪、卡盤等有 關零件集合成一個整體，使它們之間保持正確的相互位置關系。因此，支架的 加工質量對機械的精度、性能和壽命都有直接的影響。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 22 3.3.1 毛坯的選擇 本課題所設計的支架采用鑄鐵 HT150，因為鑄鐵具有較好的耐磨性、鑄造 性、切削性和減振性，且成本低廉。加工方法多采用鑄造，毛坯在鑄造時應防 止砂眼和氣孔產(chǎn)生。為了減少殘余應力，支架鑄造后應進行時效處理。其加工 工藝路徑為：鑄造—熱處理—鏜—鉆孔。 毛坯材料為 HT150，毛坯尺寸為 320mm×162mm×90mm。 3.3.2 定位基準的選擇 選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加 工與否，又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加 工的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面作為定位 基準，則稱為精基準。 在選擇定位基準時，是從保證工件精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選 擇的順序應為從精基準到粗基準。 （1）精基準的選擇原則 選擇精基準時，應能保證加工精度和裝夾可靠、方便，可按照基準重合、 基準統(tǒng)一、自為基準、互為基準、便于裝夾等原則進行選擇。 根據(jù)其原則，確定該零件的精基準為零件的外輪廓及零件底面。 （2）粗基準的選擇原則 選擇粗基準要求應能保證加工面與不加工面之間的位置要求并合理分配加 工面的余量，同時要為后續(xù)工序提供精基準，可按照非加工表面、加工余量最 小、重要表面、不重復使用、便于工件裝夾等原則進行選擇。 3.3.3 裝夾方式的選擇 在機床上加工中，為保證加工精度，必須先使工件在機床上占據(jù)一個正確 位置，即定位；然后將其壓緊壓牢，使其在加工中保持這一正確位置不變，即 夾緊。從定位到夾緊的全過程稱為工件的裝夾。 經(jīng)分析，該零件需要進行二次裝夾方能完成零件的加工。在第一次裝夾時 為鏜孔，此次裝夾時以毛坯外輪廓定位，采用一面兩銷的方式進行裝夾；以限 制六個自由度。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 23 3.3.4 工藝路線的確定 工序 1：制造毛坯 320mm×162mm×90mm。 工序 2：清沙。 工序 3：時效處理。 工序 4：粗精銑 Ф35 軸孔表面。 工序 5：鏜孔 Ф35 軸孔。 工序 6：鉆 Ф22 孔。 工序 7：擴 Ф22 孔。 工序 8：攻絲 2-M8 深 18。 工序 9：去毛刺。 工序 10：檢驗。 工序 11：入庫。 3.4 滑輪的材料選擇及工藝分析 本課題所設計的滑輪采用鑄鐵 HT150，因為鑄鐵具有良好的耐磨性和減振 性，而且價格低廉。加工工藝路線：鑄造外形—車削外形—車削內孔。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 24 3.4.1 毛坯工藝分析及選擇 機械加工中毛坯的種類有很多種，如鑄件、鍛件、型材、擠壓件、沖壓件、 焊接組合件等，同一種毛坯又可能有不同的制造方法。為了提高毛坯的制造質 量，可以減少機械加工勞動量，降低機械加工成本，但往往會增加毛坯的制造 成本。選擇毛坯的制造方法一般應當考慮一下幾個因素。 （1）材料的工藝性能 材料的工藝性能在很大程度上決定毛坯的種類和制造方法。例如，鑄鐵， 鑄造青銅等脆性材料不能鍛造和沖壓，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制 造組合毛坯，而只能用鑄造。低碳鋼的鑄造性能差，很少用于鑄造；但由于可 鍛性能，可焊接性能好，低碳鋼廣泛用于制造鍛件、型材、沖壓件等。 （2）毛坯的尺寸、形狀和精度要求 毛坯的尺寸大小和形狀復雜程度也是選擇毛坯的重要依據(jù)。直徑相差不大 的階梯軸宜采用棒料；直徑相差較大的宜采用鍛件。尺寸很大的毛坯，通常不 采用模鍛或壓鑄、特種鑄造方法制造，而適宜采用自由鍛造或是砂型鑄造。形 狀復雜的毛坯，不宜采用型材或自由鍛件，可采用鑄件、模鍛件、沖壓件或組 合毛坯。 （3）零件的生產(chǎn)綱領 選擇毛坯的制造方法，只有與零件的生產(chǎn)綱領相適應，才能獲得最佳的經(jīng) 濟效益。生產(chǎn)綱領大時宜采用高精度和高生產(chǎn)率的毛坯制造方法，如模鍛及熔 模鑄造等；生產(chǎn)綱領小時，宜采用設備投資少的毛坯制造方法，如木模砂型鑄 造及自由鍛造。 根據(jù)上述內容的幾個方面來分析本零件，零件材料為 45 號鋼， 首先分析 45 號鋼材料的性能，45 號鋼為優(yōu)質碳素結構用鋼，硬度不高易切削 加工。調質處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結構 零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等；其次，觀 察零件圖知，本設計零件為軸類零件（毛坯一般為棒料和鍛件） ，各直徑尺寸相 差較大，且該軸在工作過程中要承受沖擊載荷和扭矩，是主要的動力輸出元件， 故為增強其強度、剛度和沖擊韌性，毛坯選擇鍛件；再者，前面已經(jīng)確定零件 的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。因此，本零件的毛坯種類以模鍛方法獲得。 本課題所設計的滑輪采用鑄鐵 HT150，因為鑄鐵具有較好的耐磨性、鑄造 性、切削性和減振性，且成本低廉。加工方法多采用鑄造，毛坯在鑄造時應防 止砂眼和氣孔產(chǎn)生。為了減少殘余應力，滑輪鑄造后應進行時效處理。其加工 工藝路徑為：鑄造外形—車削外形—車削內孔。 毛坯材料為 HT150，毛坯尺寸為 Ф145mm×48mm。 3.4.2 定位基準的選擇 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 25 選擇工件的定位基準，實際上是確定工件的定位基面。根據(jù)選定的基面加 工與否，又將定位基準分為粗基準和精基準。在起始工序中，只能選擇未經(jīng)加 工的毛坯表面作為定位基準，這種基準稱為粗基準。用加工過的表面作為定位 基準，則稱為精基準。 在選擇定位基準時，是從保證工件精度要求出發(fā)的，因此分析定位基準選 擇的順序應為從精基準到粗基準。 （1）精基準的選擇原則 選擇精基準時，應能保證加工精度和裝夾可靠、方便，可按照基準重合、 基準統(tǒng)一、自為基準、互為基準、便于裝夾等原則進行選擇。 根據(jù)其原則，確定該零件的精基準為零件的外輪廓及零件底面。 （2）粗基準的選擇原則 選擇粗基準要求應能保證加工面與不加工面之間的位置要求并合理分配加 工面的余量，同時要為后續(xù)工序提供精基準，可按照非加工表面、加工余量最 小、重要表面、不重復使用、便于工件裝夾等原則進行選擇。 3.4.3 機械加工工藝順序 （1）機械加工順序 ① 遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準，即在前面加工階段先 加工中心孔。 ②遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 ③遵循“先主后次”原則，如先加工外圓表面，再加工鍵槽。 ④遵循“先面后孔”原則，先加工外圓表面再加工其余的。 （2）熱處理工序 毛坯鍛造成型后，應當對毛坯進行正火處理以去除內應力，然后再進行機 械加工。在粗加工之后、精加工之前，安排調質處理，獲得良好的綜合機械性 能。 （3）輔助工序 在對本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、終檢工序。 3.4.4 工藝路線的確定 工序 1：制造毛坯 Ф145mm×48mm。 工序 2：清沙。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 26 工序 3：時效處理。 工序 4：粗精銑 Ф145 滑輪兩側面。 工序 5：車削外形。 工序 6：車槽寬 6mm。 工序 7：粗車削內孔 Ф45。 工序 8：精車削內孔 Ф45H8。 工序 9：去毛刺。 工序 10：檢驗。 工序 11：入庫。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 27 結 束 語 本次畢業(yè)設計現(xiàn)在就要接近尾聲，回首這兩個月的設計過程覺得收獲很大。 通過本次設計，不僅把這大學四年間所學到的理論知識和專業(yè)知識很好的 運用與畢業(yè)設計的過程中，而且培養(yǎng)了自己認真思考的能力，在處理問題時有 了新的認識和方法，并加強了和同學之間進行探討而解決問題的能力。 本文詳細介紹了導向滑車的三維設計，從零件建模到零件裝配設計。然后 介紹了支架的制造工藝。 通過本次畢業(yè)設計，不僅鍛煉了自己的查閱資料的能力，讓我熟悉有關技 術政策，熟練的應用國家標準，規(guī)范手冊，圖冊等工具書進行設計計算，數(shù)據(jù) 處理，編寫技術文件的獨立工作能力。還讓我感覺到了團體的力量，遇到問題 時，通過本小組討論、分析和指導老師的指導，最終總能得到滿意的結果。對 如我們目前所掌握的知識，實際實踐經(jīng)驗以及設計的時間，設計一臺機床一個 人不可能獨立完成，需要我們彼此全力合作，才能真正發(fā)揮團體的力量。 通過本次畢業(yè)設計，在我的頭腦中建立了機械設計的具體步驟和設計中所 要思考的細節(jié)問題，這對今后的工作必將有很大的幫助。對一名即將踏入社會 的大學畢業(yè)生起了很重要的指導作用。由于所學知識有限，設計中難免存在一 些問題，還請老師和同學批評指正。 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 28 文 獻 [1] 謝曉華.淺談 Pro／ENGINEER 的三維技術在機械專業(yè)教學中的應用 [J].湖 南科技學院學報,2005(05)：287~288 [2] 朱金波.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 工業(yè)產(chǎn)品設計完全掌握[M].北京：兵 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Pro/ENGINEER 野火 3.0 中文版動態(tài)機構設計與仿真[M].北京:電 子工業(yè)出版社.2007.3 [5] 林清安.Pro/ Engineer Wildfire3.0 中文版零件設計下［M］.北京:電子 工業(yè)出版社，2006.12 [6] 林清安.Pro/ Engineer Wildfire3.0 中文版零件設計上［M］.北京:電子 工業(yè)出版社，2006.12 [7] 鑄造工程師手冊編寫組. 鑄造工程師手冊.機械工程出版社.2002.2 [8] 李弘英，趙成志.鑄造工藝設計. 機械工業(yè)出版社.2005.3. [9] 李魁盛河北工學院.鑄造工藝設計基礎. 機械工業(yè)出版社.1980.3 [10] 龍文元 盧百平 金屬液態(tài)成型模具設計 化學工業(yè)出版社 2010.6 [11] 趙菲菲，王正德.軸類零件機械加工工藝規(guī)程的制定[J]. 林業(yè)機械與木工 設備， [12] Soo Hong Lee， M.R. Cutkosky . Fixture Planning With Friction[J]. Journal of Engineering for Industry，1991. [13] 孫已德.機床夾具圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1983． [14] 艾興，肖詩綱.切削用量簡明手冊[M],北京：機械工業(yè)出版社，2004． [15] 陳日曜.金屬切削原理[J].北京：機械工業(yè)出版社，2002． [16] 王光斗.王春福．機床夾具設計手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社， 四川大學錦城學院學院 畢業(yè)設計論文 29 2000． [17] 陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2004． [18]Chon .Geometric Reasoning for Layout Design Machining Fixture [J]. Computer Integrated Manufacturing , 1994.7(3):175-185.