《CADCAM课程设计》滑座零件的CADCAM设计

CAD/CAM课程设计说明书CAD/CAM课 程 设 计 说 明书 设 计 题 目：滑座零件的CAD/CAM设计 课 程 名 称： 机械CAD/CAM 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 09机制三班 姓 名： 学 号： 班 号： 25 指 导 教 师： 2012 年 06 月 28 日 3809机制三班 吴龙飞 CAD/CAM课程设计说明书CADCAM课程设计任务书一、设计题目 ：滑座零件的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、着色渲染、生成不同视图，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（A4纸，1万字左右）。3、 正文：宋体五号，单倍行距； 4、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。5、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）6、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 5.0，并进行零件的三维造型（4天）3 进行零件的数控加工。 （3天）4 编写课程设计说明书。 （1天）5 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 5.0的基础教程、PRO/ENGINEER Wildfire 5.0的零件设计教程、PRO/ENGINEER Wildfire 5.0的数控加工教程、数控加工工艺教程等等。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。 评阅意见： 教师签名: 日期: 目录CADCAM课程设计任务书1第一章 绪论4第二章 滑座零件的设计思路61.1零件工程分析61.2设计思路图6第三章 滑座零件的实体建模72.1 Pro/ENGEER5.0启动及工作目录设定72.2 拉伸凹槽82.3 创建六个沉头孔 82.4 创建八个螺纹孔 92.5创建内部油孔92.6 创建两个锥销孔102.7 最终零件模型10第四章 绘制滑座工程图113.1 创建滑座各视图113.2尺寸公差标注123.3插入技术要求133.4滑座零件图13第五章 制定滑座数控加工工艺144.1滑座数控加工工艺分析144.2 创建毛胚194.3滑座数控加工214.4 VERICUT 数控加工仿真31第六章 NC加工后置处理335.1生成刀路轨迹文件335.2输出NC代码34课设心得35附录一 粗铣上表面NC代码36附录二 精铣内侧面NC代码37参考文献38 第一章 绪论1、CAD/CAM的基本概念 CAD/CAM是自50年代以来，随着电子计算机的发展而产生、发展起来的一门综合性的计算机应用技术，它是指应用计算机及其外围设备，协助工程技术人员完成产品的设计和制造。由于计算机的硬件结构截至目前为止，仍然是冯.诺依曼的结构，即集中的、顺序的控制，因此，决定了计算机的工作是一种系统化、格式化的工作。CAD/CAM也不例外，其前提是设计、制造过程的程式化、规律化，否则，计算机将无能为力、不能胜任。要想将设计、制造过程程式化，就必须研究其中的规律及人脑的思维活动。2、设计制造过程特点 根据设计方法学的观点，设计过程可以划分为若干的设计阶段，各设计阶段又可划分为若干设计步骤。这些阶段和步骤的划分意味设设计从抽象到具体；从定性到定量；从全局到局部；从系统上的上层结构到下层结构。任何产品设计、制造无往往是从市场需求分析开始的，根据需求确定产品的性能，建立产品的总体设计方案，进行综合分析论证；在此基础上，设计具体结构，包括结构方案的优化、评估，几何参数、力学特性的分析计算；最后得到产品设计结果。 数控加工 （numerical control machining ）是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。（1）数控加工的特点：同常规加工相比，数控加工具有如下特点。a. 自动化程度高 在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都由机床自动完成。在柔性制造系统上，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，这样减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。b. 加工精度高，加工质量稳定 数控加工的尺寸精度通常在0.005mm0.1mm之间，目前最高的尺寸精度可达0.0015mm，不受零件形状复杂程度的影响，加工中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件尺寸的一致性，使产品质量保持稳定。c. 对加工对象的适应性强 数控机床上实现自动加工的控制信息是加工程序。当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的加工程序，便可自动加工出新的零件，不必对机床作任何复杂的调整，这样缩短了生产准备周期，给新产品的研制开发以及产品的改进、改型提供了捷径。d. 生产效率高 数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。目前，数控车床的主轴转速已达到5000r/min7000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度达到100m/s 200m/s，加工中心的主轴转速已达到20000r/min 50000r/min，各轴的快速移动速度达到18m/min 70m/min。e. 易于建立计算机通信网络 由于数控机床是使用数字信息，易于与计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统联接，形成计算机辅助设计和制造与数控机床紧密结合的一体化系统。（2）编程的目的及方法 编制数控加工程序时，要把加工零件的工艺过程、运动轨迹、工艺参数和辅助操作等信息按一定的文字和格式记录在程序载体上，通过输入装置，将控制信息输入到数控系统中，使数控机床进行自动加工。从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程，称为零件加工程序的编制，以后也简称为编程。数控加工的编程方法主要有手工编程和自动编程两类，在此仅介绍自动编程。自动编程时，程序员根据零件图样和工艺要求，使用有关CAD/CAM软件，如Mastercam、Cimatron、Pro/ENGINEER、UG、CATIA、PowerMILL、I-DEAS、SolidWorks、CAXA等，先利用CAD功能模块进行造型，然后再利用CAM模块产生刀具路径，进而再用后置处理程序产生NC代码（与手工编程一样的数控程序），就可以通过DNC传输软件，传给数控机床，实现边传边加工。由此可见，自动编程与手工编程比较，具有编程时间短、减少编程人员劳动强度、出错机会少、编程效率高。第二章 滑座零件的设计思路1.1零件工程分析 我要进行的是滑座零件的CAD/CAM设计，在拿到图纸之后，首先进行了图纸分析：材料是45号钢，整体是一个规则的凹槽，上面钻孔很多，孔的精度要求不高，但凹槽的表面粗糙度要求很高，所以建模并不复杂，难得是数控加工。 通过对二维图纸的分析与研究，制订了以下的设计路线：1）、特征建模（包括三维图形的所有特征要求，例如：拉伸实体，打通孔，钻标准孔，等等）； 2）、绘制工程图（包括主视图、剖视图、详细视图以及尺寸标注等）3）、数控加工（包括毛坯的创建，机床的选择，NC序列的设置，刀具、参数的选择，NC检测）；4）、后续处理（包括刀路轨迹文件的生成，NC代码的输出）1.2设计思路图 根据任务书的时间分配，对设计任务进行划分，完成整个设计过程。 设计阶段明示如下： 图1.1 设计阶段示意图第三章 滑座零件的实体建模2.1 Pro/ENGEER5.0启动及工作目录设定 Pro/ENGEER5.0启动后设定工作目录如下图：图2.1 设定工作目录 把工作目录设定在滑座零件CADCAM课程设计文件夹下。 新建零件如下图所示：图2.2 新建零件2.2 拉伸凹槽 采用对称拉伸的方法来创建滑座整体轮廓，拉伸长度为281mm。 草绘截面如下： 图2.3 草绘截面2.3 创建六个沉头孔 采用两次拉伸或旋转剪切材料的方法得到一个沉头孔，然后采用复制、选择性粘贴、镜像的方式得到其他五个沉头孔。如下图： 图2.4 创建沉头孔2.4 创建八个螺纹孔 零件图上标明为8x10（配作），用标准孔创建，公称直径10mm，定义螺距为1mm，螺纹长度18mm，总长22mm，定义如下图： 图2.5 创建螺纹孔2.5创建内部油孔 油孔直径为4mm，创建过程中要特别注意油孔拉伸的长度，一定要符合图纸的要求。 图2.6 创建油孔2.6 创建两个锥销孔 采用旋转或混合的方法来创建，查得斜度为1：50，深12.5mm。图2.7 创建锥销孔 2.7 最终零件模型 图2.8 最终零件模型第四章 绘制滑座工程图3.1 创建滑座各视图 步骤一 ：进入工程图和模板的选择 进入工程图的创建：新建选择绘图，并且名称中输入：“gongchengtu”，公用名称中输入：“滑座”。不使用缺省模板，如下图：图3.1 新建工程图 步骤二 ：创建标题栏 在绘图模块下选择 “表”来创建标题栏，5行6列，再合并，得到如下图所示简易（非标准）标题栏：图3.2 创建标题栏步骤三：插入视图： 先插入一般视图，选择正确的方向，设置视图属性，比例0.25，显示样式-消隐，相切边显示样式-无，如下图：图3.3 插入视图 然后依次插入各个视图，设置好属性，合理布局。3.2尺寸公差标注 依照零件图对滑座工程图进行合理必要的尺寸标注，并标出粗糙度和形位公差。滑座内侧面对内底面的垂直度标注如下图： 图3.4垂直度标注3.3插入技术要求 在注释选项下，选择文本注解，插入零件技术要求如下图： 图3.5 插入技术要求3.4滑座零件图 图3.6 滑座零件图 第五章 制定滑座数控加工工艺4.1滑座数控加工工艺分析（一） 数控工艺的基本过程数控工艺的基本过程及工艺描述如下图所示：图4.1 数控工艺流程图（二）零件图工艺分析 如附图所示，零件材料为45号钢，外形为凹型槽，采用锻造毛胚，该零件外型尺寸总长281mm，总宽130mm，打孔很多，内表面精度要求很高。（上表面和下底面Ra1.6，内表面Ra0.8）为了便于说明加工工艺，现定义滑座的加工表面如下图：图4.2 定义滑座加工面 加工内容：加工上表面，下底面，内侧面，内底面，内槽面，沉头孔，螺纹孔，油孔、锥销孔。粗糙度、尺寸精度要求：1） 上表面，下底面，Ra1.6 2）内侧面，内底面，Ra0.8 3）沉头孔，Ra6.3 4）其余Ra12.5 5）内底面到下底面 6）两内侧面间距形位公差要求： 1）下底面相对上表面平行度0.03 2）左内侧面相对内底面垂直度0.02 3）右内侧面相对左内侧面平行度0.025 4）两内侧面平面度0.015 （三）数控机床的选择 零件加工的机床选择XK5034型数控立式升降台铣床，主轴电机容量4.0kW;主轴变频调速变速范围1004000r/min;工作台面积1120mm250mm;工作台纵向行程760mm;主轴套筒行程120mm;升降台垂向行程400mm；定位移动速度2.5m/min;铣削进给速度范围00.50m/mm;脉冲当量0.001mm; 工作台允许最大承载256kg。选用的机床能够满足本零件的加工。（四）加工顺序的确定 按照基准先行、先面后孔、先粗后精的原则确定加工顺序。（1）在主要表面精加工前，应安排定位基准的精加工或修正加工，所以上表面粗加工后转入下底面的粗、精加工，然后再来进行上表面的精加工。（2）根据先面后孔原则，所有需打孔的面均应在打孔工序前进行。（3） 按数控加工应尽量集中工序加工的原则，可把两内侧面、内底面、内槽面尽可能在一次装夹中加工；把 沉孔、 螺纹孔、油孔、 在二次装夹中加工完成。（4） 上表面和下底面有相同的粗糙度要求，故可以采用相同的工序进行加工。 （五） 整体加工过程安排如下： 1.锻造毛胚 2.预备热处理 3.切削加工 4.表面淬火 5.磨削 6.锐边倒钝，去毛刺 7.外表喷黑漆 （六）切削用量参数选择：（部分）1.粗铣上表面 工件材料:45号钢。 刀具: 查阅切削用量手册选30硬质合金立铣刀。（加工余量2mm） 1）切削深度（步长深度）ap=2mm,1次走刀铣削完成。 2）查阅机械加工切削数据手册,进给量f取2mm/r 3）查阅机械加工铣削数据手册，Vc取60m/min 4）主轴转速,按机床选取n=650r/min， 5）计算切削进给=f x n=2x650=1300mm/min 2. 粗铣下底面 加工参数同工序1. 3. 精铣下底面 刀具: 查阅切削用量手册选18硬质合金立铣刀。（加工余量1mm） 1）切削深度ap=0.5mm,2次走刀铣削完成。 2）查阅机械加工切削数据手册,进给量f取0.4mm/r 3）查阅机械加工切削数据手册Vc取80m/min 4）主轴转速 ，按机床选取 n= 1420r/min 5） 计算切削进给=f x n=0.4x1420=568mm/min 4. 精铣上表面 加工参数同工序3. 5.粗铣两内侧面 1)刀具: 查阅切削用量手册选16硬质合金立铣刀 。 2)切削深度ap=2,1次走刀铣削完成。 3)查阅机械加工切削数据手册, 进给量f取1.2mm/r 4)查阅机械加工切削数据手册取Vc为72m/min 5)主轴转速 ， 按机床选取n= 1420 r/min， 6)计算切削进给=f x n=1.2x1420=1718mm/min 6. 精铣两内侧面 1)刀具: 查阅切削用量手册选10硬质合金YT15立铣刀,齿数Z=8，表3.1。 2)切削深度ap=0.5mm,2次走刀铣削完成。 3)查阅机械加工切削数据手册, 进给量f取0.8mm/r 4)查阅机械加工切削数据手册表10-130中的查得： c=86m/min 5）主轴转速 ， 按机床选取n= 2800 r/min， 6）计算切削进给=f x n=0.8x2800=2240mm/min . . . 10. 打沉头孔 1）刀具: 查阅切削用量手册选直径11.5 深85 沉头孔18深11 2）进给量f=0.42mm/r ,切削速率,Vc取0.4m/s=24m/min 3）主轴速率 按机床选取n= 680 r/min， 进给速率=f x n=285.6mm/min 11. 钻螺纹孔 1）先钻直径8.5 后攻丝10 (小径8.917) 2）进给量f=0.36mm/r主轴速率n=1000v/(xd）=1000x21.6/(3.14x8.5 ） =809r/min， 3）按机床选取n= 800 r/min，进给速率=f x n=288mm/min 12. 打油孔,点钻 直径4mm 13. 打导油孔,直径10mm14. 钻锥销孔,成型刀直径8mm 表4.1 滑座切削加工工艺流程表工序号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/min)进给速率/(mm/min)步长深度（切削深度）/mm1粗铣上表面T000130650130022粗铣下底面T000130650130023精铣下底面T00021814205680.54精铣上表面T00021814205680.55粗铣两内侧面T0004161420171826精铣两内侧面T000510280022400.57粗铣内底面T0003161420171828精铣内底面T000610280022400.59铣内槽面T0007209001440210打沉头孔T000811.5680285.6-11钻螺纹孔T000910600960-12打油孔T0010414202400-13打导油孔T001210450720-14钻锥销孔T00138420680-4.2 创建毛胚滑座设计图纸上有粗糙度要求的地方需要增加加工余量，其他孔、内槽去除，可以在源零件的基础上进行修改得到毛胚，具体步骤如下图： 图4.3 创建工件图4.4 修改尺寸图4.5 最终工件三维图 创建完成后，保存到滑座CAD/CAM课程设计文件夹中备用。4.3滑座数控加工步骤一：新建NC组件点击菜单目录中的文件的下拉菜单新建,选择制造NC组件，不选用缺省模板，单击确定进入新建文件选项对话框，选择mmns-mfg-nc，确定完成，如下图： 图4.6 新建NC组件步骤二：插入参照模型并装配已创建好的工件1、选择快捷菜单中的.装配参照模型.进入对话框，插入实体模型，设置为缺省。图4.7 插入参照模型2、导入前面已创建的毛胚，设置为缺省。图4.8 装配工件步骤三：设置机床选择步骤操作，进入操作设置对话框：单击设置机床；创建新坐标系，选择为机床零点，设置好退刀曲面，如下图所示：图4.9 设置机床和坐标系步骤四： 加工工序参数设置（部分）1.粗铣上表面：单击快捷菜单中的.端面加工. ，进入对话框，选择刀具、参数、窗口，单击完成进入刀具设定对话框，新建刀具，确定进入编排序列参数“端面铣削”对话框，设置刀具参数：图4.10 选择粗铣上表面刀具依照前面的工艺分析，设置好切屑用量，保留后续精加工余量，确定扫描类型，如下图： 图4.11 设置粗铣上表面铣削参数然后进行加工几何的设置，选择上表面，如下图：图4.12 选取铣削表面2.粗铣下底面： 由于下底面的加工方向与前面的上表面不一样，所以需要重新定义坐标系和退刀曲面，其他参数跟上一工序类似。图4.13 重新定义坐标系和退刀曲面3：精铣下底面：与粗加工相比，精加工的切削深度要小，切削速度要快，进给量要小，故需进行不同的参数设置，以达到所需的粗糙度要求。关键步骤和设置如下： 1）插入精加工步骤图4.14 插入精加工步骤 2）选择刀具图4.15 选择精铣下底面刀具 3）设置铣削参数图4.16 设置精铣下底面参数 4）创建铣削窗口图4.17 创建铣削窗口4. 粗铣两内槽面： 1）插入轮廓铣削步骤 图4.18 插入轮廓铣削 2）选择刀具图4.19 选择轮廓铣削刀具 3）设置铣削参数图4.20 设置轮廓铣削参数5.精铣两内侧面 1）插入精加工步骤 2）选择刀具图4.21 选择精铣两内侧面刀具 3）设置铣削参数 图4.22 设置精铣两内侧面参数6. 打沉头孔 1）插入钻孔加工步骤图4.23 插入钻孔加工步骤 2）选择刀具图4.24 选择钻孔刀具 3）设置钻孔参数图4.25 设置钻孔参数 4）选择需要加工的孔集图4.26 选择加工孔集7. 钻螺纹孔 先钻孔，再攻丝。 1） 钻孔步骤如下：图4.27 选择钻螺纹孔刀具图4.28 设置钻螺纹孔参数图4.29 选择螺纹孔集 2）攻丝： 选择攻丝刀具如下图： 图4.30 选择攻丝刀具 4.4 VERICUT 数控加工仿真 当全部工序参数设置完成后，打开制作工艺表如下图所示：图4.31 制造工艺表 然后用VERICUT 软件进行滑座的数控加工仿真，选中所有工序，右键选择“NC检查”，打开VERICUT如下图：图4.32 应用VERICUT数控加工仿真 模拟加工过程视频 click here 最终全部切削完后，效果如下图：图4.33 加工完成效果图第六章 NC加工后置处理5.1生成刀路轨迹文件 对每一个工序进行如下图的操作，就可以生成全部的刀路轨迹文件：图5.1 选择NC序列进行编辑 按上图选中一个工序后，弹出下面的信息窗口：图5.2 信息窗口5.2输出NC代码 要得到数控机床所需的加工文件，还必须采用相应的后处理器对刀路轨迹文件进行转换，如下图：图5.3 进行后处理设置 接上图步骤，选择已生成的刀路轨迹文件，后缀名为： .ncl ,再按下列步骤操作： 图5.4 选择合适的后置处理器 最后在工作目录中就能找到相应NC代码文件（后缀名为 .tap），然后用记事本打开，如下图：图5.5 打开NC代码文件课设心得 这次CAD/CAM课程设计的任务是利用大型三维设计软件PRO/E进行实体建模和数控加工。我承接的是一个滑座零件，外形不复杂，但精度要求很高，钻孔很多，所以重点是零件的数控加工。这次课设让我对PRO/E大型三维造型软件有了进一步的认识，PRO/E是一个博大精深的软件，它涵盖多个模块。我觉的PRO/E作为三维造型软件，它的参数化设计是一个亮点，此特点给从事设计人员一个广阔的自由设计空间。给我感触最深的就是ro/E的参数化设计过程，要进行数控加工仿真就必须有相应的参数包括刀具尺寸、主轴转速、进给速度、步长深度、跨度等。这些涉及机械加工工艺的问题，都需要查取相关资料得到，不能随意设置。 就我个人而言，我觉得通过这次课程设计对自己以前所学专业知识做了一个复习,同时为将来工作和毕业设计进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的工作和生活奠定一个良好的基础。在此设计过程中，我遇到了许多困难和问题， 在此衷心的感谢任继文老师的细心指导，同时也感谢肖乾老师的指正和各位同学的帮助。附录一 粗铣上表面NC代码%G71O0010(C:Users吴龙飞Desktop重新nnuu.ncl.1)(06/28/12-12:16:44)N0010T1M06S650M03G00X-15.Y0.G43Z10.H01Z2.G01Z-1.5F1300.X296. . . . Y92.857X-15.Y111.429X296.Y130.X-15.Z10.M30%附录二 精铣内侧面NC代码%G71O0020(C:Users吴龙飞Desktop重新mmnn.ncl.1)(06/28/12-12:17:39)N0010T5M06S2800M03G00X-3.Y100.G43Z-83.H05Z-80.G01Z-76.F2240. . . . . . . . Z-83.G00Y30.Z-28.G01Z-24.X-3.Y100.Z-23.41X281.Z-83.G00Y30.Z-27.G01Z-23.41X-3.Z-83.M30%参考文献1赵长明主编数控加工中心加工工艺与技巧.北京：化学工业出版社，2 狄瑞坤、潘晓弘主编.机械制造工程.浙江：浙江大学出版社，20013 张明建 、杨世成主编 机械加工工艺手册.北京. 机械工业出版社，20034美国可切削性数据中心编机械加工切削数据手册.北京：机械工业出版社，19895姚英学蔡颖主编计算机辅助设计与制造.北京：高等教育出版社，20026艾兴、肖诗纲编.切削用量手册.北京：机械工业出版社，19667 王立涛,韩兴编.基于vericut软件数控加工仿真方法的应用与分析J.2011