齿轮零件的CAD∕CAM设计机械CAD∕CAM课程设计

CAD/CAM课程设计说明书 目录1 课程设计任务书.22 第一章建模分析.43 第二章数控加工.144 第三章数控加工仿真.175 第四章CL数据的输出和NC代码的生成. 306 第五章设计总结. .327 第六章参考书目.32 机械CAD/CAM任务书一、设计题目： 齿轮 零件的CAD/CAM设计二、设计目的 CAD/CAM课程设计是开设机械CAD/CAM课程之后进行的一个实践性教学环节。在系统学习CAD/CAM技术的基本原理、基本方法的基础上，着重培养学生借助计算机进行机械产品的设计、制造和系统集成的综合应用能力。其目的：1. 掌握产品的计算机辅助设计过程和方法，培养利用计算机进行结构设计的能力。2. 掌握零件的计算机辅助制造过程和方法，培养数控编程及加工仿真的能力。3. 通过应用PRO/ENGINEER，训练和提高CAD/CAM的基础技能。三、设计任务本课程设计以某一具体的机械零件为设计对象（零件图见附图）。主要设计任务：1、熟悉并掌握大型机械CAD/CAM软件PRO/ENGINEER的草绘模块、零件模块、制造模块及仿真模块的功能及建模原理。2、进行零件的参数化功能定义、三维实体零件的特征造型，最终完成零件的造型设计。3、进行机床选择、刀具选择及加工参数设置，生成零件数控加工的相关文件。如刀位数据文件、刀具清单和数控加工代码等。并对零件进行加工仿真以检查设计结果是否正确合理。4、编写课程设计说明书。四、设计要求1、要求设计过程在计算机上完成。2、设计说明书用计算机打印（B5纸，1万字左右）。正文：宋体五号，单倍行距；页眉：宋体小五号，内容包括班级，姓名，“CAD/CAM课程设计说明书”字样；页脚：右下脚页码。3、设计结果应包括：课程设计说明书（应包含设计任务书、设计思路、设计步骤、设计过程的说明和阶段结果。附零件三维图、加工代码、零件原图纸等内容）4、严禁抄袭和请人代做，一经发现，成绩计为零分并上报教务处。五、设计内容及时间分配1 准备工作：布置设计任务，认真阅读设计任务书，收集资料（1天）2 熟悉PRO/ENGINEER Wildfire 3.0，并进行零件的三维造型。 3 进行零件的数控加工。 （4天）4 进行零件的数控加工。 （3天）5 编写课程设计说明书。 （1天）6 设计结果提交及答辩。 （1天）六、参考资料有关PRO/ENGINEER软件的参考书及数控加工工艺的参考书。如PRO/ENGNEER Wildfire 3.0的基础训练教程、PRO/ENGINEER Wildfire 3.0的零件设计教程、PRO/ENGINEER Wildfire 3.0的数控加工教程等等。七、成绩评定采用优、良、中、及格、不及格五级评分制。主要考察：课程设计的科学性和条理性：设计过程的态度和出勤率；软件的熟悉程度；设计结果的正确合理性；答辩情况。 学生签名: 日期: 评阅意见： _ 教师签名： 日期： 第一章 建模分析 在菜单栏选取【文件】下拉菜单，选取【新建】选项，系统将弹出如图1-1所示的【新增】对话框，选中其中的【零件】单选按钮，在【名字】编辑框中输入“zwp”。单击对话框下部的按钮，进入三维实体建模图1-1 【新增】对话框 图1-2 【文件选项】对话框1.1设定齿轮各项参数 进入菜单栏中工具参数，然后添加并设定下列参数(可随意命名,只要自己知道各项参数名所代表含义)如图1-3M=2 (代表模数) =42 (代表齿数)alpha=20 (代表压力角)Beta=30.67 （右） (代表齿轮螺旋角) =15.5（代表齿轮宽度）ax（代表齿顶系数） hfx=0.25（代表齿根系数） 图1-3 齿轮参数表1.2 绘制四个圆 草绘曲线,分别绘制四个圆，分别代表齿顶圆，分度圆，齿根圆，基圆，并添加关系式控制（front面上）齿顶圆直径 da =100.03 基圆89.93969齿根圆91.04 分度圆97.66085 图1-4 绘制的四个圆1.3绘制渐开线 点选绘制曲线的图标，然后选从方程，再选笛卡尔坐标系，然后再选第三步建立的坐标系然后定义方程：db=89.93969ang=90*tr=db/2s=PI*r*t/2xc=r*cos(ang)yc=r*sin(ang)x=xc+s*sin(ang)y=yc-s*cos(ang)z=0图1-5 渐开线方程图1-6方程对话框（1）依次在主菜单上单击 “插入” “模型基准” “曲线”，或者在工具栏上单击按钮，系统弹出“曲线选项”菜单管理器，如图1-7（2）在“曲线选项”菜单管理器上依次单击 “从方程” “完成”，弹出“得到坐标系”菜单管理器，如图1-8图1-7曲线选项”菜单 图1-8坐标系设置（3） 在绘图区单击选取系统坐标系为曲线的坐标系，弹出“设置坐标类型”菜单管理器，（4）在“设置坐标类型”菜单管理器中单击 “笛卡尔”，系统弹出一个记事本窗口；（5）在弹出的记事本窗口中输入曲线的方程，如下：db=89.93969ang=90*tr=db/2s=PI*r*t/2xc=r*cos(ang)yc=r*sin(ang)x=xc+s*sin(ang)y=yc-s*cos(ang)z=0（6）保存数据，退出记事本，完成后的曲线如图所示； 图1-9 渐开线图1.4镜像渐开线4.1创建基准轴基准点基准面如图单击基准平面工具，按住Ctrl连续选择DTM1和轴线A-1，然后输入旋转角度（360/（4*42）=2.143，单击确定完成DTM2的创建 图1-10基准点基准面基准轴 图1-11 镜像图以DTM2为对称平面镜像渐开线 如图1-111.5 创建齿根圆。图1-12 齿根圆 图1-13 第一个齿轮廓1.6 创建第一个齿 复制旋转（2*arcsin（b*tg（beta）/d）10.8018截面，在创建分度圆面画投影线。扫描混合生成第一个齿如图1-15 图1-14 旋转的截面 图1-15扫描混合第一个齿 1.7阵列生成其他齿点击阵列按钮，然后选择混合生成的第一个齿如图1-15，选择中心轴为阵列中心，数量为42个，角度间隔为360/42=8.87具体参数如图1-16，然后生成的齿轮如图1-18图1-16 阵列设置选项 图1-17 阵列效果 图1-18阵列生成的其他齿 1.8拉伸一侧的42H2的圆柱点击拉伸按钮，在齿轮截面上草灰拉伸截面如图1-19，拉伸参数如图1-20拉伸后效果如图1-21.图1-19 草汇截面参数 图1-20 拉伸效果图1-21 拉伸参数1.9拉伸另一侧的42H9.5的圆柱点击按钮，选择齿轮另一个端面为草绘平面草绘截面截面如图1-22，拉伸参数如图1-24，拉伸效果如图1-23图1-22 草绘截面 图1-23拉伸结果图图1-24 拉伸参数设置1.10 拉伸30H27的圆柱点击按钮，选择42圆柱端面为草绘平面草绘截面截面如图1-25，拉伸参数如图1-26，拉伸效果如图1-27 图1-25 草绘截面 图1-26 拉伸结果图 图1-27 拉伸选项设置1.11 倒R6圆角 点击倒圆角工具，选择要倒的边如图1-28，设置倒角半径为6如图1-29，倒角效果如图1-30. 图1-28 倒角边的选取 图1-29 倒角参数设置 图1-30 倒角结果1.12倒R4的圆角 点击倒圆角工具，选择要倒的边如图1-31，设置倒角半径为4如图1-32，倒角效果如图1-33. 图1-31 倒角边选取 图1-32 倒角参数设置图1-33倒角效果1.13倒角0.5x45 点击倒角工具，设置好倒角参数如图1-34，选择要倒角的边如图1-35，最后点确定，倒出结果如图1-36.图1-34 倒角参数 图1-35 选择倒角边 图1-36 倒角效果（箭头所指）1.14挖凹槽 点击旋转按钮，弹出对话框如图1-37，选择Right面作为草绘面，草汇截面如图1-38，参数设置如图1-37，点击，生成效果如图1-39和图1-40. 图1-37 旋转对话框和参数设置 图1-38 草绘截面图图1-39旋转效果正面 图1-40旋转结果反面第二章数控加工2.1 机床选择 由于为齿轮，而且齿轮厚度最大处为27mm，太薄，不利于车床装夹，而且加工精度比较高，并且都是表面铣削和孔的制造，加工表面比较多，所以我们选择数控铣床，可以减少装夹次数。孔用钻孔加工解决。2.2零件的工艺分析（1）平面加工：两个端面的粗糙度要求为Ra=1.6，故为精加工，故为粗铣-半精铣-精铣（2）孔的加工：一个的孔，粗糙度要求为Ra=0.8。（3）凹槽加工：粗糙度要求Ra=25（4）曲面加工：R4和R6的曲面，粗糙度Ra=252.3刀具的选择及材料 表2-1 刀具及其材料表序号编号刀具规格名称数量加工表面备注1T000110硬质合金立铣刀1铣出基本轮廓2T000216硬质合金立铣刀1粗铣端面3T000320硬质合金立铣刀1半精铣端面4T000425硬质合金立铣刀1精铣端面5T000525R3高速钢铣刀1铣凹槽6T00064球铣刀1铣R4的曲面7T000715基本钻头1钻孔8T000828基本钻头1钻孔9T000930铰刀1饺孔10T001010高速钢端铣刀1铣另一侧的轮廓11T00116R2硬质合金立铣刀1铣另一侧凹槽12T00126R2外圆角铣刀1铣R4曲面13T001325端铣刀1铣端面2.4制订工艺路线 根据上述原始资料及加工工艺,分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:毛坯上下端面留余量2mm。铣削端面时候分三步，粗铣留余量1mm，半精铣留余量0.5，精铣完成加工。而且数控机床上铣平面时候应采用硬质合金刀片铣刀。粗铣时候刀直径小一些减少切削扭矩，精铣刀直径大一些，最好包容待加工表面的整个宽度（1） 凹槽加工因为没什么要求，故一次加工完成。高速钢立铣刀多用于加工凹槽和凸台。所以用高速钢立铣刀加工凹槽（2） 孔加工：加工IT7级的孔，一般孔径小于12时候采用钻，粗饺，精铰。当孔径为12-60mm时候为钻，扩，粗饺，精铰。（3） 当工件表面粗糙度要求为Ra12.5-25时候，如果加工余量小于5mm粗铣一次加工就可以完成要求；但在加工余量特别大而且机床刚性不足时候可分多次进给加工。2.5工序卡表2-2 工序参数表工步号工 步 内 容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1铣外轮廓T000110250018001自动2粗铣端面T0002161000600.5自动3半精铣端面T00032075010000.5自动4精铣端面T0004257009000.35铣凹槽 T000525R310004000.5自动6铣曲面T0006410001000自动7钻孔T0007151200350自动8钻孔T0008281200350自动9饺孔T0009301200350自动10铣轮廓T001010150010000.5自动11铣凹槽T00116R210004000.5自动12铣曲面T00126R215009000.5自动13铣端面T0013259007000.5第三章 数控加工仿真3.1：新建制造文件 在制造模型中以默认方式装配参照原件。 图3-1 新建对话框 图3-2 装配选项图3-3 缺省装配 图3-4 装配效果图3.2新建工件毛坯上下表面留下余量查参考文献1p43 ，上下端面2.0的余量制造模型-新建工件-加材料-草汇截面-拉伸生成毛坯如图3-5和图3-6 图3-5创建工件 图3-6草汇截面 图3-7拉伸参数 图3-8拉伸效果 3.3：设置车床参数 点击制造设置如图3-9，然后弹出设置对话框如图3-10，选择铣床如图3-11。设置加工零点如图3-13。再设置退刀平面为z轴上面30mm如图3-12. 图3-9制造设置 图3-10 制造设置对话框 图3-11 选择铣床 图3-12 退刀平面图3-13 加工零点选择3.4粗加工基本外轮廓（1）新建NC序列-体积块如图3-14。再设置体积块的参数如图3-15。图3-14 体积块序列 图3-15 体积块序列选项（2）为直径10的端铣刀如图3-16，设置加工参数如图3-17图3-16 刀具设置 图3-17 序列参数（3）新建体积块：点击新建体积块，选择旋转生成体积块图318 截面参数 图3-19 旋转生成的体积块（4）屏幕演示结果如图3-20和NC检测结果如图3-21图3-20 屏幕演示结果图3-21 NC检测结果3.5加工一侧端面 由端面粗糙度1.6的要求知道要对该面进行粗铣（留余量1）-半精铣（余量0.5）-精铣（余量0） A粗铣 （1）新建表面铣削序列图3-22 平面铣削参数设置（2）新建一直径为16的刀具如图3-23，加工参数如图3-24 图3-23 刀具设置 图3-24 加工参数（3）选择端面如图3.25 图3.25 选择加工平面（4）完成序列设置，轨迹演示.屏幕演示如图3-27，NC检测如图3-26图3-26NC检测结果图3-27 屏幕演示结果B半精铣设置刀具如图3-28，切削参数如图3-29，屏幕演示结果如图3-30，nc检测结果如图3-31。图3-28 刀具设置 图3-29 工序参数图3-30 屏幕演示结果图3-31 NC加工结果C精铣设置刀具如图3-32，切削参数如图3-33，屏幕演示结果如图3-34，nc检测结果如图3-35。 图3-32 刀具设置 图3-33序列参数图3-34屏幕演示结果图3-35 NC检测结果3.6加工一侧凹槽（1）新建序列凹槽加工如图3-36，完成序列选项如图3-37 图3-36 腔槽序列设置 图3-37 序列选项（2）设置刀具如图3-38和参数如图3-39图3-38 刀具设置 图3-39 序列参数（3）演示结果屏幕演示结果如图3-40，NC检测结果如图3-41图3-40屏幕演示结果图3-41 NC检测结果3.7加工R6的曲面（1） 新建序列曲面铣削如图3-42，选择刀具，参数，定义切割如图3-43，设置好刀具图3-44和序列参数如图3-45，最后得到NC结果如图3-46.屏幕演示结果如图3-47 图3-42 新建序列 图3-43 序列选项 图3-44 刀具设置 图3-45 序列参数 图3-46 nc模拟结果 图3-47 屏幕演示结果3.8孔的加工 易知这个孔需三步加工，钻，扩，铰（1）钻孔15 新建序列如图3-48，序列参数如图3-49，刀具设置如图3-50，NC检测结果如图3-51 图3-48 新建序列 图3-49 序列参数 图3-49 刀具设置 图3-50NC检测结果（2）扩孔28，刀具设置如图3-51，序列参数如图3-52，孔选取对话框如图3-53，NC检测结果如图3-54 图3-51 刀具设置 图3-52 序列参数 图3-53 孔选取对话框 图3-54 NC检测结果（3）饺孔 新建较孔序列如图3-55，刀具设置如图3-56，工序参数如图3-57，NC结果如图3-58 图3-55 新建较孔序列 图3-56 刀具设置 图3-57 工序参数 图3-58 NC检测结果3.9加工另一侧的轮廓（1）新建一体积块加工序列以体积块方式除掉材料 图3-59 刀具设置 图3-60 序列参数图3-61 屏幕演示结果图3-62 NC检测结果3.10凹槽加工参数设置同步骤3.6图2-63 NC检测结果3.11 R4的曲面加工和另一个端面的加工。参数设置同步骤3.7和步骤3.5，最后结果如图3-64图3-64 NC加工结果第4章 CL数据的输出和NC代码的生成单击菜单管理器中的【制造】|【输出】|【NC序列】选项，在“NC序列列表”菜单下选择容器铣削序列,在【轨迹】菜单下选择【文件】选项，在【输出类型】菜单下选择下选中“MCD文件”和“计算CL”选项，单击“完成”选项，弹出“保存副本”对话框。输入CL文件的名称为seq0004，单击“确定”按钮，弹出“后置期处理选项”，完成后，单击“完成”，弹出“后处理列表”菜单，经过刀具计算生成刀位文件，将其转换为NC代码文件，此过程成为后处理。单击“关闭”窗口，在单击【Done Output】|【完成/返回】选项。图4-1输出文件设置 图4-2 序列选择 图4-3 完成输出打开工作目录，选择seq0004.Tap文件，用记事本打开，便可看到生成的NC代码文件，部分代码如下所示G代码33%G71O0004(E:ncjiagongseq0004.ncl.1)(07/08/10-12:14:22)N0010T4M06S700M03G00X-25.859Y-20.5G43Z30.H04Z2.G01Z-.3F900.X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.G00Y-20.5Z1.7G01Z-.6X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.G00Y-20.5Z1.4G01Z-.9X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.G00Y-20.5Z1.1G01Z-1.2X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.G00Y-20.5Z.8G01Z-1.5X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.G00Y-20.5Z.5G01Z-1.8X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.G00Y-20.5Z.2G01Z-2.X25.859X32.284Y-6.833X-32.284Y6.833X32.284X25.859Y20.5X-25.859Z30.M30%第五章设计总结 这次课程设计历时二个星期多左右，通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。短短两个星期的课程设计，仔细回想起来。自己学到了许多东西。首先是这次课程设计让我进一步掌握了Pro/e这个功能强大的绘图软件，了解零件的基本设计方法和设计过程，掌握到这个CAD/CAM的基本知识，培养了我数控编程和数控加工的能力。另外，通过工程图的绘制再次巩固了Auto CAD的基本功能。想想一开始什么都不知道到自己查资料慢慢实践终于建出模型和加工模拟出来的喜悦就感慨颇多。通过这次课程设计，我深深地知道了团队之间相互协作、相互帮助的重要性。虽然每个人的题目都不同，但加工理念是才差不多的，大家一起研究探讨出一个较合理的方案。课程设计是一项综合性的任务，过程中会遇到很多问题，我们在一起互相探讨，不懂的问题及时查资料或问老师，争取把作业做得最好。课程设计还让我懂得了机械加工工艺过程和机械加工中应该注意的一些基本问题。比如说刀具的选择，用什么材料余量怎样进行加工等等。让我知道哪了机械这门课程的魅力和严谨的素养。总之我发现我所掌握的还远远不够，还需要学习和实践。我会慢慢的充实自己的。第六章参考书目【1】杜可可，机械制造技术基础课程设计指导.北京：人民邮电出版社， 2007.12 【2】肖乾，Pro/Engineer Wildfire 3.0中文版实用教程.北京：中国电力出 版设，2008【3】狄瑞坤等，机械制造工程.杭州：浙江大学出版社，2001.1【4】詹友刚，Pro/Engineer 中文野火版2.0数控加工教程.北京：机械 工业出版社，2007.7【5】杨继宏，数控加工工艺手册. 北京：化学工业出版社，2008.1