中间轴CAD课程设计.docx

1、中间轴CAD课程设计CAD/CAM课程设计任务书一、设计题目： 中间轴 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

2、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（A4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

3、，“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/ENGINEER Wildfire 5.0，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

4、控加工工艺的参考书。如PRO/ENGNEER Wildfire5.0的基础教程、PRO/ENGINEER Wildfire 5.0的零件设计教程、PRO/ENGINEER Wildfire 5.0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: 第一章 中间轴分析 第二章 建模分析在菜单栏选择【文件】下拉菜单，选取【新建】选项，系统将弹出如图所示【新增】对话框，选中其中的【零件】选项按钮，在名字

5、编辑框中选择默认名字即可。单机对话框下部的确定按钮，既是进入三维实体建模实实体造模。2.1 创造旋转轴的实体单击FRONT平面作为草绘平面，TOP平面为参照平面，其它选项接受系统默认的设置，如图所示： 进入草绘状态，绘制出轴的外轮廓，如图下图所示，这是中间轴的一部分：单击直线操作按钮，按照图纸给出的要求，绘制出如图所示二维截面，记住要绘制一条中心线 单击菜单中的“插入”“旋转”命令或者单击屏幕右侧的“特征”工具条中的“旋转”按钮，进入旋转操作控制面板，选择上述画好的二维截面为草绘定义，点击放置里面的轴选项，然后点击草绘时候的中心线，旋转角度为360。单击“完成”按钮，创造旋转实体如下面所示：2

6、.2 斜齿轮B造型齿轮结构关键部位在于轮齿具体建模过程如下： （1）齿轮参数本例中斜齿轮齿数z=19，压力角=16.5齿宽b=16，基圆直径db=52.52480，分度圆直径d=55.0286，齿顶圆直径da=61.27，齿根圆直径di=48.94。（2）按照上述方法进入零件模式。在旋转提的断面做齿轮造型，单击菜单中的“插入”“模型基准”“草绘”命令或者点击“基准”工具条中的“草绘”按钮，在弹出的“草绘”对话框选择上述旋转体的大端面为草绘平面，按照系统默认的视图方向和参照平面进入草绘模式，分别绘制分度圆、齿根圆、齿顶圆、基圆如下图：（3）建立渐开线 单击菜单“插入”“基准模型”“曲线”命令或者

7、单击“基准”工具条上的“曲线”按钮，系统弹出菜单管理器,选择“从方程”“完成”选项。根据系统弹出的菜单提示，新建一个坐标系，单击屏幕右边的“坐标”选择FRONT平面为x轴，选择RIGHT平面为y轴，选择系统默认的z轴方向。并在“设置坐标系”中选择“笛卡尔”类型，在系统弹出的记事本中输入如下图所示渐开线方程。 单击记事本中的“文件”菜单选项，保存并退出，在系统提示的“曲线”对话框中单击“预览”，如果出现的渐开线没有问题则可以点击对话框的“确定”按钮。如果出现问题，则需重新定义坐标系或者渐开线方程。确认无误后，渐开线方程如下图所示。 （4）创建基准点、基准轴、基准平面 单击“基准”工具条中的“点”

8、按钮，按住ctrl键连续选，中前面创建好的分度圆曲线和渐开线曲线，在两条相交处创建基点，如上图pnt0。 单击“基准”工具条中的“轴”按钮，按住ctrl键联系选中FRONT平面和RIGHT平面，在两平面相交处创建一条基准轴A-5如上图所示。单击“基准”工具条中的“面”按钮，按住ctrl键连续选中刚刚创建好的基准轴A-5和基准点pnt0，创建基准平面DTM1。 建立另一个基准平面，单击基准工具条中的“面”按钮，按住ctrl键连续选择DTM1和轴A-5在所绘制区或者弹出的“基准平面”对话框中输入旋转角为5.3657【旋转角=360/(4*Z)】。单击“确定”按钮完成基准平面DTM2的创建。附：对于

9、标准齿轮，在分度圆上的齿宽和齿槽宽相等，因此对应的圆周角也应该相等。要创建出轮齿，就应该把两条渐开线都创建出来。创建的DTM2就是作为渐开线的镜像参照面，镜像平面即DTM2是某个轮齿的对称面。(5)镜像渐开线 单击“基准”工具条上的“镜像”按钮，在弹出的操控面板上选择上述生成的渐开线，在选择镜像平面为DTM2，完成后得到第二条渐开线如上图所示。（6）创建齿根圆 单击“基础特征”工具条上的“拉伸”按钮，在定义草绘平面时候在“草绘”对话框中单击“使用先前的”按钮进入草绘模式，单击“使用”按钮提取已知的草绘齿根圆，使用“盲孔”方式拉伸16mm，得到拉伸特征。（7）创造轮齿截面 单击“基准”工具条上的

10、“草绘”按钮，选择分度圆所在截面为草绘平面，按照系统的默认视图方向和参照平面进入草绘模式，单击“草绘器”工具条上的“使用”按钮提取已知的轮廓线并且使用相关命令绘制出所需要的线或曲线，绘制出的截面如下图所示。（8）复制轮齿截面 单击“编辑”“特征操作”命令，系统弹出如下图所示的“特征”菜单管理器，单击“复制”选项，系统弹出如图所示的“复制”菜单管理器，单击“移动”“选取”“独立”“完成”选项，按照系统提示选择上一步完成的斜齿截面为要平移的特征。在“移动特征”菜单管理器中选择”平移”选项，在“一般选取方向”菜单管理器中使用“平面”法线方式确定为移动方向，在确定移动方向后，在信息提示区输入偏移值为“

11、16”，完成之后复制结果如下图所示。 继续执行复制命令，在“复制”菜单管理器中选择上一步的复制截面为复制对象，在“复制”管理器中选择旋转选项，在一“般选取方向”菜单管理器中选择“曲线/边/轴”选项。按照系统提示输入齿根圆的轴线为旋转轴，旋转方向如图所示【旋转方向一定要按照齿轮的旋向来判断】。按照系统提示输入旋转角度。这里的旋转角需要进行一次简单的计算，公式为：a=2*arcsinb*tan(beta)/d,其中b为齿宽，beta为螺旋角，d为分度圆直径，代入公式及参数可以计算出旋转角a=11.72662.完成之后得到的旋转复制特征如下图。（9）创造分度圆曲面 单击基础特征工具条中的“拉伸”按钮

12、，选择之前的草绘平面草绘，进入草绘后单击草绘器工具条上的“使用”按钮提取分度圆曲线的轮廓，完成之后在“拉伸”的操控面板中选择拉伸为曲面，其深度拉伸至齿顶圆另一端面来确定，其操控面板设置如下图所示，完成之后得到的拉伸如下图所示。（10）创建投影曲线及建第一个轮齿 单击“基准”工具条中的“草绘”按钮，选择FRONT平面为草绘平面，进入草绘平面后绘制出一条斜线，斜线的角度为齿轮的螺旋角，单击草绘器工具条上的完成按钮结束草绘。 单击菜单“编辑”“投影”命令，在弹出的控制面板上选择刚刚创建的斜线为投影对象，投影参照曲面选择上一步中创造的分度圆曲面，并选择FRONT法相为投影方向，最后得到投影结果如下图所

13、示。单击菜单中的“插入”“扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”的操控面板，注意选择创建为实体的按钮。在“参照”下滑面板中选择上步操作中创建的投影曲线为扫描轨迹，是属性采用默认值。在“截面”下滑面板中选择前面通过选择复制得到的齿轮截面为“截面1”，最后单击“插入”并选择前面通过旋转得到的轮齿截面为“截面1”，最后单击控制面板上的完成按钮完成第一个轮齿的创建，如下图所示。（11） 阵列得到其余轮齿及隐藏辅助曲面 选择上一步中创建的轮齿特征，单击“编辑特征”工具条上的“阵列”按钮，在弹出的“阵列”控制面板中选择“轴”的阵列的方式，选择齿根圆轴线作为阵列轴，输入齿数19以及角度360/19, 完成阵列

14、后的的特征如下图所示。 在模型树中选择拉伸的分度圆曲面单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“隐藏”选项。2.3 拉伸实体 单击主菜单中的插入拉伸命令或者单击屏幕右侧的特征工具条中的拉伸按钮，进入拉伸控制面板如下图所示。 单击放置定义选项，再打开草绘对话框，选取齿轮一端面为草绘平面，其他选项接受系统默认选项设置，单击对话框中草绘按钮，进入草绘模式，绘制出所需要拉伸的二维截面。完成后，单击草绘器工具条中的完成按钮后退出草绘模式。操作回到拉伸模式，在拉伸控制面板中设置拉伸方式为从草会平面拉伸到已指定深度，深度为21.2，其他接受系统默认选项。单击控制面板中的完成按钮，创建加材料的拉伸实体。 单击编辑

15、工具条中的拉伸按钮，再次进入拉伸状态。注意在草绘对话框里选择刚刚拉伸的实体表面作为草绘平面，其它选项接受系统默认设置，单击草绘按钮进入草绘草绘模式，完成所需要实体的二维截面，单击草绘器中的完成按钮退出草绘，回到拉伸模式，其他都跟上述一样把拉伸深度改为25，点击完成即可，拉伸实体创造完成，如下图所示。2.4 斜齿轮C的实体造型斜齿轮C分为两部分，但是它们的参数一样唯一不同的是齿顶直径不同，所以在这我们可以当一个齿轮画，后面切掉齿顶就可以。过程跟上述齿轮B一样！ （1）齿轮参数本例中斜齿轮齿数z=14，压力角=16.5齿宽b=38，基圆直径db=37.83533，分度圆直径d=39.55346，齿

16、顶圆直径da=47.57，齿根圆直径di=35.31。（2）按照上述方法进入零件模式。在旋转提的断面做齿轮造型，单击菜单中的“插入”“模型基准”“草绘”命令或者点击“基准”工具条中的“草绘”按钮，在弹出的“草绘”对话框选择上述旋转体的大端面为草绘平面，按照系统默认的视图方向和参照平面进入草绘模式，分别绘制分度圆、齿根圆、齿顶圆、基圆如下图：（3）建立渐开线 单击菜单“插入”“基准模型”“曲线”命令或者单击“基准”工具条上的“曲线”按钮，系统弹出菜单管理器,选择“从方程”“完成”选项。根据系统弹出的菜单提示，新建一个坐标系，单击屏幕右边的“坐标”选择FRONT平面为x轴，选择RIGHT平面为y轴

17、，选择系统默认的z轴方向。并在“设置坐标系”中选择“笛卡尔”类型，在系统弹出的记事本中输入如下图所示渐开线方程。 单击记事本中的“文件”菜单选项，保存并退出，在系统提示的“曲线”对话框中单击“预览”，如果出现的渐开线没有问题则可以点击对话框的“确定”按钮。如果出现问题，则需重新定义坐标系或者渐开线方程。确认无误后，渐开线方程如下图所示。（4）创建基准点、基准轴、基准平面 单击“基准”工具条中的“点”按钮，按住ctrl键连续选，中前面创建好的分度圆曲线和渐开线曲线，在两条相交处创建基点，如上图pnt1。 单击“基准”工具条中的“轴”按钮，按住ctrl键联系选中FRONT平面和RIGHT平面，在两

18、平面相交处创建一条基准轴A-6如上图所示。单击“基准”工具条中的“面”按钮，按住ctrl键连续选中刚刚创建好的基准轴A-6和基准点pnt1，创建基准平面DTM3。 建立另一个基准平面，单击基准工具条中的“面”按钮，按住ctrl键连续选择DTM1和轴A-6在所绘制区或者弹出的“基准平面”对话框中输入旋转角为6.42857143【旋转角=360/(4*Z)】。单击“确定”按钮完成基准平面DTM4的创建。附：对于标准齿轮，在分度圆上的齿宽和齿槽宽相等，因此对应的圆周角也应该相等。要创建出轮齿，就应该把两条渐开线都创建出来。创建的DTM4就是作为渐开线的镜像参照面，镜像平面即DTM4是某个轮齿的对称面

19、。（5）镜像渐开线 单击“基准”工具条上的“镜像”按钮，在弹出的操控面板上选择上述生成的渐开线，在选择镜像平面为DTM4，完成后得到第二条渐开线如上图所示。（6）创建齿根圆 单击“基础特征”工具条上的“拉伸”按钮，在定义草绘平面时候在“草绘”对话框中单击“使用先前的”按钮进入草绘模式，单击“使用”按钮提取已知的草绘齿根圆，使用“盲孔”方式拉伸38mm，得到拉伸特征。（7）创造轮齿截面 单击“基准”工具条上的“草绘”按钮，选择分度圆所在截面为草绘平面，按照系统的默认视图方向和参照平面进入草绘模式，单击“草绘器”工具条上的“使用”按钮提取已知的轮廓线并且使用相关命令绘制出所需要的线或曲线，绘制出的

20、截面如下图所示（8）复制轮齿截面 单击“编辑”“特征操作”命令，系统弹出如下图所示的“特征”菜单管理器，单击“复制”选项，系统弹出如图所示的“复制”菜单管理器，单击“移动”“选取”“独立”“完成”选项，按照系统提示选择上一步完成的斜齿截面为要平移的特征。在“移动特征”菜单管理器中选择”平移”选项，在“一般选取方向”菜单管理器中使用“平面”法线方式确定为移动方向，在确定移动方向后，在信息提示区输入偏移值为“38”，完成之后复制结果如下图所示。 继续执行复制命令，在“复制”菜单管理器中选择上一步的复制截面为复制对象，在“复制”管理器中选择旋转选项，在一“般选取方向”菜单管理器中选择“曲线/边/轴”

21、选项。按照系统提示输入齿根圆的轴线为旋转轴，旋转方向如图所示【旋转方向一定要按照齿轮的旋向来判断】。按照系统提示输入旋转角度。这里的旋转角需要进行一次简单的计算，公式为：a=2*arcsinb*tan(beta)/d,其中b为齿宽，beta为螺旋角，d为分度圆直径，代入公式及参数可以计算出旋转角a=26.8947359完成之后得到的旋转复制特征如下图。（9）创造分度圆曲面 单击基础特征工具条中的“拉伸”按钮，选择之前的草绘平面草绘，进入草绘后单击草绘器工具条上的“使用”按钮提取分度圆曲线的轮廓，完成之后在“拉伸”的操控面板中选择拉伸为曲面，其深度拉伸至齿顶圆另一端面来确定，其操控面板设置如下图

22、所示，完成之后得到的拉伸如上图所示。（10）创建投影曲线及建第一个轮齿 单击“基准”工具条中的“草绘”按钮，选择FRONT平面为草绘平面，进入草绘平面后绘制出一条斜线，斜线的角度为齿轮的螺旋角，单击草绘器工具条上的完成按钮结束草绘。 单击菜单“编辑”“投影”命令，在弹出的控制面板上选择刚刚创建的斜线为投影对象，投影参照曲面选择上一步中创造的分度圆曲面，并选择FRONT法相为投影方向，最后得到投影结果如下图所示。单击菜单中的“插入”“扫描混合”命令，系统弹出“扫描混合”的操控面板，注意选择创建为实体的按钮。在“参照”下滑面板中选择上步操作中创建的投影曲线为扫描轨迹，是属性采用默认值。在“截面”下

23、滑面板中选择前面通过选择复制得到的齿轮截面为“截面1”，最后单击“插入”并选择前面通过旋转得到的轮齿截面为“截面1”，最后单击控制面板上的完成按钮完成第一个轮齿的创建，如下图所示。（11）阵列得到其余轮齿及隐藏辅助曲面 选择上一步中创建的轮齿特征，单击“编辑特征”工具条上的“阵列”按钮，在弹出的“阵列”控制面板中选择“轴”的阵列的方式，选择齿根圆轴线作为阵列轴，输入齿数14以及角度360/14, 完成阵列后的的特征如下图所示。在模型树中选择拉伸的分度圆曲面单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“隐藏”选项。2.5 实体造型 如上面所示，在齿轮端面做拉伸实体造型，步骤如上述拉伸实体造型一样。 先点

24、击主菜单中“插入”“拉伸”命令进入“拉伸”控制面板，单击“放置”“定义”选项，打开“草绘”对话框，选取齿轮端面为草绘平面，其它默认系统设置，绘制如图所示圆形，点击完成。操作回到“拉伸”介面，输入所需要拉伸的长度为34.6点击确定，即完成实体拉伸。 后面的“拉伸”情况是一样的，只是长度不一样，如下图所示。2.6 最后一部分的旋转实体造型 旋转实体在上面情况中已经讲得很清楚了，点击菜单中的“插入”“旋转”命令，进入“旋转”控制面板，在控制面板中的“位置”“定义”选项，在弹出对话框中选取FRONT平面为“草绘”平面，画出所需要旋转的实体的二维截面，截面绘制完成后，点击完成按钮退出草绘模式，进入“旋转

25、”模式，设定自己的参数其他参数默认为系统的设置，输入旋转角度为360，点击完成即可，如下图。2.7 复杂退刀槽的实体造型（图纸中 ） 复杂退刀槽的造型，本例中用的实际是旋转去除材料。 点击菜单中的“插入”“旋转”命令，进入“旋转”控制面板，在控制面板中的“位置”“定义”选项，在弹出对话框中选取FRONT平面为“草绘”平面，画出所需要旋转的实体的二维截面，截面绘制完成后，点击完成按钮退出草绘模式，进入“旋转”模式，设定自己的参数其他参数默认为系统的设置，输入旋转角度为360，点击完成即可，如下图。 2.8 倒角 直接选取所需边倒角的边，选完了后，点击屏幕右侧的边倒角按钮，默认系统设置的参数，输入

26、所需要倒角值0.3、1.5、0.5，点击完成即可。 直接选取一些要求倒圆角的边或者曲线，选完后，点击屏幕右边的倒圆角的按钮，默认系统设置参数，输入需要倒圆角的半径为1、2、3，点击完成即可。 中间轴的实体造型整体都完了，其实体图形如下。 第三章 数控加工3.0 制定中间轴的加工工艺路线（1） 区域车削-粗车外轮廓（2）区域车削-粗车端面（3）区域车削-粗车外轮廓（4）凹槽车削-退刀槽的粗加工（5）轮廓车削-外轮廓半精加工（6）轮廓车削-外轮廓精加工（7）凹槽加工-切断工件3.1 机床选择由于给的图纸为中间轴，而且是齿轮轴，上面有两个齿轮B、C。轴的加工是采用车削，轴类零件时圆柱零件，所以主运动

27、是工件的旋转，进给是刀具的轴向运动，这样加工比较交单方便，齿轮加工可以用剃齿机床。3.2 零件的工艺分析 （1）端面加工：两端面没有粗糙度要求，故粗加工就可以，即粗车。 （2）轴轮廓的加工：轴轮廓表面有些面精度要求很高，粗糙度ra=0.4、ra=3.2,故这些面要求精加工，所以为粗车-半精车-精车。 （3）退刀槽加工：粗糙度要求ra=3.2. （4）齿轮加工：齿轮粗糙度要求ra=6.3,故粗车就可以。3.3 刀具选择及材料 刀具选择及材料在每步里面都有刀具的设定。 表31刀具及材料表3.4 制造工艺路线 根据上述原始的资料及加工工艺，分别确定各个加工表面的加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸及毛坯尺寸

28、如下：毛坯上下端面留余量2mm。 车削端面用粗车就行，粗车留余量2mm，端面没什么要求，故以此完成。 轴轮廓局部面精度要求很高，故粗车选择留加工余量为1mm,半精加工加工余量留0.5mm，精车完成。 退刀槽和凹槽加工用粗车留余量为1mm，半精车留余量1mm完成。 齿轮加工要求不高，用剃齿机剃掉轮齿，完成。3.5 工序卡 表32 工序参数表 工步号工步内容刀具号主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1粗车外轮廓T000112003001自动2粗车端面T0002600600.2自动3粗车外轮廓T000112003001自动4 凹槽加工T000310004000.3自动5 粗车外轮廓

29、T000112003001自动6 半精车外轮廓T00049004000.5自动7精车外轮廓T000510004500.28切断工件T0006500200自动 第四章 数控仿真加工4.1 粗车外轮廓局部表面（1）制造模型的创造 在制造模型中以默认方式装配参照文件。 单击制造元件工具条中的按钮，选择CHE-PEF.prt文件，默认设置，单击按钮，完成装配。如下图： 点击新工件按钮，使用自创工件，弹出自动工件上滑面板，点击草绘，进入草绘窗口，草会出一个圆形，打钩点击确定，如图所示。 （2） 操作设置 单击主菜单中的“步骤”“操作”命令，打开“操作设置”对话框。机床: 单击机床按钮，打开机床设置对话框

30、，其他使用默认设置选项，单击确定按钮，返回操作设置对话框。 加工零点：在操作设置中，单击加工零点后的按钮，然后新建坐标系，如图所示新建坐标系。退刀曲面。设限制退刀面为平面类型，z值为20。（3）粗车加工 单击区域车削按钮，弹出序列设置菜单，使用默认的刀具参数刀具运动选项，单击完成按钮。 刀具设置： 新建车削类型刀具，设定参数如图所示，单击应用确定。 参数：参数设定如图所示刀具运动： 在刀具运动对话框中点击插入按钮，弹出区域削切削对话框，此时需要建立车削轮廓。单击右侧的创建车削按钮，弹出车削轮廓上滑面板。单击草绘按钮，进入草绘，草会出需要的形状，确定即可。单击完成按钮，通过车削轮廓上的换向按钮，来调整轮廓线的位置及移除的材料侧，创建车削轮廓，返回区域车削切削对话框，单击激活按钮，在开始延伸及结束延伸中均选无选项，单击确定返回刀具运动对话框，单击确定。完成如上图所示刀具路线。 在菜单管理中，单击完成序列项。保存制造文件。（4）屏幕演示、 NC检查、“CL数据”的输出及NC代码生成在刚刚创建好的模型树上单击右键，点击菜单中的“播放路径”命令，弹出播“放路径”对话框，查看播放路径。点击弹出的菜单中选择“