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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??梢哉f(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
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,如圖3-1所示:
圖3-1 傳動(dòng)軸外輪廓線
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恒線速控制,設(shè)定切削速度(線速度)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
金剛石鉆孔機(jī)
零件名稱
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
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
金剛石鉆孔機(jī)
零件名稱
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
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
切削液
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
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.