落地扇设计及加工说明书

1、课 程 设 计机械CAD/CAM落地扇设计及加工指导教师 学院名称 专业名称机械设计制造及其自动化论文提交日期 论文答辩日期答辩委员会主席 _评 阅 人 _目 录1总体设计41.1爆炸图41.2零件材料选择51.3渲染效果图52零件设计62.1零件09建模过程62.2底座72.3控制面板82.4电机壳82.5扇叶92.6其它零件103装配和仿真103.1装配10子装配110子装配210子装配311总装配113.2仿真124工程分析校核125加工145.1选择材料及毛坯155.2加工前准备155.3工序划分155.4制造设置15进入制造的用户界面155.4.2 装入工件和参照模型16创建基准坐标

2、系16设置NC机床17设置刀具185.5工序一：Volume Milling22新建序列22选择刀具22编辑序列参数22选择坐标系23退刀设置23定义体积块235.5.7 NC检测并生成刀具路径文件24生成程序文件255.5.9 查看序列信息265.6工序二：Holemaking（Drill）27新建序列27选择刀具27编辑序列参数27选择坐标系27退刀设置275.6.6 Hole设置27屏幕演示：285.6.8 生成程序文件28查看序列信息285.7工序三：Profile Milling29新建序列29选择刀具30编辑序列参数30选择坐标系30退刀设置30创建铣削轮廓面31屏幕演示325.7

3、.8 生成程序文件32查看序列信息335.8工序四：Holemaking（Drill）34新建序列34选择刀具34编辑序列参数34选择坐标系34退刀设置345.7.6 Hole设置34屏幕演示：35生成程序文件35查看序列信息355.9工序五：Holemaking（Drill）361总体设计CAD和CAM部分所使用软件为Pro/E 4.0，CAE部分所使用软件为ANSYS 12.0。1.1爆炸图图1-1 落地扇装配爆炸图1.2零件材料选择 落地扇各零件材料如表1-1所示。表1-1 落地扇零件材料表零件编号01,1102,03,0408,1518其余材料H65铜40Cr45不锈钢ABS塑料PP聚

4、丙烯1.3渲染效果图图1-2 落地扇渲染效果图2零件设计2.1零件09建模过程 以零件09（如图2-1）为例说明三维建模过程。图 2-1 零件091） Extrude：以TOP平面为基准，草绘如图2-2所示图形，向上拉伸25。2） Draft：以底面为Draft hinges,侧面向里拔模。3） Round：倒角R12和R5。4） Shell：移去底面，抽壳厚度为3。5） Extrude：以RIGHT平面为基准，草绘如图2-3所示图形，选择曲面，对称拉伸45。6） Extrude：以上面为基准，草绘如图2-4所示图形，选择曲面，向上拉伸50。7） Merge：合并两个拉伸曲面，保留下部。8）

5、Solidity：实体化Merge的结果。9） Hole：做直径分别为的三个孔。10） Round：倒圆角R5和R70，完成。图 2-2 图 2-3图 2-42.2底座 底座（零件16）主要起支承作用，建模时要用到Section Demo命令生成顶部曲面，内部有“井”字型的筋，可提高零件整体强度和风扇使用时的稳定性。图 2-5 底座2.3控制面板 零件19用到了Section Dome、Shell、Offset等命令，主体用椭圆拉伸切除获得。上旋钮（零件17）调节风的类型，如自然风、睡眠风、标准风，同时具备ECO风，根据室内温度自动调节转数，做到快慢刚好。中部按钮（零件21）可调节风速，你每档

6、风速有对应的工作指示灯。下旋钮（零件17）可1、2、4、8小时预约开机、定时关机。图2-6 控制面板2.4电机壳 电机壳（零件14）内装风扇的动力元件电动机，前端连接风扇框（零件15）、零件06以及扇叶（零件18），顶部窗形孔与零件02连接，并有电线从中穿过。尾部开口装散热片（零件07）。图2-7 电机壳2.5扇叶扇叶通过叶片适当的装置角及圆弧度，使叶片在旋转时对空气产生一定的压力，形成气流。扇叶是电风扇的重要部分，它的大小与形状对电风扇的风速、风量、功率消耗、噪声及振动等性能都有很大影响。 该扇叶采用ABS塑料一次注塑成型，叶片厚度为1.2mm，具有易加工，耐腐蚀及重量轻等特点。扇叶由三片阔

7、刀型叶片组成，叶面阔大，降低了叶片对空气的压强，有利于降低空气振动频率, 减小噪声强度。主体部分设计要保证风叶的安装和定位，因此中心轴设计有嵌件。加强筋能提高强度，减小安装误差。图2-8 扇叶2.6其它零件零件1至6均为连接件，使用简单的拉伸旋转命令即可生成三维模型。零件08装在风扇框中间，避免杂物干扰扇叶工作，同时起装饰作用。零件10与零件03、零件05连接，零件11与零件10连接，可调节落地扇整体高度。 零件12和零件09通过螺栓（零件01）连接，以此调节扇叶与垂直平面的夹角，从而控制风向与水平面的角度。 零件13可加强零件05与底座的连接，并装饰落地扇外观。3装配和仿真3.1装配子装配1

8、 1）新建文件asm-fan-1.asm。2）装入零件16，约束为Default。3）装入零件05，轴对齐：A_3（prt05）和A_4（prt16）；面对齐：Surf_F5（prt05）和Surf_F10（prt16）。4）装入零件13，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_2（prt13）和A_4（prt05）；Translation：Surf_F5（prt13）和Surf_F13（prt16）。完成。子装配2 1）新建文件asm-fan-2.asm。2）依次装入装入零件19、零件20和零件21，约束均为为Default。3）装入零件17，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_2（prt17）和A

9、_26（prt19）；Translation：Surf_F5（prt17）和Surf_F16（prt19）。4）再次装入零件17，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_2（prt17）和A_25（prt19）；Translation：Surf_F5（prt17）和Surf_F16（prt19）。5）装入零件04，对齐：A_3（prt04）和A_2（prt19）；匹配：Surf_F5（prt04）和Surf_F8（prt19）。6）装入零件12，对齐：A_4（prt12）和A_3（prt04）；匹配：Surf_F7（prt12）和Surf_F5（prt04）；匹配：RIGHT_F1（prt12）和F

10、RONT_F3（prt19）。完成。7）装入零件03，对齐：A_3（prt03）和A_4（prt19）；匹配：Surf_F5（prt03）和Surf_F9（prt19）。子装配3 1）新建文件asm-fan-3.asm。 2）装入零件14，约束为Default。3）装入零件15，对齐：A_13（prt15）和A_4（prt14）；匹配：Surf_F9（prt15）和Surf_F5（prt14）。4）装入零件06，对齐：A_3（prt06）和A_4（prt14）；匹配：Surf_F5（prt06）和Surf_F9（prt15）。5）装入零件18，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_2（prt18）

11、和A_4（prt14）；Translation：Surf_F5（prt18）和Surf_F10（prt14）。6）装入零件15，对齐：A_9（prt15）和A_9（prt15）；匹配：Surf_F5（prt15）和Surf_F5（prt15）。5）装入零件08，对齐：A_2（prt08）和A_9（prt15）；对齐：Surf_F5（prt08）和Surf_F9（prt15）。完成。总装配 1）新建文件asm-fan.asm。装入子装配asm-fan-1，约束为Default。2）装入零件10，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_2（prt10）和A_3（prt05）；Translation：Su

12、rf_F5（prt10）和Surf_F5（prt05）。3）装入零件11，选择约束类型为Cylinder。轴对齐：A_2（prt11）和A_4（prt10）。4）装入子装配asm-fan-2，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_3（prt03）和A_2（prt10）；Translation：Surf_F5（prt03）和Surf_F5（prt10）。5）装入零件09，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_10（prt09）和A_6（prt12）；Translation：RIGHT（prt09）和RIGHT（prt12）。6）装入零件01，选择约束类型为Cylinder。轴对齐：A_2（prt01）和

13、A_6（prt12）。7）装入零件02，对齐：A_2（prt02）和A_4（prt09）；对齐：Surf_F5（prt02）和Surf_F10（prt09）。8）装入子装配asm-fan-3，选择约束类型为Pin。轴对齐：A_5（prt14）和A_2（prt02）；Translation：Surf_F13（prt14）和Surf_F5（prt02）。9）装入零件07，匹配：Surf_F5（prt07）和Surf_F9（prt14）；插入：Surf_F5（prt07）和Surf_F9（prt14）；插入：Surf_F5（prt07）和Surf_F9（prt14）。完成。3.2仿真 定义伺服电机：

14、 ApplicationMechanism单击，弹出【Sever Motor Definition】对话框Type，选择Motion Axis为Connection_5_.first_rot_axis：ASM-FAN-3Profile，Velocity、Consant、A=300。 机构分析：单击设置Minimum=0.1，Frame Rate=10，End Time=100Run。4工程分析校核 以零件prt09为例进行工程分析校核，其材料为PP聚丙烯。第一步：定义工作文件名和分析标题（1）打开ANSYS12.0，设置工作目录。（2）执行Utility MenuFileChange Jobn

15、ame，在弹出的对话框中输入Static Analysis,选中New log and error files复选框，单击OK。（3）FileChange Title，在弹出的对话框中输入Deformation and stress calculation of support，单击OK。第二步：导入几何模型 （1）FileImportPro/E选择prt09.prtOK。 （2）修改背景颜色：PlotCtrlsStyleColorsReverse Video。（3）Area标号：PlotCtrlsNumbering勾选Area number单击OK，结果如图4-1所示。图4-1 Area标号

16、结果 图4-3 自由分网第三步：定义材料属性（1）定义为线弹性几何各向同性材料，弹性模量为2GPa。第四步：定义单元类型（1）选择单元类型为SOLID92，如图4-2所示。图4-2 定义单元类型第五步：划分网格（1）执行PreprocessorMeshingMeshTool，选择自由分网（如图4-3所示）。第六步：定义边界条件（1）对面A3和A6上的点施加全约束。（2）对孔内圆面上的点施加压应力=50MPa。（3）对孔内圆面上的点施加压应力=100MPa。第七步：求解（1）确定分析类型为结构静态分析Static。（2）确认边界条件、分析类型及载荷正确后进行求解。第八步：后处理（1）显示变形结果

17、及节点应力云图，由图4-4可知，结构的最大变形为2.125mm，最大应力为263.65MPa。由于圆孔位置存在应力集中现象，故最大应力产生于孔的正Y方向或孔负Z方向。图4-4 变形结果及节点应力云图5加工以零件prt09为例 进行CAM加工。5.1选择材料及毛坯选取零件prt09进行加工。该零件材料为45钢，毛坯为铸件。5.2加工前准备绘制prt09零件“prt09.prt”及其工程图“prt09-1.drw”、毛坯零件“workpiece.prt”。5.3工序划分本次加工分五个工序：1） 铣削底座内槽；2） 钻孔；3）铣削距离为20mm的两个平行面及R70、R20圆弧外表面； 4）钻孔；5）

18、钻孔。图5-1 毛坯workpiece.prt 图5-2 零件prt09.prt5.4制造设置进入制造的用户界面运行软件Proe4.0，设置工作目录。单击【New】图标，系统弹出【New】对话框在类型选项组中选【Manufacturing】，并在子类型选项组中选【NC Assembly】，在名称文本框中输入“mfg0001”，取消选中【Use default template】复选框（如图5-3所示），OK，弹出【New File Options】对话框选择mmns_mfg_nc选项，OK，系统弹出【MANUFACTURE】菜单。图5-3 新建对话框 装入工件和参照模型 Mfg ModelAs

19、sembleWorkpiece，打开零件“workpiece.prt”约束类型选择Default，打钩在【Create Stock-workpiece】对话框中选【Same Model】OK。 Mfg ModelAssembleRef Model，打开零件“prt09.prt”约束类型选择Default，打钩在【Create Reference Model】对话框中选【Same Model】OK。创建基准坐标系.1坐标系ASC0单击基准坐标工具，弹出【COORDINATE SYSTEM】对话框【Origin】，选择参照，偏距均为0 【Orientation】，选择Reference selec

20、tion，根据右手定则，X轴方向的参考选择ASM_RIGHT、反向，Y轴方向的参考选择ASM_FRONT、反向（如图5-4所示）OK。图5-4 坐标系对话框.2坐标系ASC1单击基准坐标工具，弹出【COORDINATE SYSTEM】对话框【Origin】，选择参照，偏距均为0 【Orientation】，选择Reference selection，根据右手定则，X轴方向的参考选择ASM_FRONT、反向，Y轴方向的参考选择ASM_TOP、反向（如图5-5所示）OK。图 5-5设置NC机床MANUFACTUREMfg Setup，弹出【Operation Setup】对话框。【NC Machi

21、ne】：Machine Type=Mill，Machine Name=MACH01OK。设置刀具.1刀具T0001MANUFACTUREMfg SetupToolingMACH01，弹出【Tools Setup】对话框【General】刀具名称T0001，选择类型为MILLING；在【Geometry】中输入切刀直径，刀具长度100，拐角半径R2，工件和刀具鼻间角度为（如图5-6所示）Apply。图 5-6刀具T0001.2刀具T0002 Name=T0002Type=BASIC DRILLPoint Angle=Cutter Diameter=Tool Length=60如图5-7所示，单击

22、Apply。图 5-7 刀具T0002.3刀具T0003Name=T0003Type=END MILLCutter Diameter=Tool Length=100如图5-8所示，单击Apply。图 5-8 刀具T0003.4刀具T0004Name=T0004Type=CENTER-DRILLINGDrill Diameter=Point Angle=Drill Length=50Cutter Diameter=Shoulder Angle=Tool Length=125如图5-9所示，单击Apply。图5-9刀具T0004.5刀具T0005Name=T0005Type=BACIC DRILL

23、Point Angle=Cutter Diameter=Tool Length=60如图5-10所示，单击ApplyOK。图5-10刀具T00055.5工序一：Volume Milling新建序列MANUFACTUREMachiningNC SequenceMachining、Volume、3AxisDoneTool、Parameters、Coord Sys、Retract Surf、VolumeDone，弹出【Tools Setup】对话框。选择刀具选择刀具T0001，单击OK，弹出【Edit Parameters of Sequence“Volume Milling”】对话框。编辑序列参数

24、进给CUT_FEED=800步长深度STEP_DEPTH=4步距STEEP_OVER=4间隙_距离CLEAR_DIST=5主轴转速SPINDLE_SPEED=1000OK。选择坐标系选取坐标系ACS0，弹出【Retract Setup】对话框。退刀设置 Retract参照选取坐标系ACS0，值为5（如图5-11所示）OK。图 5-11定义体积块单击，进入体积块创建窗口。InsertBlendProtrusionParallel、Regular、Sketch Sec，DoneStraight，Done选择草绘平面为ASM_TOPOkayDefault，开始草绘截面1单击通过边创建图元选择类型为【

25、Chain】选择如图5-12所示链Accept，单击Yes将链转换为环右击切换剖面，开始草绘截面2单击通过偏移边创建图元选择类型为【Chain】选择如图5-13所示链Accept，并将链转换为环，向外偏距2mm，打钩OK，Close打钩选择深度类型为盲孔Blind，完成在命令文本框中输入两平行截面距离22，打钩预览，OK。隐藏工件和参照模型，视图选择标准方向，倒圆角R2（如图5-14所示）打钩，完成体积块的创建完成序列Done/Return。图5-12 草绘混合截面1图5-13 草绘混合截面2 图5-14 倒圆角R2 NC检测并生成刀具路径文件 MachiningNC Sequence选取序列

26、“1：Volume Milling，Operation：OP010”演示轨迹Play PathNC CHECK运行屏幕演示Screen Play播放文件保存,此时在工作目录里自动生刀具路径文件“seq0001.ncl”关闭。生成程序文件 MachiningNC Sequence选取序列“1：Volume Milling，Operation：OP010”完成序列CL DataOutputSelect OneSelectNC Sequence选取序列“1：SEQUENCE01，Operation：OP010” File勾选MCD文件完成，弹出【Save a Copy】对话框选取seq0001.nc

27、l，单击OK完成在后置处理列表中选择“UNCX01.P51”，弹出命令窗口（如图5-15所示），输入0001，回车，弹出信息窗口（如图5-16所示）文件保存，此时在工作目录里自动生成NC代码文件seq00001.tap关闭Done OutputDone/Return，并保存mfg文件。图5-15 命令窗口图5-16 信息窗口 查看序列信息MachiningNC Sequence选取序列“1：Volume Milling，Operation：OP010”Seq InfoSelect AllDone Select，弹出如图5-17所示信息窗口。从中可以看出本序列加工过程中铣刀T0001沿X、Y、Z

28、三轴坐标的最大移动量，加工耗时13.1654 min。图5-17 序列信息窗口5.6工序二：Holemaking（Drill）新建序列打开文件“mfg0001.mfg”。MANUFACTUREMachiningNC SequenceNew SequenceMachining、Holemaking、3AxisDoneDrill、StandardDone选择Tool、Parameters、Coord Sys、Retract Surf、HolesDone，弹出【Tools Setup】对话框。选择刀具选择刀具T0002，单击OK，弹出【Edit Parameters of Sequence“Hole

29、making”】对话框。编辑序列参数CUT_FEED=300 CLEAR_DIST=5 SPINDLE_SPEED=1000COOLANT_OPTION=ONOK。选择坐标系选取坐标系ACS0，弹出【Retract Setup】对话框。退刀设置 Retract参照选取坐标系ACS0，值为5OK，弹出【HoleSet】对话框，如图5-18所示。 Hole设置HoleSetDiametersAdd选择15OK。 DepthThru AllOKOKDone/ReturnDone SeqDone/Return。图5-18 Hole设置对话框屏幕演示：MachiningNC Sequence选取序列“2

30、：Holemaking，Operation：OP010”Done SeqPlay PathScreen Play播放FileSave,此时在工作目录里自动生刀具路径文件“seq0002.ncl”Colse。 生成程序文件CL DataNC Sequence选取序列“2：Holemaking，Operation：OP010”File勾选MCD文件Done选取seq0002.ncl，单击OKDone在后置处理列表中选择“UNCX01.P51”，弹出命令窗口，输入程序名0002回车，弹出信息窗口文件保存，此时在工作目录里自动生成NC代码文件seq0002.tap关闭Done OutputDone/R

31、eturn，并保存mfg文件。查看序列信息MachiningNC Sequence选取序列“2：Holemaking，Operation：OP010”Seq InfoSelect AllDone Select，弹出如图5-19所示信息窗口。从中可以看出本序列钻孔耗时0.211494 min。图 5-195.7工序三：Profile Milling新建序列打开文件“mfg0001.mfg”。MANUFACTUREMachiningNC SequenceMachining、Profile、3AxisDoneTool、Parameters、Coord Sys、Retract Surf、surface

32、sDone，弹出【Tools Setup】对话框。选择刀具选择刀具T0003，单击OK，弹出【Edit Parameters of Sequence“Profile Milling”】对话框。编辑序列参数CUT_FEED=300 STEP_DEPTH=3 CLEAR_DIST=5 SPINDLE_SPEED=1000OK。选择坐标系选取坐标系ASM_DEF_CSYS，弹出【Retract Setup】对话框。退刀设置 Retract参照选取坐标系ASM_DEF_CSYS，Value值为75(如图5-20所示)OKMill SurfaceDoneMill SurfaceDone单击图标，进入创建

33、铣削轮廓面窗口。图5-20 退刀设置创建铣削轮廓面InsertExtrude选择草绘平面（如图5-21所示）单击图标选取图5-22中所示链，向上拉伸50。图5-21 图 5-23InsertExtrude选择草绘平面ASM_RIGHT单击图标选取图5-23中所示链，两边对称拉伸50，选中去除材料，箭头垂直向上，如图5-24所示。图 5-22 图 5-24选择如5-25中所示全部曲面，完成序列。图 5-25屏幕演示NC SequencePlay PathScreen Play播放文件保存,此时在工作目录里自动生刀具路径文件“seq0003.ncl”关闭。图5-26 屏幕演示刀具路径 生成程序文件

34、MachiningNC Sequence选取序列“3：Profile Milling，Operation：OP010”完成序列CL DataOutputSelect OneSelectNC Sequence选取序列“3：Profile Milling，Operation：OP010” File勾选MCD文件Done选取seq0003.ncl，单击OKDone在后置处理列表中选择“UNCX01.P51”，弹出命令窗口，输入0003，回车，弹出信息窗口文件保存，此时在工作目录里自动生成NC代码文件seq0003.tap关闭Done OutputDone/Return，并保存mfg文件。查看序列信息MachiningNC Sequence选取序列“3：Profile Milling，Operation：OP010”Seq InfoSelect AllDone Select，弹出如图5-27所示信息窗口。从中可以看出本序列铣削耗时10.6649 min。图5-275.8工序四：Holemaking（Dril