1、 成绩： CAD/CAM/CAE 设计实践课程设计课 程： CAD/CAM/CAE 设计实践 学 期： 20132014 学年第一学期 教 师： 时 间： 姓 名： 学 号： 年级、专业： 西南交通大学立式钻孔机的 CAD/CAM/CAE 设计1、立式钻孔机简介1.1、立式钻孔机的工作原理1.1.1、工作原理立式钻孔机动力来源于电机，通过电带动电机产生转动。因而与电机相连的皮带轮即发生相应转动，此转动通过传动轴上不同传动比的齿轮的作用，实现变速。而立式钻孔机侧面具有调节转头上下移动的装置，通过其顺时针或者逆时针的相应转动，即可使得转头进行上下移动。因此对于在一定厚度范围内的物体，通过将其置于载
2、物台固定，转头旋转之后进行上下移动，即可实现对于一定厚度范围内的物体的钻孔。1.1.2、应用领域立式钻孔机广泛运用于各种工厂的钻孔作业中，并且主要用于加工较小较薄的产品。产品材料包括木质，塑料，钢铁等，多种多样。加工的产品类型多样，涵盖重轻工业，航空，车辆等等。可以说，立式钻孔机与我们日常生活息息相关，常见而运用广泛。1.2、立式钻孔机国内外研究情况打孔技术起源于我国。根据古书川盐纪要记载，我国早在 2200 多年前的秦代就开始利用钻探技术凿井取盐。早期的打孔机是由人力驱动的简单冲击式机械，经长期不断演变、发展，成为现代具有机动动力驱动的各种冲击式钻机。而本文所述的立式钻孔机为手动钻孔机，它包
3、括一个手动传递机构，一个轴向进给机构，一个导向机构，一个间隙调整机构。产品密封性能良好，工作稳定，劳动强度低、可一机多用。而目前立式钻孔机技术在国内外都已达到成熟，各方面性能都相当稳定。 2、立式钻孔机产品的装配立式钻孔机的结构分析proe 建模，绘制成的立式钻孔机的装配图和爆炸图如图 2-1 和图 2-2 所示：图 2-2 立式钻孔机的装配图 图 2-2 立式钻孔机的爆炸图 连接：由装配图、爆炸图的组合可看出，两半外壳之间通过螺钉螺母连接，电动机与固定平板通过螺钉连接，固定平板与外壳也如此。两皮带轮通过皮带连接，而两皮带轮的固定通过键槽与其外部的固定装置。轴承与外壳通过嵌入，齿轮与转动轴之间
4、有键槽，通过轴本身与固定套进行固定。主轴上下移动通过把手旋转装置对主轴进行上下拨动。固定板与光轴之间通过旋转固定。底座与光轴，外壳与光轴都通过加强套进行固定，由螺钉螺母进行连接。外壳中的连接多通过齿轮的传动和轴承进行连接。装配：由装配图、爆炸图的组合可看出，底座、加强套、螺钉、螺母之间通过两个轴对齐，面配合即可装配。外壳、加强套、螺钉、螺母之间，电机、固定板、螺钉之间同理。外壳与轴之间通过一个轴对齐，一个面对齐进行装配。轴，键，齿轮之间通过一个轴对齐，三个面配合进行装配。而它们与外壳之间则通过一个轴对齐，一个面对齐进行装配。两个皮带轮与皮带之间通过一个相切，一个轴对齐，一个面对齐进行装配。把手
5、，齿轮轴之间通过螺钉连接，装配方式为一个轴对齐，一个面配合。装配方式大致如此。 利用 CAD 软件绘制一轴的工程图，如下图所示：3、传动轴零件的 CAM 过程3.1、绘制加工轮廓线打开 Mstercam X5 软件，在绘图区底部的属性栏中单击“平面” ，从中选择“H 车床半径”|“设置平面到+X+Z 相对于您的（WCS） ”，接着绘制传动轴的外轮廓线，如图 3-1 所示：图 3-1 传动轴外轮廓线3.2、选择机床系统在菜单栏中选择“机床类型”|“车床”|“默认”命令。3.3、设置工件素材在刀具路径操作管理器中，进行材料设置，如图 3-2 所示：图 3-2 工件材料3.4 车右端面在菜单栏中选择
6、“刀具路径”|“车端面”命令，进行刀具参数设置，如图3-3，图 3-4 所示，完成生成车端面的刀具路径如图 3-5 所示。图 3-3 车端面刀具路径参数图 3-4 车端面参数图 3-5 车端面刀具路径3.5、粗车右半边工件在菜单栏中选择“刀具路径”|“粗车”命令，设置刀具等参数，完成生成粗车的刀具路径如图 3-6 所示：图 3-6 粗车刀具路径3.6、精车右半边工件在菜单栏中选择“刀具路径”|“精车”命令，设置刀具等参数，完成生成精车的刀具路径如图 3-7 所示：图 3-7 精车刀具路径3.7、左半边工件的车端面、粗车、精车加工与右端加工进行同理操作生成总的刀具路径，如图 3-8 所示：图 3
7、-8 总刀具路径3.8、加工键槽在菜单栏中选择“机床类型”|“铣床”|“默认”命令，铣 2 个键槽，加工键槽刀具路径如图 3-9 所示：图 3-9 键槽加工路径3.9、进行验证加工加工后的工件如图 3-10 所示：图 3-10 加工完成图3.10、主要的程序段（程序截取前 10 句）%O0000 程序命名为0000G21 毫米单位输入G0 T0101 快速移动定位，换1号刀，刀具的补正号是1G18 选择XZ平面G97 S1919 M03 主轴正转，恒转速为1919r/min G0 G54 X45.618 Z150. G54调用工件坐标系，刀具快速移动到坐标点X45.618，Z150. G50
8、S3600 G50设置工件零点，主轴转速3600r/minG96 S275 G96恒线速控制，设定切削速度(线速度)为275G99 G1 X-1.6 F.2 G99每转进给量0.2mm/r，工进到点X-1.6G0 Z152. 刀具迅速移动到Z150，X22.9的位置X22.9 表 1 工艺过程卡片产品型号 零件图号西南交通大学 机械加工工艺过程卡片产品名称 金刚石钻孔机 零件名称 传动轴 共 页 第 1 页材 料 牌 号 45 钢 毛 坯 种 类 棒料 毛坯外形尺寸 30150 每毛坯件数 1 每 台 件 数 备 注工 时 工序号工 名序 称工 序 内 容车间工段设 备 工 艺 装 备准终 单
9、件1 铸造 铸造毛坯2 热处理 退火（消除内应力）3 车 粗车左端面钻中心孔，粗车各圆柱面留精车余量 CA6140 三爪卡盘4 车端面 粗、精车右端面 CA6140 三爪卡盘5 车 工件换边夹住，粗车各圆柱面 倒角 CA6140 三爪卡盘6 车 精车左端各圆柱面到要求 CA6140 三爪卡盘7 铣 铣轴上的 2 个键槽以达要求 XK6140 机械式平口钳8 去毛刺 去除全部毛刺 钳工台9 终检 按零件图样要求全面检查设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期）小明标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期2013-12-2
10、0 2013-12-21表 2 工序卡片产品型号 零件图号机械加工工序卡片 产品名称 金刚石钻孔机 零件名称 传动轴 共 页 第 页车间 工序号 工序名 材料牌1 45 钢毛坯种类 毛胚外形尺寸每毛坯可制作件数每台件数设备名称 设备型号 设备编号同时加工件数车床、铣床 CA6140、XK6140夹具编号 夹具名称 切削液工序工时工位器具编号 工位器具名称准终单件描图工步工时描校工步号工 步 内 容 工 艺 装 备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切削深度mm进给次数 机动 辅助1 车右端面 三爪卡盘 800 0.5 12 粗车右边各圆柱面 三爪卡盘 800 0.23 精车右边各
11、圆柱面 三爪卡盘 1000 0.1 0.24 车左端面 三爪卡盘 800 0.5 15 粗车左边各圆柱面 三爪卡盘 800 0.26 精车左边各圆柱面 三爪卡盘 1000 0.1 0.27 铣键槽 机械式平口钳 800 0.5 2底图号装订号设计（日期） 审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记 处数更改文件号签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 2013-12-20 2013-12-214、传动轴零件的 CAE 过程先定义材料（STEEL） ，对轴进行材料分配（STEEL） ，接着进行约束和施加载荷，对键槽施加 X 方向的力 550N，结果如图 4-1 所示：图 4-1 分配材料
12、并约束施加载荷点击“分析和研究” ，如图 4-2 所示，点击文件新建静态分析，按绿旗运行按钮，运行结束后，按“查看设计研究或有限元分析结果” ，查看应力、应变分析得结果如图 4-3，图 4-4 所示：图 4-2图 4-3 轴的应力图 4-4 轴的应变由图 4-1 和图 4-2 可知，最大受力在轴小端键槽与键连接处，最小受力在轴端部，查机械设计书，可得材料 45 钢的直径小于 100mm 的轴的许用弯曲应力=55 ，由于 ，由图可知满足工作要求。1MPamax15、结论通过对立式钻孔机产品的 CAD/CAM/CAE 设计，缩短了产品设计周期，降低了设计成本，设计阶段就可以清楚地掌握其加工方式和力学性能，避免一些简单的错误，有利于立式钻孔机的批量生产。6、参考文献1、濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社.2006,5.2、刘国华，李德溥，张海兵.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 产品设计行业应用实践.机械工业出版社.2010,3.
