齒輪零件的CAD∕CAM設計機械CAD∕CAM課程設計

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1、CAD/CAM課程設計說明書 目錄 1 課程設計任務書...............................................2 2 第一章建模分析...............................................4 3 第二章數(shù)控加工..............................................14 4 第三章數(shù)控加工仿真.........................................17 5 第四章CL數(shù)據的輸出和NC代碼的生成......... 30 6 第五章設計總結.

2、................................................. ..32 7 第六章參考書目.....................................................32 《機械CAD/CAM》任務書 一、設計題目： 齒輪 零件的CAD/CAM設計 二、設計目的 CAD/CAM課程設計是開設《機械CAD/CAM》課程之后進行的一個實踐性教學環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)學習CAD/CAM技術的基本原理、基本方法的基礎上，著重

3、培養(yǎng)學生借助計算機進行機械產品的設計、制造和系統(tǒng)集成的綜合應用能力。其目的： 1. 掌握產品的計算機輔助設計過程和方法，培養(yǎng)利用計算機進行結構設計的能力。 2. 掌握零件的計算機輔助制造過程和方法，培養(yǎng)數(shù)控編程及加工仿真的能力。 3. 通過應用PRO/ENGINEER，訓練和提高CAD/CAM的基礎技能。 三、設計任務 本課程設計以某一具體的機械零件為設計對象（零件圖見附圖）。主要設計任務： 1、熟悉并掌握大型機械CAD/CAM軟件PRO/ENGINEER的草繪模塊、零件模塊、制造模塊及仿真模塊的功能及建模原理。 2、進行零件的參數(shù)化功能定義、三維實體零件的特征造型，最終完成零件

4、的造型設計。 3、進行機床選擇、刀具選擇及加工參數(shù)設置，生成零件數(shù)控加工的相關文件。如刀位數(shù)據文件、刀具清單和數(shù)控加工代碼等。并對零件進行加工仿真以檢查設計結果是否正確合理。 4、編寫課程設計說明書。 四、設計要求 1、要求設計過程在計算機上完成。 2、設計說明書用計算機打?。˙5紙，1萬字左右）。 正文：宋體五號，單倍行距； 頁眉：宋體小五號，內容包括班級，姓名，“CAD/CAM課程設計說明書”字樣；頁腳：右下腳頁碼。 3、設計結果應包括：課程設計說明書（應包含設計任務書、設計思路、設計步驟、設計過程的說明和階段結果。附零件三維圖、加工代碼、零件原圖紙等內容） 4、嚴禁抄襲

5、和請人代做，一經發(fā)現(xiàn)，成績計為零分并上報教務處。 五、設計內容及時間分配 1． 準備工作：布置設計任務，認真閱讀設計任務書，收集資料（1天） 2． 熟悉PRO/ENGINEER Wildfire 3.0，并進行零件的三維造型。 3． 進行零件的數(shù)控加工。 （4天） 4． 進行零件的數(shù)控加工。 （3天） 5． 編寫課程設計說明書。 （1天） 6． 設計結果提交及答辯。

6、 （1天） 六、參考資料 有關PRO/ENGINEER軟件的參考書及數(shù)控加工工藝的參考書。如PRO/ENGNEER Wildfire 3.0的基礎訓練教程、PRO/ENGINEER Wildfire 3.0的零件設計教程、PRO/ENGINEER Wildfire 3.0的數(shù)控加工教程等等。 七、成績評定 采用優(yōu)、良、中、及格、不及格五級評分制。主要考察：課程設計的科學性和條理性：設計過程的態(tài)度和出勤率；軟件的熟悉程度；設計結果的正確合理性；答辯情況。 學生簽名:

7、 日期: 評閱意見： _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _________________

8、______________________________________ 教師簽名： 日期： 第一章 建模分析 在菜單欄選取【文件】下拉菜單，選取【新建】選項，系統(tǒng)將彈出如圖1-1所示的【新增】對話框，選中其中的【零件】單選按鈕，在【名字】編輯框中輸入“zwp”。單擊對話框下部的按鈕，進入三維實體建模 圖1-1 【新增】對

9、話框 圖1-2 【文件選項】對話框 1.1設定齒輪各項參數(shù)． 進入菜單欄中――工具――參數(shù)，然后添加并設定下列參數(shù)(可隨意命名,只要自己知道各項參數(shù)名所代表含義)．如圖1-3 M=2 (代表模數(shù)) Ｚ=42 (代表齒數(shù)) alpha=20 (代表壓力角)Beta=30.67 （右） (代表齒輪螺旋角) Ｂ=15.5（代表齒輪寬度）Ｈax＝１（代表齒頂系數(shù)） hfx=0.25（代表齒根系數(shù)） 圖1-3 齒輪參數(shù)表 1.2 繪制四個圓 草繪曲線,分別繪制四個圓，分別代表齒頂圓，分度圓，

10、齒根圓，基圓，并添加關系式控制（front面上） 齒頂圓直徑 da =100.03 基圓89.93969 齒根圓91.04 分度圓97.66085 圖1-4 繪制的四個圓 1.3繪制漸開線． 點選繪制＂曲線＂的圖標，然后選＂從方程＂，再選笛卡爾坐標系，然后再選第三步建立的坐標系．然后定義方程： db=89.93969 ang=90*t r=db/2 s=PI*r*t/2 xc=r*cos(ang) yc=r*sin(ang) x=xc+s*sin(ang) y=yc-s*cos(ang)

11、 z=0 圖1-5 漸開線方程 圖1-6方程對話框 （1）依次在主菜單上單擊 “插入”→ “模型基準”→ “曲線”，或者在工具欄上單擊按鈕，系統(tǒng)彈出“曲線選項”菜單管理器，如圖1-7 （2）在“曲線選項”菜單管理器上依次單擊 “從方程”→ “完成”，彈出“得到坐標系”菜單管理器，如圖1-8 圖1-7曲線選項”菜單 圖1-8坐標系設置 （3） 在繪圖區(qū)單擊選取系統(tǒng)坐標系為曲線的坐標系，彈出“設置坐標類型”菜單管理器， （4）在“設置坐標類型”菜單管理器中單擊 “笛卡爾”，系統(tǒng)彈出一個記事本窗口； （5）在

12、彈出的記事本窗口中輸入曲線的方程，如下： db=89.93969 ang=90*t r=db/2 s=PI*r*t/2 xc=r*cos(ang) yc=r*sin(ang) x=xc+s*sin(ang) y=yc-s*cos(ang) z=0 （6）保存數(shù)據，退出記事本，完成后的曲線如圖所示； 圖1-9 漸開線圖 1.4鏡像漸開線 4.1創(chuàng)建基準軸基準點基準面如圖 單擊基準平面工具，按住Ctrl連續(xù)選擇DTM1和軸線A-1，然后輸入旋轉角度（360/（4*42）=2.143，單擊確定完成DTM2的創(chuàng)建

13、圖1-10基準點基準面基準軸 圖1-11 鏡像圖 以DTM2為對稱平面鏡像漸開線 如圖1-11 1.5 創(chuàng)建齒根圓。 圖1-12 齒根圓 圖1-13 第一個齒輪廓 1.6 創(chuàng)建第一個齒 復制旋轉（2*arcsin（b*tg（beta）/d））10.8018截面，在創(chuàng)建分度圓面 畫投影線。掃描混合生成第一個齒如圖1-15 圖1-14 旋轉的截面 圖1-15掃描混合第一個齒 1.7陣列生成其他齒 點擊陣列按

14、鈕，然后選擇混合生成的第一個齒如圖1-15，選擇中心軸為陣列中心，數(shù)量為42個，角度間隔為360/42=8.87具體參數(shù)如圖1-16， 然后生成的齒輪如圖1-18 圖1-16 陣列設置選項 圖1-17 陣列效果 圖1-18陣列生成的其他齒 1.8拉伸一側的Φ42H2的圓柱 點擊拉伸按鈕，在齒輪截面上草灰拉伸截面如圖1-19，拉伸參數(shù)如圖1-20 拉伸后效果如圖1-21. 圖1-19 草匯截面參數(shù) 圖1-20 拉伸效果 圖1-21 拉伸參數(shù) 1.9拉伸另一側的Φ42H9.5的圓柱

15、 點擊按鈕，選擇齒輪另一個端面為草繪平面草繪截面截面如圖1-22，拉伸參數(shù)如圖1-24，拉伸效果如圖1-23 圖1-22 草繪截面 圖1-23拉伸結果圖 圖1-24 拉伸參數(shù)設置 1.10 拉伸Φ30H27的圓柱 點擊按鈕，選擇Φ42圓柱端面為草繪平面草繪截面截面如圖1-25，拉伸參數(shù)如圖1-26，拉伸效果如圖1-27 圖1-25 草繪截面 圖1-26 拉伸結果圖 圖1-27 拉伸選項設置 1.11 倒R6圓角

16、 點擊倒圓角工具，選擇要倒的邊如圖1-28，設置倒角半徑為6如圖1-29，倒角效果如圖1-30. 圖1-28 倒角邊的選取 圖1-29 倒角參數(shù)設置 圖1-30 倒角結果 1.12倒R4的圓角 點擊倒圓角工具，選擇要倒的邊如圖1-31，設置倒角半徑為4如圖1-32，倒角效果如圖1-33. 圖1-31 倒角邊選取 圖1-32 倒角參數(shù)設置 圖1-33倒角效果 1.13倒角0.5x45 點擊倒角工具，設置好倒角參數(shù)如圖1-3

17、4，選擇要倒角的邊如圖1-35，最后點確定，倒出結果如圖1-36. 圖1-34 倒角參數(shù) 圖1-35 選擇倒角邊 圖1-36 倒角效果（箭頭所指） 1.14挖凹槽 點擊旋轉按鈕，彈出對話框如圖1-37，選擇Right面作為草繪面，草匯截面如圖1-38，參數(shù)設置如圖1-37，點擊，生成效果如圖1-39和圖1-40. 圖1-37 旋轉對話框和參數(shù)設置 圖1-38 草繪截面圖 圖1-39旋轉效果正面 圖1-40旋轉結果反面 第二章數(shù)控加工 2.1 機床選擇 由于為齒輪，而且齒輪厚度最大處為27mm，太薄

18、，不利于車床裝夾，而且加工精度比較高，并且都是表面銑削和孔的制造，加工表面比較多，所以我們選擇數(shù)控銑床，可以減少裝夾次數(shù)?？子勉@孔加工解決。 2.2零件的工藝分析 （1）平面加工：兩個端面的粗糙度要求為Ra=1.6，故為精加工，故為粗銑----半精銑-----精銑 （2）孔的加工：一個的孔，粗糙度要求為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=25 2.3刀具的選擇及材料 表2-1 刀具及其材料表 序號 編號 刀具規(guī)格名稱 數(shù)量 加工表面 備注 1 T0001 Φ10硬

19、質合金立銑刀 1 銑出基本輪廓 2 T0002 Φ16硬質合金立銑刀 1 粗銑端面 3 T0003 Φ20硬質合金立銑刀 1 半精銑端面 4 T0004 Φ25硬質合金立銑刀 1 精銑端面 5 T0005 Φ25R3高速鋼銑刀 1 銑凹槽 6 T0006 Φ4球銑刀 1 銑R4的曲面 7 T0007 Φ15基本鉆頭 1 鉆孔 8 T0008 Φ28基本鉆頭 1 鉆孔 9 T0009 Φ30鉸刀 1 餃孔 10 T0010 Φ10高速鋼端銑刀 1 銑另一側的輪廓

20、 11 T0011 Φ6R2硬質合金立銑刀 1 銑另一側凹槽 12 T0012 Φ6R2外圓角銑刀 1 銑R4曲面 13 T0013 Φ25端銑刀 1 銑端面 2.4制訂工藝路線 根據上述原始資料及加工工藝,分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:毛坯上下端面留余量2mm。 銑削端面時候分三步，粗銑留余量1mm，半精銑留余量0.5，精銑完成加工。而且數(shù)控機床上銑平面時候應采用硬質合金刀片銑刀。粗銑時候刀直徑小一些減少切削扭矩，精銑刀直徑大一些，最好包容待加工表面的整個寬度 （1） 凹槽加工因為沒什么要求，故一次加工完成。高

21、速鋼立銑刀多用于加工凹槽和凸臺。所以用高速鋼立銑刀加工凹槽 （2） 孔加工：加工IT7級的孔，一般孔徑小于12時候采用鉆，粗餃，精鉸。當孔徑為12-60mm時候為鉆，擴，粗餃，精鉸。 （3） 當工件表面粗糙度要求為Ra12.5--25時候，如果加工余量小于5mm 粗銑一次加工就可以完成要求；但在加工余量特別大而且機床剛性不足時候可分多次進給加工。 2.5工序卡 表2-2 工序參數(shù)表 工步號 工 步 內 容 刀具號 刀具規(guī)格mm 主軸轉速r/min 進給速度mm/min 背吃刀量mm 備注 1 銑外輪廓 T0001 Φ10 2500 1800 1

22、 自動 2 粗銑端面 T0002 Φ16 1000 60 0.5 自動 3 半精銑端面 T0003 Φ20 750 1000 0.5 自動 4 精銑端面 T0004 Φ25 700 900 0.3 5 銑凹槽 T0005 Φ25R3 1000 400 0.5 自動 6 銑曲面 T0006 Φ4 1000 1000 自動 7 鉆孔 T0007 Φ15 1200 350 自動 8 鉆孔 T0008 Φ28 1200 350 自動 9 餃孔 T0009 Φ30 120

23、0 350 自動 10 銑輪廓 T0010 Φ10 1500 1000 0.5 自動 11 銑凹槽 T0011 Φ6R2 1000 400 0.5 自動 12 銑曲面 T0012 Φ6R2 1500 900 0.5 自動 13 銑端面 T0013 Φ25 900 700 0.5 第三章 數(shù)控加工仿真 3.1：新建制造文件 在制造模型中以默認方式裝配參照原件。 圖3-1 新建對話框 圖3-2 裝配選項 圖3-3

24、 缺省裝配 圖3-4 裝配效果圖 3.2新建工件 毛坯上下表面留下余量 查參考文獻1p43 ，上下端面2.0的余量 制造模型----新建工件---加材料--草匯截面---拉伸生成毛坯如圖3-5和圖3-6 圖3-5創(chuàng)建工件 圖3-6草匯截面 圖3-7拉伸參數(shù) 圖3-8拉伸效果 3.3：設置車床參數(shù) 點擊制造設置如圖3-9，然后彈出設置對話框如圖3

25、-10，選擇銑床如圖3-11。設置加工零點如圖3-13。再設置退刀平面為z軸上面30mm如圖3-12. 圖3-9制造設置 圖3-10 制造設置對話框 圖3-11 選擇銑床 圖3-12 退刀平面 圖3-13 加工零點選擇 3.4粗加工基本外輪廓 （1）新建NC序列---體積塊如圖3-14。再設置體積塊的參數(shù)如圖3-15。 圖3-14 體積塊序列 圖3-15 體積塊序列選項 （2）為直徑10

26、的端銑刀如圖3-16，設置加工參數(shù)如圖3-17 圖3-16 刀具設置 圖3-17 序列參數(shù) （3）新建體積塊：點擊新建體積塊，選擇旋轉生成體積塊 圖318 截面參數(shù) 圖3-19 旋轉生成的體積塊 （4）屏幕演示結果如圖3-20和NC檢測結果如圖3-21 圖3-20 屏幕演示結果 圖3-21 NC檢測結果 3.5加工一側端面 由端面粗糙度1.6的要求知道要對該面進行粗銑（留余量1）---半精銑（余量0.5）--精銑（余量0） A粗銑

27、 （1）新建表面銑削序列 圖3-22 平面銑削參數(shù)設置 （2）新建一直徑為16的刀具如圖3-23，加工參數(shù)如圖3-24 圖3-23 刀具設置 圖3-24 加工參數(shù) （3）選擇端面如圖3.25 圖3.25 選擇加工平面 （4）完成序列設置，軌跡演示.屏幕演示如圖3-27，NC檢測如圖3-26 圖3-26NC檢測結果 圖3-27 屏幕演示結果 B半精銑設置 刀具如圖3-28，切削參數(shù)如圖3-29，屏幕演示結果如圖3-30，nc檢測結果如圖3-31。

28、 圖3-28 刀具設置 圖3-29 工序參數(shù) 圖3-30 屏幕演示結果 圖3-31 NC加工結果 C精銑設置 刀具如圖3-32，切削參數(shù)如圖3-33，屏幕演示結果如圖3-34，nc檢測結果如圖3-35。 圖3-32 刀具設置 圖3-33序列參數(shù) 圖3-34屏幕演示結果 圖3-35 NC檢測結果 3.6加工一側凹槽 （1）新建序列凹槽加工如圖3-36，完成序列選項如圖3-37 圖3-36 腔槽序列設置

29、 圖3-37 序列選項 （2）設置刀具如圖3-38和參數(shù)如圖3-39 圖3-38 刀具設置 圖3-39 序列參數(shù) （3）演示結果屏幕演示結果如圖3-40，NC檢測結果如圖3-41 圖3-40屏幕演示結果 圖3-41 NC檢測結果 3.7加工R6的曲面 （1） 新建序列曲面銑削如圖3-42，選擇刀具，參數(shù)，定義切割如圖3-43，設置好刀具圖3-44和序列參數(shù)如圖3-45，最后得到NC結果如圖3-46. 屏幕演示結果如圖3-47 圖3-42 新建序列

30、 圖3-43 序列選項 圖3-44 刀具設置 圖3-45 序列參數(shù) 圖3-46 nc模擬結果 圖3-47 屏幕演示結果 3.8孔的加工 易知這個孔需三步加工，鉆，擴，鉸 （1）鉆孔15 新建序列如圖3-48，序列參數(shù)如圖3-49，刀具設置如圖3-50，NC檢測結果如圖3-51 圖3-48 新建序列 圖3-49 序列參數(shù) 圖3-49 刀具設置

31、 圖3-50NC檢測結果 （2）擴孔28，刀具設置如圖3-51，序列參數(shù)如圖3-52，孔選取對話框如圖3-53，NC檢測結果如圖3-54 圖3-51 刀具設置 圖3-52 序列參數(shù) 圖3-53 孔選取對話框 圖3-54 NC檢測結果 （3）餃孔 新建較孔序列如圖3-55，刀具設置如圖3-56，工序參數(shù)如圖3-57，NC結果如圖3-58 圖3-55 新建較孔序列 圖3-56 刀具設

32、置 圖3-57 工序參數(shù) 圖3-58 NC檢測結果 3.9加工另一側的輪廓 （1）新建一體積塊加工序列以體積塊方式除掉材料 圖3-59 刀具設置 圖3-60 序列參數(shù) 圖3-61 屏幕演示結果 圖3-62 NC檢測結果 3.10凹槽加工 參數(shù)設置同步驟3.6 圖2-63 NC檢測結果 3.11 R4的曲面加工和另一個端面的加工。 參數(shù)設置同步驟3.7和步驟3.5，最后結果如圖3-64 圖3-64 NC加工結果 第4章 CL數(shù)

33、據的輸出和NC代碼的生成 單擊菜單管理器中的【制造】|【輸出】|【NC序列】選項，在“NC序列列表”菜單下選擇容器銑削序列,在【軌跡】菜單下選擇【文件】選項，在【輸出類型】菜單下選擇下選中“MCD文件”和“計算CL”選項，單擊“完成”選項，彈出“保存副本”對話框。輸入CL文件的名稱為seq0004，單擊“確定”按鈕，彈出“后置期處理選項”，完成后，單擊“完成”，彈出“后處理列表”菜單，經過刀具計算生成刀位文件，將其轉換為NC代碼文件，此過程成為后處理。單擊“關閉”窗口，在單擊【Done Output】|【完成/返回】選項。 圖4-1輸出文件設置 圖4-2 序列選擇

34、 圖4-3 完成輸出 打開工作目錄，選擇seq0004.Tap文件，用記事本打開，便可看到生成的NC代碼文件，部分代碼如下所示 G代碼 33 % G71 O0004 (E:\ncjiagong\seq0004.ncl.1) (07/08/10-12:14:22) N0010T4M06 S700M03 G00X-25.859Y-20.5 G43Z30.H04 Z2. G01Z-.3F900. X25.859 X32.284Y-6.833 X-32.284 Y6.833 X32.284 X25.859Y20.5 X-25.859

35、Z30. G00Y-20.5 Z1.7 G01Z-.6 X25.859 X32.284Y-6.833 X-32.284 Y6.833 X32.284 X25.859Y20.5 X-25.859 Z30. G00Y-20.5 Z1.4 G01Z-.9 X25.859 X32.284Y-6.833 X-32.284 Y6.833 X32.284 X25.859Y20.5 X-25.859 Z30. G00Y-20.5 Z1.1 G01Z-1.2 X25.859 X32.284Y-6.833 X-32.284 Y6.833 X32.284

36、 X25.859Y20.5 X-25.859 Z30. G00Y-20.5 Z.8 G01Z-1.5 X25.859 X32.284Y-6.833 X-32.284 Y6.833 X32.284 X25.859Y20.5 X-25.859 Z30. G00Y-20.5 Z.5 G01Z-1.8 X25.859 X32.284Y-6.833 X-32.284 Y6.833 X32.284 X25.859Y20.5 X-25.859 Z30. G00Y-20.5 Z.2 G01Z-2. X25.859 X32.284Y-6.833 X-3

37、2.284 Y6.833 X32.284 X25.859Y20.5 X-25.859 Z30. M30 % 第五章設計總結 這次課程設計歷時二個星期多左右，通過課程設計，發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。 短短兩個星期的課程設計，仔細回想起來。自己學到了許多東西。首先是這次課程設計讓我進一步掌握了Pro/e這個功能強大的繪圖軟件，了解零件的基本設計方法和設計過程，掌握到這個CAD/CAM的基本知識，培養(yǎng)了我數(shù)控編程和數(shù)控加工的能力。另外，通過工程圖的繪制再次鞏固了Auto CAD的

38、基本功能。想想一開始什么都不知道到自己查資料慢慢實踐終于建出模型和加工模擬出來的喜悅就感慨頗多。 通過這次課程設計，我深深地知道了團隊之間相互協(xié)作、相互幫助的重要性。雖然每個人的題目都不同，但加工理念是才差不多的，大家一起研究探討出一個較合理的方案。課程設計是一項綜合性的任務，過程中會遇到很多問題，我們在一起互相探討，不懂的問題及時查資料或問老師，爭取把作業(yè)做得最好。 課程設計還讓我懂得了機械加工工藝過程和機械加工中應該注意的一些基本問題。比如說刀具的選擇，用什么材料余量怎樣進行加工等等。讓我知道哪了機械這門課程的魅力和嚴謹?shù)乃仞B(yǎng)?？傊野l(fā)現(xiàn)我所掌握的還遠遠不夠，還需要學習和實踐。我會慢慢的充實自己的。 第六章參考書目 【1】杜可可，機械制造技術基礎課程設計指導.北京：人民郵電出版社， 2007.12 【2】肖乾，Pro/Engineer Wildfire 3.0中文版實用教程.北京：中國電力出 版設，2008 【3】狄瑞坤等，機械制造工程.杭州：浙江大學出版社，2001.1 【4】詹友剛，Pro/Engineer 中文野火版2.0數(shù)控加工教程.北京：機械 工業(yè)出版社，2007.7 【5】楊繼宏，數(shù)控加工工藝手冊. 北京：化學工業(yè)出版社，2008.1