CADCAM综合课程设计泵盖儿零件CADCAM 综合课程设计（小批量）.doc

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1、CAD/CAM综合课程设计说明书机械L112班 2014年1月15日课程设计任务书题目：泵盖儿零件CAD/CAM 综合课程设计（小批量）内容：1、零件图 1张 2、机械加工工艺规程 1套 3、CAXA实体造型图 1张 4、数控加工仿真模拟 5、实际加工 1次 6、课程设计说明书 1份班级学生指导教师学号 机械L112 杨鹏帅 刘永强 11L0551057 2015 年 1 月 15 日前 言随着计算机技术的发展和计算机的普及，传统的手工绘图方式逐渐由计算机绘图所取代，计算机辅助设计，制造已广泛应用于我国的各个领域。与手工绘图相比，计算机绘图具有高效率、高质量的特点；同时，利用相关的三维造型软件

2、（例如CAXA制造工程师）可以直接绘制出零件的三维图形，对对象的表现更加具体和直接。因此作为工科，特别是机械的学生而言，能够利用计算机及相关绘图软件是最基本的技能。我国机械制造业的快速发展，正逐步变成“世界制造中心”。为了增强竞争能力，我国制造业正在广泛的使用先进的数控技术。21世纪机械制造业的竞争，很大程度上是数控技术的竞争。但是从实际情况来看，我们还是在计算机绘图上存在不足，我们在之前的课程中已经学习了理论知识和一定的基本操作，但是所绘制的图形往往存在这样和那样的问题，二维绘图时：零件表示不清，空间结构错误；图纸没有分层，线型用法错误；缺少技术要求，公差配合和相关粗糙度；标准件的画法（特别

3、是螺纹链接）错误等等，至于三维绘图之前更是没有接触过，零件造型更是无从下手。为了适应社会的需求，进一步增强机械专业学生的竞争能力，我们进行了为期2周的CAD/CAM综合实训。这次的课程设计任务正好帮我本弥补了这方面的不足，零件图的绘制和完整标注，工艺过程的设计，三维实体造型还有加工轨迹仿真，两周的课程设计肯定会很充实的，在老师的教导下我相信可以提高自己的水平。关键词：零件造型 CAXA制造工程师 三维设计 轨迹 目录第1章 零件图的分析11.1 零件图的绘制11.2 零件图的工艺分析21.3 确定毛坯尺寸2第2章数控机床的选取32.1 数控加工的过程32.2数控机床的组成及其各部分的功能42.

4、3 数控机床的工工艺参数5第3章 零件的加工工艺63.1 零件的装夹方案63.2确定加工顺序及走刀路线63.3 刀具的选择73.4 确定各项工艺参数73.5 填写工艺卡片11第4章 零件的实体造型及轨迹仿真124.1 CAXA 自动编程的基本流程124-2零件的实体造型144.3 零件的加工轨迹16结束语19参考文献20第 章 零件图的分析 在零件的工艺分析过程中，我首先拿到了老师给我们的零件图，接下来我首先看懂了我的零件图图形，然后弄清楚了零件的工艺标准，之后再进行的平面图绘制，但是在设计说明书的编写过程中，我把零件图的绘制放在了前面，之后才是对零件的特征及工艺特点的分析，在此特殊说明。1.

5、1 零件图的绘制我在零件图的绘制过程中使用的是CAXA工艺图表2007软件。首先我新建一个文件，如图1-1所示，所建边框如图1-2所示。 图 1-1 新建文件 图1-2 边框然后进行零件的绘制，绘制绘制过程中虽然困难很多但是在老师的悉心指导下，我还是如期的完成了绘制工作，之后进行了图形标注的工作，完成后见附表。1.2 零件图的工艺分析此零件是叶片泵的泵盖，外形尺寸是16012029mm，底面大概为一个16012018mm的长方体，左侧有两个M16的螺纹通孔，右侧有一个深度为5的凹槽，中心线上下各分布着一个40104的凸台，正中心是一个高11的凸台，在中间凸台上有一个深11的44的孔和38的通孔

6、。外轮廓的粗糙度都是Ra3.2，粗加工的粗糙度就可以满足，有公差要求的尺寸必须进行精加工。中间凸台的左右两侧有对称度要求，底面长方体的上面有平行度要求。1.3 确定毛坯尺寸机械加工中常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，同一毛坯又可能有不同的制造方法。毛坯的种类和制造方法的选择，对零件的质量、金属消耗量、切削加工量、生产效率、加工成本等有直接的影响。考虑到叶片泵的泵盖机械性能要求高，形状较为简单，有一点的批量，因此选择锻件，材料类型选择45钢。在锻件的加工余量选取中，考虑到要粗加工和精加工，零件的形状复杂系数S为S1级，查机械设计手册可以确定零件的毛坯尺寸为17513535的立方

7、体，如图1-3毛坯三维造型。图 1-3 毛坯三维造型第 章数控机床的选取考虑到此零件不是回转类零件，且在一个面的加工比较多，所以决定选用数控铣床。在数控铣床的选取过程中首先我复习和回顾数控机床的基础知识。2.1 数控加工的过程数控加工的过程总结如下： 1根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据。2用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单，或用自动编程软件进行 CAD/CAM 工作，直接生成零件的加工程序文件。3程序的输入和输出。手工编写的程序通过数控机床的操作面板输入，软件生成 的程序通过计算机的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元。4将输入到数控单元的加工程序，进行

8、试运行和刀具路径模拟等。5通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。图 2-1 数控加工过程数控加工过程的流程图可见图 2-1数控加工过程。2.2数控机床的组成及其各部分的功能数控机床的组成及其各部分的功能总结如下：1. 控制介质 控制介质又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中的全部信息。2. 数控系统 数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在，它主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程序控制器、各类输入/输出接口等组成。3. 伺服系统 伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机、伺服驱动控制器等组成。4. 反馈装

9、置 反馈装置主要包括光电脉冲编码器、光栅位置传感器、直线感应同步器等装置。5. 辅助装置 辅助装置主要包括自动换刀装置、自动交换工作台机构、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。6. 机床本体 数控机床的本体指其机械结构实体与普通机床相比，它的整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面都发生了很大变化，具体归纳如下：（1）采用高性能主传动及主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。（2）进给传动采用高效传动件。具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点， 一般采用滚珠丝杠副和同步齿形带等。（3）具有完善的刀具自

10、动交换和管理系统。（4）在某些加工中心上有工件自动交换、工件夹紧和放松机构。（5）机床本身具有很高的动、静刚度。导轨采用贴塑导轨、滚动导轨、静压导轨 等形式。(6）采用全封闭罩壳。由于数控机床是自动完成加工，为了操作安全等，一般采用移动门结构的全封闭罩壳，对机床的加工区域进行封闭。 图 2-2 数控机床的系统组成框图2.3 数控机床的工工艺参数考虑到工件及毛坯的尺寸重量，选取数控铣床XK5025，其主要参数见表2-1。 表 2-1 数控铣床 XK5025的参数技术参数型号 XK5025工作台面积（长宽）/(mmmm)1120250三向行程/mm： X Y Z680350400主轴转速/（r/m

11、in）主电机功率/kW进给速度/（mm/min）快速进给/（m/min）主轴锥孔孔径/mm台面负重/kg控制系统定位精度/mm重复定位精度/mm6042001.502500530400MTC-3M0.0150.005机床重量/t1.85 第 章零件的加工工艺机械加工工艺过程设计是在保证产品质量的前提下，尽量提高生产率和降低成本，充分利用本企业现有生产条件，尽可能采用国内外先进工艺技术和经验，完成“机械加工工艺过程卡片”所包括的内容，所用术语、符号、计算单位、格式等符合相应标准。3.1 零件的装夹方案夹具的主要功能包括定位功能、夹紧功能、对刀功能和引导功能。在机械加工中，机床夹具的作用主要有：工

12、件易于正确定位，保证加工精度；缩短工件的安装时间，提高劳动生产率；降低加工成本，扩大机床的使用范围；操作方便、安全、可靠，对工人的技术要求低，可减轻工人的劳动强度等。此零件的批量为小批量，并且结构简单，所以选取通用夹具。查机械设计手册选择夹具为铣床用平口钳QH200，其参数见表3-1平口钳参数。表3-1平口钳参数名称铣床用平口虎钳型号QH200钳口宽度B200钳口最大张开量L160钳口高度H60定位键宽度A18特点及应用可回转180使用3.2确定加工顺序及走刀路线首先,进行粗加工。先粗铣底面2mm，然后加工顶面2mm，之后分别加工左端面7.5mm，右端面7.5mm，最后粗铣零件的前端面和后端面

13、7.5mm。六个面的粗糙度要求均满足Ra3.2的要求。接下来是零件的半精加工，现在的毛坯尺寸已经粗铣到16012031，这步我准备铣出大概的形状，并留出余量，为之后的精加工做准备。先铣出凸台高度，留余量；然后铣出中心线上下对称凸台高度，留余量；之后铣到底面高度，留余量；最后铣出凹槽，留余量。之后进行精加工，铣去多余尺寸。铣大凸台到尺寸，铣两个小凸台到尺寸，铣底面到尺寸，最后铣凹槽到尺寸。最后进行孔加工，先打出定位孔，然后钻出两个M16的孔和打孔的落刀孔，之后钻出38的通孔和44的大孔，最后攻两个M16的螺纹。3.3 刀具的选择根据零件的结构特点，铣削大平面时，铣刀直径尽量大，可减少加工时间，选

14、择80的盘铣刀；铣削凸台、凹槽是，铣刀直径受槽宽等的限制，取为12 mm的立铣刀；打中心孔的刀具选为4的钻头；落刀孔和螺纹口的尺寸尽量选取一致，可减少刀具数量，选用13.9的钻头；考虑到大孔直径太大，改为先铣削再精镗粗的加工方法，因此加工时选用20的立铣刀，精镗选内孔镗刀；攻螺纹选M16的丝锥。粗加工选用高速钢立铣刀，精加工选用硬质合金立铣刀。所选刀具查机械加工工艺手册汇总成表 3-2泵盖数控加工刀具参数。表 3-2 泵盖数控加工刀具参数序号刀具号规格名称数量刀长材料1T0180盘铣刀116高速钢2T0212立铣刀126高速钢3T0380盘铣刀116硬质合金4T0412立铣刀126硬质合金5T

15、054中心钻15高速钢6T0613.9钻头154高速钢7T0720立铣刀138高速钢8T08内孔镗刀1硬质合金9T09M16丝锥130硬质合金3.4 确定各项工艺参数3.4.1切削用量的选择原则铣削加工切削用量包括主轴转速（切削速度）、进给速 度、背吃刀量和侧吃刀量（1）粗加工首先选取尽可能大的背吃刀量；选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。（2）精加工根据余量确定背吃刀量，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。3.4.2切削用量的选择方法为保证刀具的耐用度，铣削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削

16、速度。（1）背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择，如图 3-1 所示。背吃刀量 ap 为平行于铣刀轴线的切削层尺寸。端铣时 ap 为切削层深度：而圆周铣削时ap为被加工表面的宽度。侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线的切削层尺寸。端铣时，ae为被加工表面宽度；而圆周铣削时，ae为切削层的深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求所决定。1）在工件表面粗糙度值要求为 Ra 12.525 m时，如果圆周铣削加工余量小于5mm，端铣加工余量小于6mm,则粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。2）在工件表面粗糙度值要求为 Ra

17、3.212.5 m 时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或侧吃刀量选取同前。粗铣后留 0.51.Omm 余量，在半精铣时切除。3）在工件表面粗糙度值要求为 Ra 0.83.2 m 时，可分粗铣、半精铣、精铣三步 进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取 1.52mm，精铣时圆周铣侧吃刀量取 0.30.5 mm面铣刀背吃刀量取 0.5lmm。（a）圆周铣 （b）端铣 图 3-1 背刀量与侧吃刀量选择（2）进给量 f (mm/r)与进给速度Ve(mm/min)的选择铣削加工的进给量是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量。进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给量与

18、进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参 数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手 册选取或参考表 3-1 选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。铣刀为多齿刀具，其进给速度V f 、刀具转速 n 、刀具齿数 Z 及进给量 f 的关系为F=FzNZ式中 F 刀具的切削速度 ，m/minFz刀具的每齿进给量，mm/rN主轴转速 ，r/minZ刀具的齿数 表 3-3 铣刀每齿进给量fz工件材料每齿进给量 FZ mm/Z粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢0.100.150.100.250.020.050.100.15铸铁0.120.200.1

19、50.30最大进给量受机床刚度和进给系统的性能限制。在选择进给量时，还应注意零件加工中的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低进给速度，在拐角 后逐渐升速，以保证加工精度。（3）切削速度Vc （m/min）的选择根据已经选定的背吃刀量、进给速度可根据生产实践经验或机床允许的切削速度范围内查阅有关切削用量手册或参考表 3-4。表 3-4 铣削速度参考值工件材料硬度/HBS铣削速度VC（M/MIN）高速钢硬质合金钢钢2551842661502553251236541203254256213675铸铁1902

20、1366615019026091845902603204.5102130（4）主轴转速 n （r/min) 主轴转速与切削速度关系为：N=1000Vc /(D)式中： Vc刀具的切削速度， mm/minN主轴转速 ， r/minD刀具直径 ， mm在选择切削速度时，还应考虑以下几点1）应尽量避开积屑瘤产生的区域：2）断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切削速度；3）在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度；己加工大件、 细长件和薄壁工件时，应选用较低的切削速度；4）加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。（5）对刀 “对刀”就是通过手动方式找出工件坐标系的原点在机床坐标系中

21、的坐标值，并将该值输入到零点偏置存储器。通过对刀，使确定的程序与工件装夹位置以及机床建立确 定的关系。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面，但必须与零件的工件坐标系原点有确定的几何关系，如图 3-2 所示。图 3-2 对刀点所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；周铣刀、端铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。3.4.3 工艺参数表经计算后，得到所有工序的工艺参数，汇总成表3-5刀具汇总。表 3-5 刀具汇总步骤加工位置刀具号主轴转速R/MIN进给速度MM/MIN吃刀量MM1将毛坯粗铣至17513535T01110040242用80盘铣刀铣上平面尺寸至29，留余量0.5T011100

22、4023用12立铣刀铣除100、40104的上面尺寸至18，72185的上平面尺寸至13，留余量0.5T0211004024用80盘铣刀铣上面尺寸至29T031495200.55用12立铣刀铣除100、40104、72185至尺寸T041495200.56用中心钻打螺纹及44定位孔T057557用13.9钻头钻螺纹孔底孔及44落刀孔T06402408用20立铣刀粗铣44、38孔，单边留0.15余量T071100409精镗44孔到尺寸T08130200.210精镗38孔到尺寸T08130200.211攻M16螺纹T092002503.5 填写工艺卡片把上述工艺参数填写到工艺卡片中，填写完成后见附

23、件。第 章 零件的实体造型及轨迹仿真本章节的实体造型和轨迹仿真软件选取的是CAXA制造工程师。 CAXA制造工程师不仅是是一款高效易学，具有很好工艺性的数控加工编程软件，而且还是一套Windows原创风格，全中文三维造型与曲面实体完美结合的CAD/CAM一体化系统。CAXA制造工程师为数控加工行业提供了从造型设计到加工代码生成、校验一体化的全面解决方案。4.1 CAXA 自动编程的基本流程在利用 CAXA 制造工程师 CAD/CAM 系统进行自动编程时，流程图见图4-1 CAXA系统编程流程，步骤如下：1理解二维图纸或其它的模型数据2建立加工模型或通过数据接口读入3确定加工工艺（装卡、刀具等）

24、4生成刀具轨迹5加工仿真6产生后置代码7输出加工代码 现在分别予以说明。（1）加工工艺的确定 加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：1）核准加工零件的尺寸、公差和精度要求2）确定装夹位置3）选择刀具4）确定加工路线5）选定工艺参数（2）加工模型建立利用 CAM 系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕 上。作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。 加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。针对这种需求，CAM 系统应提供强大 几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合

25、曲线、 各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。 被加工零件数据也可能由其他 CAD/CAM 系统传入，因此 CAM 系统针对此类需求应提 供标准的数据接口，如 DXF、IGES、STEP 等。由于分工越来越细，企业之间的协作 越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM 系统应提 供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。表 4-1 CAXA系统编程流程（3）刀具轨迹生成建立了加工模型后，即可利用 CAXA 制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹 生成功能进行数控编程

26、。CAXA 制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。用 户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中 提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。为满足特殊的工艺需要，CAXA 制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。 CAXA 制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。 并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。（4）后置代码生成 在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后置处理。后置处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的 G 代码程序或 NC

27、 程序。CAXA 制造工程师提供的后置处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修 改某些设置而适用各自的机床要求。用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成 和特定机床相匹配的加工代码。（5）加工代码输出 生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。CAXA 制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数 控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床4-2零件的实体造型首先，建立底面的长方体，绘制过程，先选定平面，然后建如草图，草图命令见图4-2绘制草图命令。再草图中画160120的矩形，见图4-3草图，然后完成草图，选择拉伸

28、增料命令，见图4-4拉伸增料命令，填写参数高度18，见图4-5参数填写，点击确定，完成后见图4-6底面造型。之后依次完成图 4-3 大凸台造型、图 4-4 凹槽造型、图4-5 两个小凸台造型、图 4-6 螺纹孔造型、图4-7 44中心孔造型、图 4-8 38中心通孔造型就完成了三维造型的任务。 图4-3 草图图4-2绘制草图命令 图 4-6底面造型 图 4-5参数填写图4-4 拉伸增料命令图 4-8 凹槽造型图4-9 两个小凸台造型 图 4-7 大凸台造型图4-11 44中心孔造型图 4-10 螺纹孔造型图 4-12 38中心通孔造型4.3 零件的加工轨迹在零件的加工轨迹生成过程中，先选择加工

29、粗加工平面区域粗加工，填写参数见图4-13参数填写，点击确定，轨迹生成完毕，见图4-14，之后依次生成之后的轨迹，轨迹完成后截图见下。图 4-14 4-13 参数填写 结束语两周的CAD/CAM课程设计结束了，作为一名机械制造专业的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义的。在已经过去的三年半大学生活了我们接触了大多数的专业课。我们上掌握的紧紧是专业课的理论面，如何去面对现实中的各种机械零件设计？如何把我们所学到的专业知识用到实际当中去？这次的课程设计为我们提供了很好的实践平台。此次设计是以培养学生的创新精神和实践能力为目的，以就业为导向，进一步提高学生对于计算机应用和分析问题及解决问题的能

30、力，为以后适用于社会发展的需要。通过两周设计让我们更好的巩固理解并掌握CAD/CAM的有关知识。达到能熟练、独立的使用CAD/CAM软件配合数控机床，进行合理有效的完成产品加工。我们经历了绘制二维图、绘制三维图、加工轨迹确定、加工仿真的整个过程，初步掌握了这一项技能，受益匪浅。在这两周的实训中，我遇到很多问题，体会到了自身的不足，体会到了三维造型不是一朝一夕能学成的，学习的道路还有很长，它有很多的优点，给人们的工作和学习带来很大的方便。我们认识到了我们专业的先进性，更重要的是为我们以后从事数控行业打下坚实的基础，学到了知识和技术，更重要的是学会了团队合作的精神。最后，经过刘永强老师、陈征宇老师

31、的教导与自己的摸索，我顺利的完成了本次的课程设计，在此感谢我们的刘永强老师、陈征宇老师，同时感谢帮助过我的同学们。 参考文献1李洪，等机械加工工艺手册北京：北京出版社，19902马贤智实用机械加工手册沈阳：辽宁科学技术出版社，20023成大先机械设计手册北京：化学工业出版社，20024艾兴，肖诗刚切削用量手册北京：机械工业出版社，19855李益民机械制造工艺设计简明手册北京：机械工业出版社，20026赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书北京：机械工业出版社，19947尹成湖，李保章，杜金萍。机械制造技术基础课程设计北京：高等教育出版社，20098尹成湖机械制造技术基础北京：高等教育出版社，2008