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1、 1序言序言综合性实验是开设三维 CAD 造型 、 机械 CAD/CAM 、 机械制造学 、 数控机床 课程之后进行的一个综合性、实践性教学环节。在系统学习 CAD/CAM 技术的基本原理、基 本方法以及机床数控技术的基础上，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 的综合运用能力。 一、设计思路一、设计思路 这次课程设计是通过 PRO/E
2、 软件实现的。PRO/E 是大型三维建模软件，它具有三大特 点：参数化设计、特征建模的基本思想、数据库，且包含众多功能模块，我们这次课程设 计主要应用建模、绘图和制造三个模块。 我的设计题目是一个车床拨叉，此拨叉有三部分组成：凸台、筋板、肋板和脚部，且 加工材料为 ZG45 中碳铸钢。设计总体思路是：先把凸台拉伸出来，再以次为基准拉伸筋板 和脚部。接下来就是以此模型对照工艺路线画出毛坯进行 nc 数控加工，最后系统自动生成 程序（G 代码） 。 二、拨叉的实体建模过程二、拨叉的实体建模过程 创建如图创建如图 1 1 所示的实体模型所示的实体模型, ,具体步骤如下具体步骤如下:图 1 实体模型
3、Pro/ENGEER5.0 M050 启动后，在创建新文件夹以前，首先要完成以下工作： 步骤步骤 1 1.创建工作目录； Pro/ENGEER5.0 M050 的工作目录是在使用 Pro/ENGEER5.0 M050 过程中管理模型文件 的地方，Pro/ENGEER5.0 M050 有其默认的工作目录，但是根据实际情况往往需要创建多个 工作目录。例如：在实际建模过程中，可以根据不同的总成，建立不同的工作目录，将一 个总成的零件模型存放在一个工作目录中。一个工作目录在硬盘的资源管理器中体现为一2个文件夹。创建好工作目录后，为了便于模型文件的管理，还可以设置子工作目录。这里， 在可移动盘先新建文件
4、夹 proe5.0 安装目录 D:综合实验。 步骤步骤 2.2.设置 Pro/ENGEER5.0 M050 的工作目录； Pro/ENGEER5.0 M0501 默认的工作目录是在安装目录软件的文件夹中，为了方便地保存和 打开模型文件，需要重新设置工作目录。点击 FileWorking Directory(图 2),系统弹出选 择工作目录的对话窗(图 3).图 2 设置工作目录菜单 图 3 选择工作目录对话框 选择 D: 综合实验按 OK.此时, Pro/ENGEER5.0 M050 的工作目录已经由原来的默认的工作 目录重新设置为 D: 综合实验文件夹,保存和打开都在此文件夹中进行。 步骤步
5、骤 3.3.Pro/ENGEER5.0 M050 启动后，新建零件，零件名称为 “拨叉” ，使用缺省模版即可 （注意不要把箭头取消了） 。图 4【新建】零件对话框图 步骤步骤 4.4.创建基准平面 基准平面是整个模型的基础特征,它是在开始创建模型之前必须进行的一步.基准平面 可以作为草绘平面、草绘的参考平面、标注尺寸的基准、装配的参考面，还可以创建横截 面以及作为方向参考等等。 （图 5）3图 5 基准平面图 步骤步骤 5.5.创建凸台特征，用【拉伸】命令建模。（1 1）鼠标左键点击命令，跳出拉伸对话框，点击【放置】【】【定义】 ，跳出草绘对 话框，鼠标左键点击工作区 FRONT 基准面为草绘
6、平面，点击对话框右下角【草绘】进入草 绘界面。 （2 2）在草绘界面绘制凸台外形轮廓，如图 6 所示。（3）点击草绘界面右下角图标，退出草绘界面（注：草绘时应确保草绘截面完整以使拉伸能够进行下去） 。 （4）在拉伸对话框中输入凸台长度 28mm，如图 7（注：拉伸时可以双向拉伸或改变拉伸方 向） 。 （5）预览凸台特征，如图 7。（6）完全无误后点击拉伸对话框图标，退出拉伸命令。图 6 草绘凸台截面 图 7 定义高度及预览 步骤步骤 6.6. 创建脚部模型，用【拉伸】命令建模。（1）创建基准平面 DTM1, 鼠标左键点击图标，在【放置】中选取选凸台上端面面为参照向内偏移 21mm。（2 2）鼠
7、标左键点击命令，跳出拉伸对话框，点击【放置】【】【定义】 ，跳出草绘对 话框，鼠标左键点击 DTM1 为基准面为草绘平面，点击对话框右下角【草绘】进入草绘界面。4（3 3）在草绘界面绘制脚部截面。（4 4）点击草绘界面右下角图标，退出草绘界面。（5 5）在拉伸对话框中输入长度 10mm（双侧拉伸） ，在工作区按住鼠标中键旋转实体图形，观看拉伸方向是否正确，若不正确，单击图标改变拉伸方向，如图 8 所示。（6 6）完全无误后点击拉伸对话框图标，退出拉伸命令。图 7 创建基准平面 图 8 创建脚部特征 步骤步骤 7. 创建肋板模型，用【拉伸】命令中双侧拉伸建模。 与步骤步骤 6 相似，草绘平面为
8、DTM1 面，深度为 8mm，草绘完成之后如图 10 所示图 9 草绘肋板截面 图 10 创建肋板特征步骤步骤 8. 创建模型筋板模型，用轮廓筋命令建模, 如图 12 创建筋板特征。（1 1）在草绘界面绘制筋板截面。（2）点击草绘界面右下角图标，退出草绘界面。5（3）在拉伸对话框中输入长度 6mm（双侧拉伸） 。（4）完全无误后点击对话框图标，退出命令。图 11 草绘筋板截面 图 12 创建筋板特征 步骤步骤 9.9. 创建边倒角，倒圆角特征，用【倒角】命令建模。 凸台倒圆角特征定义对话框选择，在文本框中输入 r=3。 筋板边倒角特征定义对话框选择 45d，在文本框中输入 d=1。 二、工艺规
9、程设计二、工艺规程设计 （一）（一） 零件的作用零件的作用 题目所给的零件是车床的拨叉。它位于车床变速机构中，是一种辅助零件，通过拨叉 控制滑套与旋转齿轮的接合。滑块上面有凸块，滑块的凸块插入齿轮的凹位，把滑套和齿 轮固连字一起，使齿轮带动滑套，滑套带动输出轴。摆动拨叉又可以控制滑套与不同齿轮 的结合与分离，达到换挡的目的主要起换档作用，使主轴回转运动按照工作者的要求工作， 获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的 14 孔与操纵机构相连，下方的 40 半孔则 是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一 体，加工时分开。 （二）（二） 零件的工艺分析零件的工艺
10、分析 零件的材料为 ZG45,屈服强度为 310MPa,抗拉强度为 570MPa,一般工程用中碳铸钢。 车床拨叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下： 1.以 14mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：14H7mm 的孔，以及 25mm 的圆柱两端面，其中主要加工 表面为 14H7mm 通孔。 2.以 40mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：40H12 的孔，以及 40H12 的两个端面。主要是 40H12 的 孔。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： 40 H12 孔两端6面与 14H7 孔垂直度公差为 0.15mm.。 由上面分析可知，加工时应先加工
11、一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一 组。可以先加工 14H7 通孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精 度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂 的加工表面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 其具体过程如下表：加工表面表面粗糙 度公差/精度等级加工方法25mm 的圆柱 外圆端面Ra 12.5 IT12粗铣14mmRa3.2IT8钻-扩-铰40 孔上下端 面Ra6.3IT10粗铣40 孔上下端 面Ra6.3IT10精铣40 孔Ra1.6IT8粗镗-半精镗倒角 2C1Ra3.2IT8粗铣-精铣铣切口 2mmRa3.2
12、IT8粗铣-精铣由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一 组。 可以先加工 14H7 通孔，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精 度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂 的加工表面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 （三）（三） 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 ZG45，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单， 故选择铸件毛坯。 （四）（四） 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量 得到保证，生产
13、率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零 件的大批报废，是生产无法正常进行。 （1）粗基准的选择 对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件， 则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则， 现选取 25 孔的粗糙度要求低的加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块 V 形块支承 这两个 25 孔作主要定位面，限制 5 个自由度，再以一个销钉限制最后 1 个自由度，达到 完全定位,然后进行铣削。 （2）精基准的选择 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一” 原则，以加工后的
14、14 通孔为主要的定位精基准，以 14 通孔端面为辅助的定位精基准。（五）（五） 制定工艺路线和选择加工设备和工艺设备制定工艺路线和选择加工设备和工艺设备 制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能 得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽7量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 选择零件的加工方法及工艺路线方案如下表：工序号工序名称机床设备刀具 量具1粗铣 14 孔上 下两端面数控 XK6040 卧 式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺2钻、扩、精铰 14 孔Z535 立式钻床高速钢
15、麻花钻 高速钢扩孔钻刀 标准高速钢铰刀卡尺、塞规3粗铣 40 孔上 下端面数控 XK6040 卧 式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺4精铣 40 孔上 下端面数控 XK6040 卧 式铣床镶齿套式面铣刀游标卡尺5粗镗 半精镗 14 孔卧式镗床 T68硬质合金镗刀游标卡尺6粗精铣切口 2mm数控 XK6040 卧 式铣床中齿锯片铣刀游标卡尺7粗精铣 14 孔 上下两端面倒角2C1数控 XK6040 卧 式铣床镶齿套式面铣刀卡尺、塞规8检查游标卡尺、卡尺、 塞规等（六）（六） 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定 车床拨叉零件材料为 ZG45，铸造毛坯。 据以上原
16、始资料及加工路线，查实用机械加工工艺手册 （以下称工艺手册 ）表 3.126，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下表：工序名称工序基本余量尺寸经济精度毛坯尺寸工序尺寸 和 Ra粗铣 精铣2.5mm 0.5mmH1228+5=33mm 10+6=16mm28 Ra12.5 10 Ra6.3 钻扩铰孔钻孔 1mm 扩孔 0.15mmH814mm14 Ra3.2镗孔粗镗孔 0.8mm 半精镗 2mmH840-2-2=36mm40 Ra1.6其他尺寸直接铸造得到，由于本设计规定的零件为批量生产，应该采用调整加工。因 此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 （七）（七） 确定切削用量确定切削用量及机床转速及机床转速 查实用机械加工工艺手册 （以下称工艺
