数字化技术项目综合训练总结报告资料Word格式文档下载.docx
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根据受力角度以及综合压块上下表面的受力情况，总结简化出压块的受力图如图1-2所示：
图1-2有限元分析零件受力简图
计算过程如下：
竖直方向上受力，F1+F2=q*OC
对A点求力矩，q*OA2/2–q*AC2/2+F2*AB=0
经计算得，F1=394N，F2=578N
在压紧工件的过程中，压块上接触圆弧面是固定的，下下接触圆弧面中的做圆弧面是固定，右圆弧面可单方向移动；
由于销轴固定压块在圆柱推缸上，因此销轴孔的内表面也是固定的，这就构成了压块有限元分析的边界条件。
1.3.2训练过程
在老师的指导下，先对分析零件进行工作环境以及受力情况的分析，进而是自己拟定尺寸，在NX里面进行三维模型的构造，由于NX4.0版本较低，做出的有限元分析无法导出相关报告，所以必须将模型用NX7.5打开进行有限元的分析，在进行网格划分，材料附属，载荷选择，边界条件设置之后开始有限元分析，将得到的数据与材料的许用数据比较，对模型数据进行修改，直至符合工作条件和材料属性要求。
1.3.3关键技术
1.在NX构建三维模型，见图1-3。
在三维模型构建过程中运用到草图绘制、扫描特征中的拉伸命令，成形特征中的键槽命令。
图1-3
2.以单元尺寸为4mm来划分网格，如图1-4所示。
图1-4
3.边界条件和载荷分布:
两个圆弧下表面也是固定约束以及销孔内表面也是固定约束；
部分圆弧上表面受到均布载荷，方向竖直向下，两个圆弧下表面在接触的那条线上受到指向圆心的正压力。
如图1-5
图1-5
1.3.4实现结果
受力情况：
最大应力为107.54Mpa
图1-6异形板应力图
变形情况：
最大变形为0.0000418mm
图1-6异形板位移图
1.4训练小结
零件功能分析与有限元分析作为项目综合训练的第一模块是对我们设计的零件功能的检测环节。
我们借用三维软件，虚拟出零件工作环境，拟定受力以及边界条件等，模拟出工作状态下零件的状态，求出极限值，与零件的许用值进行比较，继而优化零件尺寸。
这些都是有限元分析的功能所在。
在训练的过程中，我们一开始会对零件的工况不太了解，为了便于设计与分析，我们就会请教老师，让老师为我们解析零件的工作原理，工作环境等，再加上自己专业课知识的学习，分析出零件的受力情况。
在有限元分析过程中，网格的划分，载荷与边界条件的选用是主要的环节，这就考验到我们材料力学以及工况分析的能力。
网格划分得越小，分析的结果就越真实，但是网格细化的同时对计算机的配置也有一定的要求，所以必须选择合适的网格划分尺寸。
我们的零件材料为45钢，在NX材料库里面不存在此种材料，这样的条件下我们就必须在材料库中自己定义材料，查到其密度、泊松比、许用应力，杨氏模量等材料属性数据，然后再将此材料附于零件上。
在此次的训练过程中，运用到不仅仅是有限元方面的软件操作的知识，更多的是以往学科知识的综合运用。
一个有限元分析，我们要考虑材料力学方面的知识，要知道所用材料的各种属性数据，这就涉及到了材料工程学科知识。
项目综合训练就是各门学科知识的综合运用，从毛坯到成品的各个环节的设计计算。
在此模块中，关于工况的分析则是将实际环境由计算机虚拟环境来取代，进行设计计算的过程，庞大的计算量则由计算机来完成。
训练模块二：
三维建模和工程图处理
2.1训练目的
1.掌握UGCAD数字化建模的基本方法；
2.掌握运用表达式功能进行参数设计的基本方法；
3.掌握UGCAD工程图的基本方法；
4.掌握运用工程图模板文件进行工程图设置的基本方法。
2.2具体任务与要求
在老师的指导下，完成三件零件的三维建模，以及工程图的制作。
模型文件一律采用“学生完整学号-学生姓名-零件名称.Prt”的格式统一采用拼音全名，例如“BJ080225-zhangsan-chilunzhou.prt”；
工程图文件须创建非主模型文件，采用“学生完整学号-学生姓名-零件名称-drafting.Prt”的格式统一采用拼音命名，例如“BJ080225-zhangsan-chilunzhou-drafting.prt”。
模型文件中，图层使用须符合下表要求：
表2-1图层设置表
层
类目
描述
1-10
SOLIDS
实体
61-80
DATUMS
基准特征
11-20
SHEETS
片体
81-90
DRAFTINGS
工程图
21-40
SKETCHES
内部曲线
91-100
ANNOTATION
尺寸、标注
41-60
CURVES
非草图曲线
101-255
未指定
3.综合运用草图特征、体素特征、扫描特征、成形特征等各类特征命令，对综合训练项目中各加工零件按1:
1尺寸比例构造三维实体模型；
4.按教师要求，对每个加工零件中的重要关键尺寸进行表达式设置，且关键尺寸须按内容予以命名，例如“length”“width”；
5.使用模板功能，按标准规范设置工程图纸图框及标题栏；
6.综合运用视图、尺寸标注、形位公差、标注等各类命令，完成综合训练项目中各加工零件的工程图处理，不同的工程图组成内容须分类存放于不同图层中。
2.3训练过程、内容及结果
在此次训练过程中，主要是运用UG软件进行三维模型的构建和工程图的处理工作。
UG/NX是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，这一次运用到的是系统中的CAD模块中的Modeling、Drafting功能。
建模及工程图任务主要是车削轴、铣削零件、工况分析零件这三个零件。
车削零件轴由于是一个回转体，在建模的时候就可以运用草图特征与扫描特征相结合的的方法，先绘制出与截面形状相同的草图，再通过扫描特征对其进行扫描处理，将其从二维平面图形转化为三维实体形状。
在草图绘制过程中，草图平面的选择，草图约束条件的设置都要考虑，这就是参数化建模的典型。
而我在训练过程中，是将草图特征和体素特征、成形特征结合起来。
一些复杂不规则的实体，运用的是草图特征，普通阶梯轴的建模则是体素特征与成形特征中的圆柱和圆台、边倒角等命令。
在基本体素的基础上通过使用成形特征增加或减少材料，形成新的实体形状。
铣削零件的外形一般比较复杂，单一的运用成形特征与体素特征很难完成建模任务。
和车削零件相同，还加入了草图特征、扫描特征的使用。
一般铣削内外轮廓则是草图绘制而成的，零件上的孔则是运用圆孔命令构造的。
铣削深度的不同则是靠打孔以及拉伸切除的不同深度来保证的。
对于工况分析的零件，本组是异形压板的建模，所谓异形板，其外形就比较复杂，那就必然要用草图特征与扫描特征完成建模。
然后再用成形特征里的圆孔和键槽进行建模。
利用Modeling实体功能完成零件的创建之后，可使用Drafting工程图功能快速生成零件的二维工程图。
由于Drafting功能完全基于三维实体模型的二维投影获得二维工程图，因此工程图与三维实体模型完全关联，实体模型尺寸、形状及位置一旦发生变化，二维工程图也会发生相应的变化。
在尺寸标注过程中，发现老师所给的二维工程图只是提供了我们建模的基本尺寸，其他的公差等都出现了一定的错误。
在接下来的二维工程图的标注过程中就要根据国家标准的选择来确定尺寸公差，形位公差，表面粗糙度，技术要求等。
工程图的制作采用的非主模型，将模型导入到图纸模板页即可，然后投影出各种视图，有必要的视图需进行剖切表示。
在UG4.0里面进行图纸的标注老师要求尽量按国家标准来标注，在图纸首选项的设置里面就有很多信息需要修改，比如标注箭头的尺寸，尺寸数据相对尺寸线的位置，添加文本的类型大小等。
尺寸公差的选择是按机械设计手册选的，表面粗糙度与配合关系确定后，就根据精度要求来选择尺寸公差。
继而选择形位公差，轴类零件在加工过程中需要掉头加工，这就对轴的同轴度有要求，除了这些要求还有圆跳动，球形头得位置度等。
铣削零件主要是零件平面要求比较高，这就要求标注相应的平行度和平面度。
总而言之，UG尺寸标注时，要修改的设置很多，需要耐心修改。
图2-1车削轴工程图
图2-2车削轴三维模型图
图2-3铣削零件三维模型图
图2-4铣削零件工程图
图2-5有限元分析零件工程图
图2-6有限元分析零件三维模型图
2.4训练小结
在本模块的训练过程中，主要是UG中CAD数字化模型模块的训练练习和UGCAD制图的基本方法的训练。
在三维模型的构建过程中，一般是体素特征和成形特征以及扫描特征、草图特征的叠加运用，零件的复杂程度不是那么很高，没有运用到曲面建模方法。
本次训练的三个零件分别是车削轴，铣削零件、有限元分析零件。
轴类零件可以通过草图的旋转成形，或者是利用圆台命令将轴的不同轴段构建出来。
每个零件的建模方法不是一成不变的，每个人建模的方法都很可能不一样。
相对于工程图的制作，三维模型的构建还不算太困难。
由于UG4.0版本的原因，内部制图模块的设置都和我国的国家标准有很大的差异，这就要求我们将UG制图模块设置的尽可能的接近国标。
图纸一次次的修改，在出图纸的这几天内，图纸基本上每天都会发生变化，每个同学都能找到不同的方法来使图纸更加的接近国家标准。
在老师的高要求下，同学们出的图纸与国家标准很是接近，在尺寸标注，形位公差，表面粗糙度等的标注上和国标相符。
二维图纸的制作是我们大一学习的内容，相隔两年的时间再次拾起的时候不免有些陌生了，一些基础知识都需要翻看教材才能确定，尺寸公差形位公差的选择也是这门学科的内容，其中也有互换性的知识在里面，查教材，查机械设计手册都是必须的。
比如轴类零件，各轴段的尺寸公差要根据其工作环境来确定，形位公差的选择也是要考虑到其公差等级，都是环环相扣的，彼此影响着。
所以说，工程图纸的制作是一块比较需要耐心和细心，强大的基础知识积累。
训练模块三：
工艺设计
3.1训练目的
数控加工工艺设计训练是为机械设计制造及其自动化专业开设的数字化技术综合训练课程中一项重要内容。
学生通过本模块训练不仅复习以往学过的相关工艺知识，更主要的是利用以往所学知识解决数字化技术综合训练相关零件的工艺设计问题，包括典型零件的图样分析、工艺方案拟定、工艺路线设计、工件装夹、切削用量选择、工艺卡片填写等相关工艺设计内容，培养学生数控加工工艺分析、数控工艺方案的拟定、工艺文件的制作等方面的能力，使学生能从事企业数控工艺员等岗位的工作。
3.2具体任务与要求
3.2.1车削零件的工艺分析
1、进行图样分析分析零件结构特点、结构工艺性：
写出零件上各个面的加工精度等级、表面粗糙度、形状精度、相互位置精度及技术要求。
2、拟定加工工艺方案拟定数控加工工艺方案：
分别根据零件的加工精度等级、表面粗糙度、形状精度、相互位置精度及技术要求，同时考虑数控设备情况，拟定几个不同的加工工艺方案，包括加工顺序确定、加工装备安排、加工场地和人员选择等，然后结合本单位（或加工单位）实际情况，综合考虑其他各方面情况确定本零件的数控加工工艺方案。
填写零件数控加工工艺过程卡。
3、进行工序设计根据加工工艺过程，细化加工工艺路线，确定复杂曲线和曲面（如典型盖板零件、支承套零件和异形支架零件）数控车床、铣床、加工中心切削加工的刀具轨迹生成和编辑方式、及复杂表面自动编程的工艺处理方法。
设计加工工艺流程中主要的工序内容：
进行必要的工步研究、划分，计算工序尺寸及公差，选择切削用量，绘制走刀路线图，绘制工序简图，填写工序卡。
4、选择工具、量具选择工具、量具。
了解数控刀具的类型、材料和特点；
通过失效形式的监测和分析，理解保证数控刀具可靠性的方法；
掌握数控刀具的选用方法。
填写刀具卡，完善工序卡。
5、工件在数控机床上的装夹拟定工序零件定位、夹紧即装夹方案，进行尺寸链计算、定位误差分析计算，计算夹紧力大小。
完善工序卡。
6、完成其他工艺卡片刀具配置图、出刀具卡、绘制走刀路线图等。
要求学生在训练时，分以下几个阶段进行训练。
第一阶段内容：
加工工艺过程安排
首先确认标注有所有尺寸精度、形位公差、表面粗糙度以及其他技术要求的零件工程图；
然后逐项查表查手册写出根据尺寸精度、形位公差、表面粗糙度以及其他技术要求确定的加工顺序；
之后进行比较，确定最合适的加工顺序方案；
再后讨论加工设备、工装使用与否等等；
最后完成加工工艺过程卡片。
第二阶段内容：
进行加工工艺过程中各个主要、次要工序的设计
1）查表查手册获取工序余量，计算确定工序尺寸与公差；
2）明确切削加工表面、定位夹紧方式，绘制工序简图；
3）选择切削用量；
4）选择工具、量具；
5）填写工序卡片。
第三阶段内容：
填写或绘制工艺资料（可与第二阶段同时进行）
1）刀具配置图
2）刀具卡
3）走刀路线图
4）工艺卡片清单
3.3训练过程、内容与结果
图3-1车削轴零件图
1.车削轴技术要求：
⑴材料铝合金（防锈铝）5A02⑵热处理350℃-420℃保温30min⑶未注倒角C1
2.零件结构、技术要求分析
图3-1为车削轴零件，其特点有：
⑴Φ22与Φ26轴段配合尺寸公差带为0.021mm，查机械设计手册第五篇第二章表5.2-2标准公差数值得轴尺寸精度等级为IT7，表面粗糙度要求为Ra1.6，同轴度公差要求小于0.05mm，Φ26轴段的跳动值小于0.05mm。
⑵Φ18轴段配合尺寸公差带为0.018mm，查机械设计手册第五篇第二章表5.2-2标准公差数值得轴尺寸精度等级为IT7，表面粗糙度要求为Ra1.6，同轴度公差要求小于0.04mm
⑶其他外圆面和端面及倒角尺寸采用未注公差查表得，线性尺寸公差为±
0.2mm，倒角尺寸公差±
0.2mm。
3.车削轴材料分析
为Al-Mg系列防锈铝，与3A21相比，5A02强度较高，特别是具有较高的疲劳强度；
塑性与腐蚀性高；
热处理不能强化，用电阻焊和原子氢焊结合行良好，氩弧焊时有形成结晶裂纹的倾向；
合金在冷作硬化和半冷作硬化状态下课加工性较好，退火状态下可加工性不良，可抛光。
4.车削轴的工艺分析
⑴确定毛坯类型和制造方法
由零件的材料大致决定了毛坯的种类，因为选择的铝合金5A20强度高，具有较高的疲劳强度，所以毛坯种类选择棒料。
⑵材料热处理和检验试验
零件的使用载荷为中等，热处理进行退火处理，要对棒料的表面外观进行检验试验，在工艺过程中必须把这些加在生产工序中。
5.工艺规程的制定
⑴毛坯选择
车削轴的尺寸精度要求不高，材料选择中等，所以选择铝合金棒料
⑵热处理的工艺过程
查5A02铝合金表上规定的热处理要求，该材料要求退火温度为350℃-420℃，保温30min
⑶材料检验试验工序
热处理后，氧化件表面无斑点、起泡、针孔、变形、露白、水印，划伤等缺陷。
⑷机加工工艺过程
选用数控机床加工
按照技术要求，要达到图纸规定各档精度，宜用精车加工较合适，学校加工实验室具有符合精度要求的机床，可直接加工出零件。
加工方案的比较、选择
加工方案1：
粗车右端外圆及端面——粗车左端外圆及端面——半精车右端外圆及端面——半精车左端外圆及端面——精车右端外圆及端面——精车左端外圆及端面——加工退刀槽——加工倒角——车螺纹
加工方案2：
粗车右端外圆及端面——半精车右端外圆及端面——精车右端外圆及端面——粗车左端外圆及端面——半精车左端外圆及端面——精车左端外圆及端面——加工退刀槽——加工倒角——车螺纹
加工方案1是将粗车完成之后进行精车，在此过程中，工件需要调头五次，装夹麻烦，对工件加工尺寸精度影响大。
相反方案2的调头次数较少，减少了不必要的精度影响。
所以车削零件的加工工序中，采用粗车——半精车——精车工序。
通过上面分析比较，确定车削轴制造工艺路线，见下表
表3-1
机械加工工艺过程卡片
单位
产品名称及型号
零件名称
零件图号
上海电机学院机械学院
材料
名称
铝合金
毛坯
种类
棒料
零件重量
kg
毛重
1
第页
牌号
5A02
尺寸
Ф35
净重
0.5
共页
性能
每料件数
每台件数
每批件数
工序号
工序内容
加工车间
设备名称及编号
工艺装备名称及编号
技术
等级
时间定额/min
夹具
刀具号
量具
单件
准备-终结
下料Ф35×
80
实训中心
游标卡尺
2
夹持右端，粗车左端面，零件长度到78mm，以及外圆Ф22到25.4，Ф26到29.4
三爪卡盘
T01
3
掉头夹持粗车的左端，以左端外圆面中心为基准，粗车右端面，零件长度为76
实训中心
三爪卡盘
T01
游标卡尺
4
粗车半球面和Ф15外圆为Ф17.7外圆面，Ф18外圆和斜面为Ф20.7外圆，Ф24外圆为Ф27.4
游标卡尺
5
半精车和精车球面到直径15的半球和Ф15外圆为Ф15外圆面，斜面，Ф18外圆为Ф18，Ф24外圆为Ф24，
T02
6
粗车Ф22和Ф26外圆到Ф23.4和Ф27.4
7
半精车和精车Ф22和Ф26外圆到Ф22和Ф26
等级
10
掉头夹持右端，切断零件，Ф22外圆面的轴段长度为10，零件长度为56
实训中心
T03
更改内容
编制
抄写
校对
审核
批准
⑸加工余量和工序尺寸确定
查《实用机械加工工艺手册》表得：
单端面加工余量为1。
0mm，直径方向1.7mm
长度：
L=56+1.0x2=58.0mm取整为80mm，便于装夹
外圆：
D=26+1.7x2=29.4mm取整为35mm
根据前面所述的加工方法及工艺路线选择，查有关手册得出主要尺寸标明的加工余量。
表3-2Φ22外圆余量
工序名称
工序基本余量
工序经济精度
工序尺寸
工序控制尺寸
表面粗糙度
精车
0.1
h7（0-0.021）
Φ22
Φ22（0-0.021）
Ra1.6
半精车
1.3
h9（0-0.052）
Φ22.1
Φ22.1（0-0.052）
Ra3.2
粗车
2.0
h12（0-0.21）
Φ23.4
Φ23.4（0-0.21）
Ra12.5
Φ25.4
表3-3Φ26外圆余量
Φ26
Φ26（0-0.021）
Φ26.1
Φ26.1（0-0.052）
Φ27.4
Φ27.4（0-0.21）
Φ29.4
表3-4Φ18外圆余量
h7（0-0.018）
Φ18
Φ18（0-0.021）
h9（0-0.043）
Φ18.1
Φ18.1（0-0.043）
h12（0-0.18）
Φ19.4
Φ19.4（0-0.18）
Φ20.7
⑹加工设备选用
CK1450数控机床，（数控操作系统）粗精车零件所有尺寸
其主要技术参数：
床身最大车削直径500mm
横刀架拖板最大回转直径320mm
最大车削长度650mm
刀架纵向行程700mm
刀架横向行程272mm
主轴内孔通过的最大棒料直径70mm
主轴转速范围25-3000r/min
主电机功率15kw
（7）数控车床用刀具
1）数控刀具的选用
数控机床与普通机床相比，对刀具提出了更高的要求，不仅要精度高，刚性好，装夹调节方便，而且要求切削性能强，耐用度高，为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，除了专用刀具外一般选用可转位机夹车刀。
刀片材质的选择主要依据被加工
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