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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： 20132014學(xué)年第一學(xué)期 教 師： 時(shí) 間： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 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
2、定，轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)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)品類型多樣，涵蓋重輕工業(yè)，航空，車輛等等?？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)古書川鹽紀(jì)要記載，我國(guó)早在2200多年前的秦代就開始利用鉆探技術(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)，它包括一個(gè)手動(dòng)
3、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
4、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，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
5、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)床類型”|“車床”|“默認(rèn)”命令。3.3、設(shè)置工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車右端面 在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“車端面”命令，進(jìn)行刀具參數(shù)設(shè)置，如
6、圖3-3，圖3-4所示，完成生成車端面的刀具路徑如圖3-5所示。圖3-3 車端面刀具路徑參數(shù)圖3-4 車端面參數(shù)圖3-5 車端面刀具路徑3.5、粗車右半邊工件在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“粗車”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)，完成生成粗車的刀具路徑如圖3-6所示：圖3-6 粗車刀具路徑3.6、精車右半邊工件在菜單欄中選擇“刀具路徑”|“精車”命令，設(shè)置刀具等參數(shù)，完成生成精車的刀具路徑如圖3-7所示：圖3-7 精車刀具路徑3.7、左半邊工件的車端面、粗車、精車加工與右端加工進(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)床類型”|“銑床”|“默認(rèn)”命令
7、，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0000G21 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1G18 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/minG96 S275 G96恒線速控制，設(shè)定切削
8、速度(線速度)為275G99 G1 X-1.6 F.2 G99每轉(zhuǎn)進(jìn)給量0.2mm/r，工進(jìn)到點(diǎn)X-1.6G0 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 號(hào)45鋼毛 坯 種 類棒料毛坯外形尺寸30150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 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車粗車左端面鉆中心孔，粗車各圓柱面留精車余量 CA6140三爪卡盤4車端面粗、
9、精車右端面 CA6140三爪卡盤5車工件換邊夾住，粗車各圓柱面 倒角CA6140三爪卡盤6車精車左端各圓柱面到要求CA6140三爪卡盤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 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2013-12-202013-12-21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)車間工序號(hào)工序名材料牌145鋼毛坯種類毛胚外形尺寸每毛坯可制作件數(shù)每臺(tái)
10、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車右端面三爪卡盤8000.512粗車右邊各圓柱面三爪卡盤8000.23精車右邊各圓柱面三爪卡盤10000.10.24車左端面三爪卡盤8000.515粗車左邊各圓柱面三爪卡盤8000.26精車左邊各圓柱面三爪卡盤10000.10.27銑鍵槽機(jī)械式平口鉗8000.52底圖號(hào)裝訂號(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
11、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2013-12-202013-12-214、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”，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，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.
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