CADCAM课设.docx

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CADCAM课设

《CAD/CAM课程设计》任务书

一、设计题目：

螺母零件的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（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/ENGINEERWildfire3.0，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/ENGNEERWildfire3.0的基础教程、PRO/ENGINEERWildfire3.0的零件设计教程、PRO/ENGINEERWildfire3.0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。

学生签名:

日期:

评阅意见：

教师签名:

日期:

目录

第一章概述1

一、Pro/EngineerNC基本流程1

二、数控车床加工零件的工艺性分析2

三、控车床加工工艺路线的拟订2

第二章设计步骤4

一、经济加工精度与表面粗糙度4

二、编制工艺路线4

三、刀具选择5

四、切削用量的选择6

第三章创建三维模型8

一、新建文件8

二、创建螺母主体8

三、打孔10

四、创建螺旋扫描切削特征14

第四章NC制造16

一、NC制造概念16

二、NC制造过程的组成16

三、车削NC序列17

四、NC序列典型加工实例17

五、总体序列说明。

28

六、CL数据处理34

第五章Pro/E工程图37

第六章设计心得39

参考文献40

第一章概述

一、Pro/EngineerNC基本流程

Pro/EngineerNC对于任何零件的加工设计都遵循着一个基本流程，如下图所示

进行Pro/EngineerNC加工的第一步是创建制造模型，为后续的加工制造设计准备必要的几何模型数据。

常规的制造模型由参照模型（ReferenceModle）和工件（Wokkpiece）组成，除此之外，也可以在制造模型中添加夹具、工作面板等其他附件，以便定义更加完整的加工环境。

随着加工过程的进行，可以对工件执行刀具轨迹演示、加工模拟和过切检测。

在加工过程结束时，工件几何形状应与设计模型的几何一致。

二、数控车床加工零件的工艺性分析

1．尺寸标注方法分析由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的尺寸分散标注法改为以集中引注或坐标式的尺寸标注法。

2．零件轮廓的几何要素分析要分析几何元素的给定条件是否充分、正确。

3．精度及技术要求分析

（1）分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。

对采用数控加工的表面，其精度要求应尽量一致，以便最后能一刀连续加工。

（2）分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，需采用其他措施（如磨削）弥补的话，注意给后续工序留有余量。

（3）找出图样上有较高位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。

（4）对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。

三、控车床加工工艺路线的拟订

1．工序的划分

在批量生产中，常用下列两种方法进行工序的划分：

（1）.按零件加工表面划分工序

将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。

适用于加工内容不多的零件。

（2）.按粗、精加工划分工序

以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。

这法适用于零件加工后易变形或精度要求较高的零件。

2．加工顺序的安排

（1）先粗后精

对于粗精加工在一道工序内进行的，先对各表面进行粗加工，全部粗加工结束后在进行半精加工和精加工，逐步提高加工精度。

（2）先面后孔

对既有内表面（内型、腔），又有外表面需加工的回转体零件，安排加工顺序时，应先进行外、内表面粗加工，后进行外、内表面精加工。

（3）基面先行

用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。

3.进给路线的确定

（1）．最短的空行程路线

a.巧用起刀点。

b.巧设换（转）刀点.

c.合理安排“回零”路线

（2）．粗加工（或半精加工）进给路线

a.常用的粗加工进给路线。

b.大余量毛坯的阶梯切削进给路线。

c.双向切削进给路线。

（3）．精加工进给路线

a.完工轮廓的连续切削进给路线。

在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成。

b.各部位精度要求不一致的精加工进给路线。

若各部位精度相差不是很大时，应以最严的精度为准，连续走刀加工所有部位；若各部位精度相差很大，则精度接近的表面安排同一把刀走刀路线内加工，并先加工精度较低的部位，最后再单独安排精度高的部位的走刀路线。

第二章设计步骤

一、经济加工精度与表面粗糙度

1．经济加工精度：

机械加工时，每种机床上所达到的精度越高，则所消耗的工时越多，成本越高。

当所达到的精度超过一定限度以后，加工工时就会迅速增加，生成率大大下降，加工成本急剧上升，因而经济性很差。

每种机床在正常生产条件下能经济的达到的加工精度是有一定范围的，这个精度范围就是这种加工方法的经济精度。

所谓正常生产条件是指：

设备完好、工夹量具适应、工人技术水平相当、工时定额合理。

2．表面粗糙度：

表面粗糙度是指加工表面上具有的较小距离的峰谷所组成的表面微观几何形状特性。

一般由加工中切削刀具的运动轨迹及工艺系统的高频振动等多种因素所形成。

理论残留面积高度是由刀具相对于工件表面的运动轨迹所形成，它是影响表面粗糙度的主要因素。

其高度可以根据刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径和进给量计算出来。

本次我所加工的螺母要求的加工精度要求是8级精度，所以在加工不同表面、孔、螺纹的时候，一定要注意最后能够保证达到精度要求同时也要保证一定的粗糙度要求。

在所编工艺的一系列NC加工序列中主要是轮廓车削和孔加工。

查《机械加工工艺手册》知：

公差等级

表面粗糙度

车削

（外圆柱表面）

粗车

11~12

12.5~3.2

半精车

8~10

6.3~3.2

精车

6~7

3.2~0.8

车削（端面）

粗车

12.5~6.3

孔加工

粗镗

11~12

12.5~6.3

半精镗

8~10

3.2~0.8

钻孔

11~13

12.5

绞孔

8~10

6.3~3.2

螺纹加工

6.3~3.2

二、编制工艺路线

本次对我所加工的零件的设计思路是：

首先进行三维建模，创建参照模型，再进行NC加工，这一步是整个过程的重点与难点。

由于该零件是属于完全的回转体，比较适合于在车床上加工，所以在选择机床的时候要注意选择车床，但在平时铣削加工用的比较广泛，在用车床加工就与平时有的不一样了，另一方面，选择车床的原因是，该零件需要车削梯形螺纹，然而在铣床上只能进行三角螺纹的铣削。

分析该零件，我设计的工艺路线是：

左侧

右侧

工序1：

装夹右端→车外圆Φ59（作粗基准，掉头装夹）→车右端面→粗车外圆Φ32→半精车外圆Φ32→精车外圆Φ32→粗镗孔Φ17→精镗孔Φ19→车梯形螺纹

工序2：

装夹右端→车左端面→钻孔Φ7→绞孔Φ11

之所以在工序一中先车外圆Φ59，是为了给在车右端面和车外圆Φ32时作为粗基准，在这一次的装夹时，把右侧部分能够加工的部分全部加工完，包括粗加工和精加工。

再掉头以右端为基准加工左边需要加工的部分，这样，总的来说，既保证了加工精度又能够减少装夹次数，减少总的加工时间。

在加工过程中要注意刀具的选择，根据不同的精度要求和各加工面的粗糙度要求，选择不同的切削用量，即切削速度、切削深度、进给速度与进给量。

在车螺纹的时候，要保证主轴每转一圈，车刀进给一个导程，此外，在给各表面加工时，要注意保证一定的加工余量。

三、刀具选择

（1）刀具材质的选择常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。

（2）刀具尺寸的选择刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。

有效切削刃长度与背吃刀量ap和车刀的主偏角kr有关

（4）刀尖圆弧半径的选择刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及被加工零件的表面粗糙度。

刀尖圆弧半径大，表面粗糙度值增大，切削力增大且易产生振动，但刀刃强度增加。

通常在切深较小的精加工、细长轴加工、机床刚度较差情况下，选用刀尖圆弧较小些；而在需要刀刃强度高、工件直径大的粗加工中，选用刀尖圆弧大些。

（5）左右手刀柄的选择有三种选择：

R（右手）、L（左手）和N（左右手）。

要注意区分左、右刀的方向，机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等。

（6）刀杆头部形式的选择刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头分有15-18种，有直角台阶的工件，可选主偏角大于或等于90°的刀杆。

一般粗车可选主偏角45°—90°的刀杆；精车可选45°—75°的刀杆；中间切入、仿形车则可选45°～107．5°的刀杆；工艺系统刚性好时可选较小值，工艺系统刚性差时，可选较大值。

当刀杆为弯头结构时，则既可加工外圆，又可加工端面，

四、切削用量的选择

（1）．确定背吃刀量ap（㎜）背吃刀量ap相当于加工余量，应以最少的进给次数切除这一加工余量，最好一次切净余量，以提高生产效率。

为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都留有一定的精加工余量，其大小可小于普通加工的精加工余量，一般半精车余量为0.5㎜左右，精车余量为0.1～0.5㎜。

轮廓粗车循环时选ap＝1~3mm，精车ap＝0.25mm；螺纹粗车循环时选ap＝0.4mm，精车ap＝0.1mm。

（2）．确定主轴转速n（r/min）

a。

光车时主轴转速光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度Vc（m/min）来确定。

切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定。

切削速度确定之后，用下式计算主轴转速:

式中n————工件或刀具的转速，r/min；

Vc————切削速度，m/min；车直线时，查手册选粗车切削速度Vc＝50m／min、精车切削速度Vc＝80m／min，镗孔取时Vc＝60m／min，钻孔时取Vc＝20m／min,绞孔时取1.2~5m/min.

d————切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，mm。

b．车螺纹时主轴转速对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。

如大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：

式中n——主轴转速，r/min；

P——工件螺纹的螺距或导程，mm；

k——保险系数，一般取为80。

（3）．确定进给速度Vf（mm/min）

进给速度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下，选择较高的进给速度。

进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度。

一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取每转进给量f，再按下式计算进给速度：

Vf=f*n

式中f——每转进给量，mm/r。

式中每转进给量f，粗车时一般选取为0.3～0.8mm/r，精车时常取0.1～0.3mm/r，切断时常取0.05～0.2mm/r。

镗孔时取0.35～0.70mm/r。

钻孔时取0.10～0.20mm/r,绞孔时取0.40~0.50mm/r.

第三章创建三维模型

Pro/E建模的基本思路在于：

三维零件的建模是在二维建模的基础上产生的。

从根本上来说，先在平面上设计出剖面，然后再按一定的方式生长。

例如对平面图形设置厚度，就变成立体图形。

以此类推，也可以通过平面图形经过一定的旋转，所经历的封闭空间即为所建立的三维模型。

Pro/E软件的的全部内容就是由此展开。

一、新建文件

启动Pro/ENGINEETWildfire3.0,单击工具栏中的

工具，或单击菜单中的“文件”→“新建”命令，弹出如图1所示的“新建”对话框。

选择系统默认“零件”类型，“实体”子类型，在“名称”对话框中输入luomu，同时取消“使用缺省模板”复选框的勾选，再单击“确定”按钮。

在弹出的“新建文件选项”对话框，选择公制模板为mmns-part-solid，如图2所示，单击确定按钮，进入设计环境。

图1【新建】对话框图2【新文件选项】对话框

二、创建螺母主体

（1）单击“特征”工具栏中的

（拉伸）工具，或单击主菜单中的“插入”→“拉伸”命令，窗口下方弹出如图3所示的“拉伸”特征操控板。

在操控板中，选择方式为

（实体）。

图3【拉伸】操控面板图4【放置】上滑面板

（2）单击操控板中的“位置”按钮，弹出如图4所示的“位置”上滑面板，进行平面的选择。

（3）单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框。

在模型树或工作区中选取TOP基准平面作为草绘平面，接受系统自动捕捉到与其垂直的RIGHT基准平面作为草绘方向参考平面，方向为右，如图5所示

图5【草绘】对画框图6草绘环境

（4）单击图5中的“草绘”按钮，进入如图6所示的草绘环境。

系统会在默认的情况下，自动添加尺寸参照，FRONT基准平面作为水平尺寸参照，RIGHT基准平面作为垂直尺寸参照。

（5）草绘截面。

单击“草绘器”工具栏中的

（圆）工具，或单击主菜单中的“草绘”→“圆”→“圆心和点”命令，在坐标原点处草绘一个圆。

再单击

（尺寸编辑）工具，修改尺寸如图7所示。

草绘完成后，再单击

（确定）按钮，退出二维草绘环境。

图7【拉伸】截面图8定义拉伸长度

（6）进入三维实体模式，输入拉伸长度12，如图8，回车，再单击

（确定）按钮，或单击鼠标中键，生成如图9所示的拉伸特征。

图9实体模型图10实体模型

（7）用同样的方法，选择拉伸面作为基准面，在其上再拉伸一实体，如图10所示。

三、打孔

（1）单击“特征”工具栏中的

（拉伸）工具，或单击主菜单中的“插入”→“拉伸”命令，窗口下方弹出“拉伸”特征操控板。

在操控板中，选择方式为

（实体）,。

选取TOP面进入草绘环境。

（2）单击“草绘器”中的

（圆）→

（同心圆），或单击主菜单中的“草绘”→“圆”→“同心”命令。

选取模型上的最大圆，画一个同心圆，直径为19。

草绘完成后，再单击

（确定）按钮，退出二维草绘环境。

（3）进入三维实体模式，单击操控板中的

（除料）按钮，并单击

（方向）按钮，使得除料方向朝向实体，并将除料长度延长至实体外，如图11所示。

再单击

（确定）按钮，或单击鼠标中键，生成如图12所示的拉伸除料特征。

图11【拉伸】切除材料图12【拉伸】切除材料模型

（4）同样单击“特征”工具栏中的

（拉伸）工具，或单击主菜单中的“插入”→“拉伸”命令，窗口下方弹出“拉伸”特征操控板。

在操控板中，选择方式为

（实体）,。

选取TOP面进入草绘环境。

（5）在草绘环境中画出如图13所示的曲线，具体尺寸见图13。

草绘完成后，再单击

（确定）按钮，退出二维草绘环境。

图13【拉伸】截面

（6）进入三维实体模式，单击操控板中的

（除料）按钮，并单击

（方向）按钮，使得除料方向朝向实体，并将除料长度延长至实体外，如图14所示。

再单击

（确定）按钮，或单击鼠标中键，生成如图15所示的拉伸除料特征。

图14【拉伸】切除材料图15【拉伸】切除材料模型

（7）阵列。

单击步骤（6）中生成的小孔。

此时“特征”工具栏中的

（阵列）显示可用，单击

。

或单击主菜单中的“编辑”→“

”命令。

弹出如图16所示的操控板。

图16【阵列】操控面板

在最下面的尺寸栏中，单击

按钮，选中轴，如图17所示。

再单击“选取1个项目”。

选中三维实体模型的中心轴，操控板出现如图18所示情况，将其更改数据如图18.，回车。

图17【尺寸】阵列操控面板选项

图18【轴】阵列操控面板

最后单击

（确定）按钮，或单击鼠标中键，生成如图19所示的阵列特征

、

图19【阵列】特征

（8）同样，在TOP基准平面上进行打沉孔。

在草绘环境中画出如图20所示的曲线，具体尺寸见图20。

草绘完成后，再单击

（确定）按钮，退出二维草绘环境。

进入三维后，进行除料，除料长度为6。

如图21所示

图20【拉伸】截面图21【拉伸】切除材料模型

（9）采用与步骤（7）一样的步骤，同样对该沉孔进行阵列。

其结果如图21所示

图21实体模型

四、创建螺旋扫描切削特征

单击主菜单中的“插入”→“螺旋扫描”→“切口”命令，弹出如图22所示的“伸出项：

螺旋扫描”对话框和如图23所示的“属性”菜单中的“常数”→“穿过轴”→“右手定则”→“完成”命令，在弹出的“设置草绘平面”和“设置平面”菜单中，依次单击“新设置”→“平面”命令。

在模型树或工作区中选取FRONT基准平面为草绘平面，单击“方向”中的“正向”命令，做“草绘视图”菜单中的“缺省”命令，进入草绘环境后，接受默认参考参照。

绘制如图24所示的直线参照作为轨迹线，草绘完毕后，单击

（确定）按钮，回到三维界面，系统消息区提示“输入螺旋节距值”，输入5，单击

或按回车键。

进入二维草绘环境，创建螺旋扫描特征截面，绘制如图25所示的截面形状，草绘完成后，单击

（确定）按钮，退出草绘环境。

单击“方向”菜单中的“正向”命令，单击“切剪：

螺旋扫描”对话框中的“确定”按钮，生成如图26所示的螺旋扫描切削特征。

图22【螺旋扫描】对话框图23【属性】菜单

图24旋转轴和螺旋轨迹图25螺旋扫描剖面

图26【螺旋扫描】特征

第四章NC制造

一、NC制造概念

1．设计模型

代表着成品的Pro/ENGINEER设计模型为所有制造操作的基础。

在设计模型上选取特征、曲面和边作为每一刀具轨迹的参照。

通过参照设计模型的几何，可以在设计模型与工件间设置相关链接。

由于有了这种链接，在改变设计模型时，所有相关的加工操作都会被更新以反映所做的改变。

2．工件

工件代表要由制造操作进行加工的原料。

它的使用在NC制造中是可选的。

使用工件的优点在于：

a．在创建NC序列时，自动定义加工的范围。

b．动态的材料去除模拟和过切检测。

C．通过捕获去除的材料来管理进程中文档。

工件可以代表任何形式的原料；如棒料或铸件。

通过复制设计模型、修改尺寸或删除/隐含特征以代表实际工件，可以很容易地创建工件。

3．制造模型

常规的制造模型由一个设计模型（由于在创建NC序列时将其用作参照，因此也称为“参照模型”）和一个装配在一起的工件组成。

随着加工过程的进展，可对工件执行材料去除模拟。

一般地，在加工过程结束时，工件几何应与设计模型的几何一致。

然而，材料去除是一个可选步骤。

二、NC制造过程的组成

1．建立制造数据库。

此数据库包含诸如可用机床、刀具、夹具配置、地址参数或刀具表等项目。

此步骤为可选步骤。

如果不想预先建立全部数据库，可以直接进入加工过程，然后在真正需要时定义上述任何项目。

2．定义一个操作。

操作设置可以包含下列元素：

操作名

机床

CL输出的坐标系

操作注释

操作参数

FROM点与HOME点

必须先定义机床和坐标系，然后才可创建NC序列。

其它设置元素可选。

3．为指定的操作创建NC序列。

每个NC序列是由一系列刀具运动与特定的后处理器词组成的，这些词与运动无关，但却是获得正确NC输出所必需的。

系统根据NC序列类型（如“体积块铣削”、“外侧车削”）、切削几何与制造参数自动生成刀具路径。

如果需要，可以应用更多的“低级别”控制，方法是：

定义自己的刀具运动，即进刀、退刀和连接运动。

刀具运动包括“自动切削”运动。

插入非运动CL命令。

对于每个完成的NC序列，可通过使系统自动去除材料（适用时），或者通过在工件上手工构建Pro/ENGINEER常规特征（如“槽”或“孔”），创建材料去除特征。

三、车削NC序列

对每一个车削NC序列，可通过创建或选取“车削轮廓”定义切削几何。

系统将尝试自动确定与“车削轮廓”相关的切削区域的位置；在模糊的情况下，系统将提示用户通过反向箭头来选取材料侧。

切口将创建在与“车削轮廓”相反的一侧。

根据NC序列的类型，可能需要通过指定坯件边界和切削扩展来进一步定义切口。

四、NC序列典型加工实例

现分别以车外圆Φ32，镗孔Φ19，车梯形螺纹为例，来演示该螺母的加工过程。

车外圆主要涉及的是车削轮廓：

“车削轮廓”以下列方式为各种类型的“车削”NC序列定义切削几何：

a．对于“区域”和“凹槽”车削，必须通过指定最终坯件轮廓来定义切削的区域；这通常通过指定零件的被加工边或曲面来完成。

零件的边或曲面也可用于粗切削，因为用于精加工的粗切削后所留下的坯件余量是由ROUGH_STOCK_ALLOW和PROF_STOCK_ALLOW参数定义的。

b．对于“轮廓”车削，必须指定刀具的切削运动轨迹。

c．对于“螺纹”车削，必须指定主刀具运动，对于外螺纹为外径，对于内螺纹为内径。

1．车外圆Φ32

（1）制造模型

设置工作目录，并将参照模型文件luomu.prt拷入工作目录中。

然后选择“文件”→“新建”命令，打开“新建”对话框，选中“制造”单选按钮，在“名称”文本