CADCAECAM课程设计说明书培训

1、目录一、设计任务书31.1机械课程设计的目的31. 2本课程设计任务31. 3多功能物料测试夹具装配图3二、CAD设计部分（实体建模）42.1、万能压缩试验机连接头设计42. 2基板设计52. 3垫块设计62. 4副夹板设计72. 5合页较链设计82. 6主夹板1设计92. 7主夹板2设计102. 8较支座设计122. 9多功能物料测试夹具装配图13三、CAE设计部分（AXSYS有限元分析）143. 1问题分析144. 2确定材料性能及受力情况145. 3建立有限元模型146. 4实体单元参数设置163. 5划分网格173. 6定义边界条件173. 7加载荷和求解183. 8结果分析183.

2、9结果分析19四、CAM设计部分（刀路设计分析）194.1分析零件结构，划分加工工序204. 2利用PR0/E软件数控加工模块进行演示20五、设计小结30六、参考文献3011/39一、设计任务书1.1 机械课程设计的目的随着CAD/CAE/CAPP/CAM技术的不断发展，其应用领域越来越广泛。为了更好地掌握CAD/CAE/CAPP/CAM相关技术在设计及实际加工 中的应用，现通过本课程设计，应用所学知识结合先进的 CAD/CAE/CAPP/CAM软件解决工程实际问题的方法，初步掌握零件 设计，加工的方法和步骤，培养严肃认真的科学态度，提高对所 学知识综合运用的能力，为走向工作岗位奠定基础。1.

3、 2本课程设计任务2. 2. 1CAD 部分应用Pro/E 4. 0软件对多功能物料测试夹具进行零件设计并实体 建模，把各零件按照设计要求进行装配。3. 2. 2CAE 部分对多功能物料测试夹具的主要零件运用ANSYS软件进行有限元分 析，得出变形图、应力云图等有限元分析结果。1.2 . 3CAM 部分应用Pro/E 4. 0软件的NC Programming模块进行主要零件的刀 路模拟加工分析，并得出数控加工代码。1. 3多功能物料测试夹具装配图多功能物料测试夹具是用于万能压缩试验机，以及一般机床上装夹不 同类型物料的可调整夹具。其装配图如下：1、万能压缩试验机连接头2、M6X25内六角圆柱

4、头螺钉3、M8X 100螺栓4、M8螺母 5、M8垫片6、基板 7、垫块 8、副 夹板 9、合页钱链 10、销轴a 11、销轴b 12、主夹板13、 校支座14、M6内六角圆柱头螺钉二、CAD设计部分（实体建模）万能无聊测试夹具的实体建模设计总体上来说是使用了由底而 上的产品设计方法，设计过程中运用了拉伸、旋转等实体建模的基本 方法。在万能物料测试夹具建模设计的过程中，除了学习建模方法外, 更多的是学习这种设计模型的思想。2.1、万能压缩试验机连接头设计其零件设计依据图纸如图所示：2.1.1零件设计步骤分析压缩试验机连接头零件的设计及建模均比较简单，首先，可拉 伸45段圆柱；其次，拉伸33段圆

5、柱；再次，拉伸15,去除材 料；最后，拉伸左端面四个小孔。2.1. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；to be or not to be建立新文件, 命名为 WNYSSYJLJT。创建拉伸特征，拉伸45圆柱。创建拉伸特征，拉伸中33段圆柱。创建拉伸特征，拉伸15孔。创建拉伸特征，拉伸4-6孔。文件存盘。2. 2基板设计其零件设计依据图纸如图所示：2. 2.1零件设计步骤分析基板的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。2. 2. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为JIBAN。创建拉伸特征，拉伸204X50X15长方体。创建拉伸特征，拉伸左右两边的跑道形槽，去除材料。创建拉

6、伸特征，拉伸4义中6不通孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸4-中10沉头孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸4-e6通孔，去除材料。文件存盘。垫块的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。2. 3. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为DIANKUAI。创建拉伸特征，拉伸42X32X20长方体。创建拉伸特征，拉伸中9通孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸9通孔，去除材料。创建拉伸特征，拉伸中9通孔，去除材料。文件存盘。2. 4副夹板设计其零件设计依据图纸如图所示:2. 4.1零件设计步骤分析副夹板的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。2. 4. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文

7、件，命名为FUJIABAN。创建拉伸特征，拉伸50X50X6长方体。创建拉伸特征，拉伸2X6和中9通孔，去除材料。文件存盘。2. 5合页钱链设计合页钱链的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。2. 5. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为HEYEJIAOLIAN。创建拉伸特征，拉伸截而如图所示，对称拉伸。创建拉伸特征，拉伸截而如图所示，去除材料。创建拉伸特征，拉伸截面不变，去除材料。创建拉伸特征,拉伸5通孔，去除材料。创建拉伸特征,拉伸10沉头孔，去除材料。创建拉伸特征,拉伸6通孔，去除材料。文件存盘。2. 6主夹板1设计其零件设计依据图纸如图所示:2. 6.1零件设计步骤分

8、析主夹板1的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。2. 6. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为ZHUJIABAN1。创建拉伸特征，拉伸截而如图所示，对称拉伸。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。创建拉伸特征，拉伸不通孔，去除材料。文件存盘。2.7主夹板2设计其零件设计依据图纸如图所示:2. 7.1零件设计步骤分析主夹板2的建模方法可通过简单的拉伸特征实现。2. 7. 2零件设计步骤启动软件，设置工作目录；建立新文件，命名为ZHUJIABAN2。创建拉伸特征，拉伸截而如图所示，对称拉伸。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸。创建拉伸特征，拉伸截面如图所示，对称拉伸，

9、去除材料。创建拉伸特征，拉伸不通孔，去除材料。文件存盘。2. 8较支座设计其零件设计依据图纸如图所示:15 / 39文件存盘。CAD部分的主要零件建模就这些，其余的零件如螺栓、螺母、垫片、内六角螺钉、销轴等由于零件过于简单就不再一一展示了，直接在装配图里而体现。2.9多功能物料测试夹具装配图-迎三、CAE设计部分（ANSYS有限元 分析）对多功能测试物料夹具进行分析，从装配图和结构上可以很明显 地看出，夹具的主要受力部分是两块主夹板，因此主夹板容易出 现变形，从而影响V形块定位的精度。这里就只对主夹板1所受 的静力模型进行简化，运用ANSYS软件中的静力分析对其进行分 析。最后对得到的结果进行

10、讨论。对主夹板1的有限元分析3. 1问题分析主夹板1零件图如右图所示：结合装配图，可知当万能压缩试验机给夹具在上下连接头施力时, 主夹板1和2夹紧工件，同时工件对主夹板接触面有一个反作用 力，此时主夹板在销轴连接孔处和及合页较链接触面即下表面被 约束住。3. 2确定材料性能及受力情况主夹板1材料为45钢，弹性模量为200GPa,泊松比为0.3, 假设受力为均布力lOOMPao3. 3建立有限元模型由于零件己经有建立好的PRO/E模型，所以可以利用标准格 式数据模型文件导入的方法在ANSYS中建立有限元模型。3. 3. 1建立IGES格式模型文件本文通过PR0/E4. 0软件建立模型文件,并把文

11、件保存为副本, 文件名为zhujiabanl,其模型数据格式为IGES。3. 3. 2清除ANSYS数据库启动 ANSYS 软件,执行 Utility Menufileclear&Start New 命令，弹出 clear database and start new 对话框，选择 read file ,单击 OK.3.3.3 更改文件名执行 Utility MenufileChange Jobname 命令，在弹出 Change Jobname 对话框中输入 zhujiabanl,单击 OK. x 卬”413闻 CM, ww*8T jrf 一 一 j，司句*! crt 少6蜀阂回hn a词

12、qut|3. 3. 5读取IGES格式模型文件执行 Utility MenufileimportIGES 命令，选择 No defeaturing,单击OK。在弹出的对话框单击Brows,选择需要导 入的IGES文件，单击0K完成模型的输入操作。CAD模型导入ANSYS 后的效果如图所示。B3M.0B| QJCT| P0Wft3PH| in MenuKti1Portproc rt Pstpr。 心I Opt ol Cporr Opt Hi0H / Opt x stuEditor3. 4实体单元参数设置 3. 4.1定义单元类型A rypcn、IAMUry 0H Trp*2R，l3 W9 t-3

13、 W -3C -2N3 A3C2 Fi a加3b i)P2P；。加.-FostproJ Elarrwr* typ，*e” ntmbcrA t-bry rf Bwrant 产、Q bb Irnr 2$red.、一不二57式：一2Mod 136,4一上夕一口臼匈匈匈包回51刃剑匈回国闿AlTIll川本模型是三维的实体，执行Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，在弹出对话框单击Add按钮，在 Library of Element Type 对话框中选择 SolidBrick 8node 45. 如图所示 Re Ust gM*o/匕3.4

14、.2定乂材料属性定义材料的弹性模量和泊松比：执行 Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterialModel命令，在弹出的对话框的Material Modeling Available栏中，依次选择 StructuralLinearElasticIsotropic,在弹 出的对话框中输入材料的弹性模量EX=200000(MPa),泊松比PRXY=0. 35.如图所示5eWt 0ot亚必oH.1gj刃总工；B3|3 11 jJ36 / 393. 5划分网格木文采用自由网格划分功能对几何模型进行划分。首先要设置网格的大小，执 行 Main Menu Prepr

15、ocessor MeshingSize CntrlsSmartSi zeBasic 命令, 在弹出对话框中IVEM； SUM-OBI rior (3 1!* TX 田 Ral dxtt CB BAatafial Frcpt 43 *Me* a Mcdirq AW心田 nsE mswscmrte aMMMrCyiU 国 Coftcaerle mMMh e MMffx mChdcMMh mdMTG) Numbrwip Ctrfc cn Afihrr* ModtiS SufWhJ/y* flotaan cm up B Mjlti Add St Up 电3” 32 Pyciu tB FJth OgbE

16、 二S4S3山上选择4o接着进行网格划分。执行Main MenuPreprocessorMeshing Mesh Tool命令，在弹出对话框中选择离散对象为Volumes (体),单元形状为Tet和Free,单击Mesh,选择生成的 实体模型，程序将自动完成网格划分。结果如图所示。3. 6定义边界条件该处选用面加载方式施加固定边界条件，定义销轴连接孔和上表 面（有孔）为固定边界条件。执 行 Main MenuSolutionDefine LoadsApply Structuraldisplace mentOn Areas 命令，弹出而拾取框， 选择销轴连接孔和下表面两螺纹连接孔。在弹出的选择约

17、束所有 的自由度，即All DOF；通过VALUE定义自由度为0.单击OK,完 成了边界条件的施加，如下图所示。3.7加载荷和求解3. 7. 1施加均布载荷执行 MainMenuSolutionDefine LoadsApplyStructural PressureOn Areas命令,在弹出的对话框中填入载荷lOOMPa。 如图所示3. 7. 2求解执行 Main MenuSolutionSolveCurrent LS 命令，弹出模型 信息检查窗口和对话框，单击0K,开始求解。3. 8结果查看执 行 Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed

18、Sharpe命令，在弹出对话框中选择显示变形 后的结果和变形前框架方式显示变形结果，可得到结构变形云图 如下图所示。执 行 Main MenuGeneralPostproctPlotResultContour PlotNodal Solu,在弹出的对话框 ContourNodal Solution Data 中选择 Nodal SolutionStressvon Mises stress显示当量应力云图，单击OK,如下图所示由图可知结构的最大应力是148. 189Mpa。3. 9结果分析从ANSYS分析结果的结构变形云图可以看出，零件在受力的作用 下变形主要产生在销轴连接部分，特别是在靠近受力

19、面处的变形 时最大的。从当量应力云图中也可以看出，最大应力出现在销轴 连接孔靠近受力面处。因此我们在设计零件时要特意去关注此处 的结构，考虑改变其结构，以减小其应力。四、CAM设计部分（刀路设计分析）作为定位和测试元件，多功能物料测试夹具对其本身的加工精度 要求很高，固大部分零件都需要经过高精度的数控机床加工，如 基板、主夹板和垫块等。由于篇幅问题，在此只选取了加工较为 复杂的基板进行Proe 4. 0的NC Programming刀路运动仿真。其三维模型如图所示4.1分析零件结构，划分加工工序该零件结构比较简单，只需铳槽和钻孔。加工尺寸如图所示郴I I选用毛坯尺寸为220X60X20mm。加

20、工工序安排如下表所示序号匚序刀具主轴转速S/(r/min)进给速度f (mm/min)1铳削轮廓，将220 X 60 X 20mm 毛坯铳为204 X6 12端面立铳刀80020050X 20mm2铳削上表面，铳去5mm6 12端面立铳刀15002003铳左右两个跑道形槽中6端面立铳刀8001004钻中间4个66 不通孔，深度为 10mm66钻头800205钻中间4个6 10沉头孔6 10钻头800206钻中间4个6 6通孔66钻头800204. 2利用PRO/E软件数控加工模块进行演示4. 2. 1铳削轮廓新建一个文件，选择制造类型，命名为“ jiban，选择mmns_nifg_nc 模板。

21、引入参照模型，由于零件模型已经建好了，所以直接在制造模型中 选择装配一一参照模型，选取零件 jiban，选择固定约束。引入工件，由于零件模型已经建好了，所以直接在制造模型中选择装配一一工件，选取零件 maopi，选择固定约束。- 2加?。震 I?一 d a c o(j /却也Fk 42制造设置在制造设置中输入操作名称为profile；设置机床为车床MACH01, 机床类型为铳削，轴数为3轴；新建加工零点，选择工件一个顶点；选择退刀平面，选择工件上表面向上偏移10mm,具体如图所示1gs京rt的*M8x0 IWB i S)Baenffrz设置刀具参数，如图所示a* |i8S IBW*华 |偏移亲

22、njii-0 U加工方法设置在制造菜单中选择加工一一NC序列一一加工一一轮廓一一3轴 完成。输入C序列名pro,接着设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示选取加工表而，选择参照模型的四周而。演示轨迹屏幕演示，如图所示nccheck,选中NC检测，选中工具选项nccheck_typeNC检测，运行，保存NC检测结果为pro,如图所示4. 2. 2铳削上表面加工方法设置在制造菜单中选择加工一一NC序列一一新序列一一加工一一表面一一3轴一一完成。输入NC序列名f软ce,刀具参数设计不变，设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示选取加工表而，选择参照模型的上表面。演示轨迹屏幕演示，如图所示NC检

23、测，选中NC检测，恢复pro序列检测结果，运行，保存NC检测结果为公ce,如图所示4. 2. 3铳削左右两个跑道形槽加工方法设置在制造菜单中选择加工一一NC序列一一新序列一一加工一一轮廓一一3轴一一完成。输入NC序列名pro,刀具参数设计如图所示设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示文体F)加妙)5(1)工A当笈甬；全打金月金跺密 屹n后FKFILI-0：胡削巡柏里:co * n点送筌M自由法绐一EIR.CT_JED羽人也为里.石长星区公差0.01Bk雌的王件依则坨许的曲面毛城.用空索保度0加摸必牵开去仝为必5 JI主物座不SCO0MLWT*、厂漏口nCJ 选取加工表而，选择参照模型的左右

24、两个跑道形槽。演示轨迹屏幕演示，如图所示NC检测，选中C检测，恢复face序列检测结果，运行，保存C检测结果为pr。,如图所示4. 2.4钻中间4个66不通孔，深度为10mm加工方法设置在制造菜单中选择加工NC序列一一新序列一一加工一一孔 加工一一3轴一一完成。输入NC序列名hole-01,刀具参数设计如图所r依上设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示选取加工表而，选择参照模型的四个0 6深度为10mm的不通孔。演示轨迹屏幕演示，如图所示NC检测，选中NC检测，恢复pro序列检测结果，运行，保存NC检测结果为hole-01,如图所示4.2.5钻中间4个610沉头孔，深度为6mm加工方法设置

25、在制造菜单中选择加工一一NC序列一一新序列一一加工一一孔 加工一一3轴一一完成。输入NC序列名hole-02,刀具参数设计如图所 示设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示选取加工表而，选择参照模型的四个巾6深度为10mm的不通孔。演示轨迹屏幕演示，如图所示NC检测，选中NC检测，恢复hole-01序列检测结果，运行，保存NC检测结果为hole-02,如图所示4. 2.6钻中间4个66通孔加工方法设置在制造菜单中选择加工一一NC序列一一新序列一一加工一一孔 加工3轴完成。输入NC序列名hole-03,刀具参数设计如图所 示设置序列参数，其主要的参数设置结果如图所示选取加工表而，选择参照模型的

26、中间4个66通孔。演示轨迹屏幕演示，如图所示NC检测,选中NC检测，恢复hole-02序列检测结果，运行，保存NC检测结果为hole-03,如图所示4.2.7输出CL数据在制造菜单中选择加工一一CL数据一一输出一一操作profile文件CL文件、MCD文件、交互完成。弹出信 息窗口，如图所示，则表示成功输出Tap文件。jU 三导患 (C:Usershu3nAppD3t3LocaMemp9S.tmp 立仲评6和臣Log FilePro/HC-CPOST hill, Uersion 6.1 P-10.8, Copyright(c) 2007 Build number-58 Date=05-27-2

27、613 Tine二。耻37:21 Input File-jiban.ncl.NOption FilP-uncxDl.p12Flltor Flle=uncxOl.f12* Tape length 6.59 Cycle tirw 38.92 Uarnings a * Date=05-27-2613 Tine=。耻37:21、J A C5KSJ jiban.tap -记事本c闫次j文件旧病瑁(E)=(O)查看(V;帮助(H)N5 GtFN10 ( / JIBAN)N15 GO GIT G99N20 C90 G94N25 GO G49N30 T1 M06N35 S800 M03N40 GO G43 ZLO. HlN45 X-2LS. Y5.N50 ZO.N55 G1 Z-10. F200.N60 Y55.N65 G2 X-212. YG1. IS. JO.N70