CADCAMCAE课程设计说明书(蔡俊涛)

1、 华 南 农 业 大 学CAD/CAE/CAM课程设计迷你四驱车设计及加工蔡俊涛201030510601指 导 教 师夏红梅学 院 名 称工程学院专业及班级10机制6班提 交 日 期2013.5.10答 辩 日 期2013.6.5目录CAD1.四驱车底盘造型12.四驱车外壳造型5CAE1模型特点分析192定义材料属性203.定义单元类型214划分网格225设置边界条件226求解设置和加载237结果查看和分析238结果分析24CAM1.加工模型的建立242.加工中心的NC设置25设计总结体会总结29参考文献3132一、课程设计目的及基本要求 11 课程设计目的 随着CAD/CAE/CAPP/CA

2、M技术的不断发展，其应用领域越来越广泛。为了使学生更好地掌握CAD/CAE/CAPP/CAM相关技术在设计及实际加工中的应用，特设计本课程设计。本课程设计知识覆盖面广，涉及到机械制图学、机械工程材料、机械设计、制造基础、模具设计及制造、数控加工工艺学、三维设计软件、工程设计美学、人机工程学等专业基础理论课的知识，以及产品装配的实践能力。通过本课程设计，学生能够熟悉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，模具设计及加工的方法和步骤，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，培养团结协作精神，为走向工作岗位奠定基础。 12 课

3、程设计要求 设计产品，应用CAD/CAE /CAM相关软件完成产品零件设计，同时确定合适的工程材料，把各零件按照设计及运动要求进行装配，并对关键结构零部件进行工程分析校核。分析各个零件，确定需要进行机床加工的零件，建立加工模型，编排加工工艺，确定加工参数，完成模拟加工。【或者零件装配完成之后，设计型芯、型腔，完成模具的加工】。 要求设计的产品具有可装配性、宜人性和可加工性。二、CAD部分 计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生

4、的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。本课程设计利用CAD软件进行对本人从以前开始就特别钟爱的一部玩具四驱车造型异形进行建模设计,异形的特点为大轮胎，简洁凌厉的车身，见到的第一眼就非常喜欢，在选择设计建模对象时在网上偶然看到然后立刻决定画这款四驱车。2.1 底盘和车身的设计造型本说明主要针对四驱车底盘和上盖的模型设计，主要运用了CAD的实体和曲面建模的综合知识。从建模的过程来看，底盘首先对箱体部分使用了拉伸建立整体结构，接着运用切除，拉伸，抽壳对内腔部分进行建模，然后运用曲面放样和填充曲

5、面完成龙头建模；车身外壳是从后面的平面部分运用3D草图画出空间面，填充曲面，生成实体，车身中部和中部两侧多次运用放样曲面做出基本轮廓，然后运用曲面剪裁，曲面填充，加厚曲面，缝合曲面构成实体，多次运用镜像，减少工作量并保证对称性，其中有许多曲面连接处有缺口必须进行放样或填充，车身前部的双戟运用曲面填充，曲面剪裁，加厚形成实体，其余用拉伸，切除即可完成，其余部分零件较多不一一介绍，其结果如下图1所示.图2为真实模型的原型。图1 图22.1.1 创建底盘的箱体模型1、 新建零件文件，并命名为：底盘 2、 在前基准面创建矩形草图，使用拉伸创建底盘主体3、 在拉伸快上进行外轮廓多余部分的切除4、 在外轮

6、廓符合模型形状后进行抽壳5、进一步切除不需要的部分2.1.2 创建底盘的龙头1、设置好基准面，画出龙头的上表面2、画出龙头下表面外轮廓的草图，画一个3D草图：在两个草图轮廓的转折节点处用直线做引导线，进行放样曲面3、同理画下表面内轮廓和中间表面外轮廓的草图，放样曲面5、 在上表面，下底面用边界曲面形成封闭曲面，用缝合曲面生成实体6、 在龙头上生成螺栓孔，加强筋2.2.1 创建车身外壳1、新建零件文件，并命名为：外壳 2、在前基准面使用边界曲面创建外壳后部的第一片曲面3、设置好基准面，创建与第一片上边相接的平面4、创建与第一片曲面左边相接的平面5、画3D草图，与现有面两边相接，用填充曲面创建空间

7、曲面7、 同理在另一边创建空间曲面，生成曲面圆角8、 剪裁曲面的边角9、 创建上表面的突起结构，拉伸10、 切去两边11、利用曲面切除倾斜向外部分，镜像切除另一半11、 切除内腔12、抽壳12、 填充曲面，然后把建好的曲面加厚13、 创建车身的中心架，用合并曲线把两条平面曲线合成三维曲线，用三维曲线做引导线用放样曲面生成单侧中心架，镜像生成整个中心架14、 与中心架侧边相接，创建两侧的翼部，同样用放样曲面生成半边曲面，外侧的三维边线用合并曲线合并两条二维曲线生成，用三维曲线做引导线，再用草图切除多余曲面，镜像15、 曲面填充上表面的圆弧面16、 用等距曲面生成下凹的曲面，首先要分割曲面，等距曲

8、面，再用放样曲面填充两平行曲面的侧面17、 把生成的曲面加厚18、 创建单侧外周边，用拉伸等完成，镜像19、创建前端的戟，用曲面填充，再用草图剪裁多余曲面，继续填充曲面构成外轮廓，加厚生成实体，镜像20、装饰导管创建，先用扫描生成弯管，然后旋转切除，运用曲线驱动的阵列完成，镜像21、LOGO的创建，运用包覆命令，在上表面成型 至此，底盘和车身外壳的建模大致完成，其中省去了相似的步骤和细碎的修整填补曲面操作，大致上说明了建模的思路，结果如下图所示：三、CAE部分本文分析的是与马达啮合的双联齿轮的轴所受的应力。1.模型特点分析建模方法：因为proe和ansys兼容性较好，从proe中建立模型，直接

9、导入ansys中，选择structure为分析类型2.定义单元类型单元选型: 执 行 Main Menu<<Proprecssor<<Element Type<<Add/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 SOLID45. 如图所示。单击OK按钮，完成单元类型定义。3.定义材料属性 由于齿轮轴是碳钢材料，其弹性模量为EX=2GPa，泊松比为0.3。 定义材料的弹性模量和泊松比：执行MainPreprocessorMaterial PropsMaterial Models

10、命令，弹出Define Material Model Behavior对话框，如图所示。在Material Models Available栏中，依次选择StructuralLinearElasticIsotropic命令弹出正交线弹性材料参数定义对话框，输入材料的弹性模量EX=11000，泊松比PRXY=0.33，如图所示。 4.划分网格4.1定义单元大小 执行Main MenuPreprocessorMeshingMesh Tool命令，单击linespick all对话框，输入单元边长为0.2，如图所示。4.2自由网格划分 执行Main MenuPreprocessorMeshingMe

11、sh Tool命令，弹出MeshTool对话框。自由网格划分方法，单击Mesh按钮。5设置边界条件5.1选择面位移全约束定义两端面为固定约束执行Main Menu<<Solution<<Define Loads<<Apply <<Structura<<displace ment<<On Areas 命令，弹出面拾取框，选择两端面。在弹出的选择约束所有的自由度，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。6求解设置和加载6.1施加压力P执行Main MenuSolut

12、ionDefine LoadsApplystructuralForce/MomentOn Areas命令，弹出面拾取框，拾取上部表面的一半，单击OK确认。同时，弹出Apply F/M On Nodes对话框，设置大小为5，使其受到方向相反的力如图所示。6.2求解执行Main MenuSolutionSolveCurrent LS命令，弹出模型信息检查窗口和Solve Current Load Step对话框。单击Solve Currnet Load Step对话框的OK按钮，开始求解。7结果查看和分析7.1结构变形云图 执行Main MenuGeneral PostprocPlot Resul

13、tsDeformed Shape命令，弹出Plot Deformed Shpae对话框。选择显示变形后结果及变形前框架方式显示变形结果，如图所示。7.2显示结构当量云图 执行Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsContour PlotNodal Solu命令，弹出Contour Nodal Solution Data对话框。选择显示当量应力（von Mises stree）云图，单击OK按钮确认， 如图所示8结果分析此零件在危险面处所受应力有可能使作为约束的塑料 部分变形破坏，设计制造时应注意该位置的约束有足够强度避免因变形而断裂。四、CAM部分1.加工模

14、型的建立使用新建命令制造NC组件，使用mmns_mfg_nc模板。首先，使用模具模型_装配_参照模型，导入模型，选用缺省定位。生成如下右图。 2.2NC的各项操作设置设置机床，选择新建的坐标系（上端面轴线处）为加工零点，上表面向Z轴正方向偏移5为退刀平面，公差设置为1.。2.2.1凹坑铣削进行NC序列设置。选择加工_NC序列_体积快命令。进行设置如下图所示。 铣削的刀具设置，直径为3。铣削参数设置。拉伸要铣削的的柱体，铣削 2.2.2钻中心孔选择加工_NC序列_新序列_孔加工，参数设置如下。 在NC序列的加工窗口选取中，先选择铣削窗口命令，创建要铣削孔的轴线，然后选择毛坯的轴线，然后确定，如下

15、图。之后再用同样方法铣周围的8个孔，这样NC序列也就完成了。 2.3导出NC数据执行加工CL数据输出选取一NC数据db_profile文件MCD文件打勾完成选择P26文件类型Done Output。 五、设计总结、意见及建议 本次课程设计我选择了迷你四驱车模型，因为小学时候喜欢玩四驱车玩具，而且特别钟爱这款车型，再加上四驱车建模的难度适中，涉及钣金，实体建模，曲面建模的运用，能提高自己系统建模的能力，有助于形成合理的建模思想，更深刻地理解实际产品的设计和加工，于是网购了这部四驱车模型，边测绘边构思建模方法。CAD部分：底盘和传动部件不涉及很多曲面设计起来比较简单，虽说挺多零件但是思路比较清晰，

16、能按部就班的做出来；比较难的是车身外壳的建模，涉及大量三维曲面的运用，对曲面运用熟练程度要求很高，建模思路也比较复杂，我开始时无从下手，查阅很多曲面建模的书籍后才有了思路，在建模过程中我的建模思路和方法也发生了较大的改变：从开始的习惯于一步到位给曲面加很多约束遇到无法成型或成型质量不好到尽量分多步进行；对空间曲线的定位也从原先的直接用样条曲线到先用点定位，因为点容易定位和修改；从原来的酷爱运用高级命令到更乐于用简单命令得出结果，因为高级命令可能对后来的修改造成麻烦。经过这次课程设计，我感觉自己具备的专业知识技能还不够，有时很难把自己较为新颖的设计想法通过模型体现出来，对曲面的形成原理和技巧还需

17、要继续深入学习，通过多做多悟优化建模思路。CAE/CAM部分：因为之前学的Proe软件加工模块和分析软件ANSYS 都是比较基础的，在本次课程设计中，问及同学也有很多人不懂，于是我跑了图书馆借了相关的图书与观看演示课件视频，在夯实基础的同时有所提高，这才使自己的迷茫无力感慢慢消失。然而即便如此，时间上的不足和对ANSYS及Proe加工模块缺少理论基础让我也只能选择一些比较简单的零件进行模拟加工制造与分析，最后勉强完成了老师所布置的任务。 整体上感觉，这次课程设计是挺辛苦的，归结原因是课程知识学得不够，一来机械 CAD/CAM这门课程的学习时间比较少；二来教室的电脑设备又陈旧落后，上课人数又多，

18、闹哄哄的；三来上课是双语教学，所以上课内容理解起来较为困难。不过老师上课给我们演示的分析过程和加工过程给了我们启蒙和的作用。在这段时间的补充学习下，让我能够逐一解决遇到的问题，得到比较满意的结果，这一点是非常令人欣慰的，也让我肯定了自己的学习能力。对于课程老师夏老师，我觉得夏老师是一个很亲切的老师，上课与同学积极互动，巡视课室以免有同学上课开小差，是一位认真负责的老师。 我对本课程的建议分为以下几点： 1. 延长本课程的教学时间，一周四小节， 分两次上，别集中一星期连上三节，本来双语教学对于我们来说就有些难度，还有些枯燥，集中时间来上课，我们的学习效率必然不高； 2. 最美好的愿望是学校能对实验室的电脑设备进行更新换代，最基本的想法是学校能对损坏的设备进行及时的维修或更换，方便学生更好地学习； 3. 缩小学生上课的规模，本来设备就不够好不够多，晚去的同学总有找不到位子或者有位子没法操作电脑的现象，学生一多老师就难管，学生聊天玩游戏的现象也时有发生； 4. 感觉书本里边有挺多的概念性内容老师都没有讲到，而我们自己也是看不进去，因此我建议老师可以选用较为实际的教材，最好有分析和加工的简单