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1、 华华 南南 农农 业业 大大 学学CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM 课程设计课程设计迷你四驱车设计及加工迷你四驱车设计及加工蔡俊涛蔡俊涛201030510601201030510601指 导 教 师夏红梅学 院 名 称工程学院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目录目录CAD1.四驱车底盘造型四驱车底盘造型.12.四驱车外壳造型四驱车外壳造型.5 CAE1 模型特点分析模型特点分析.192 定义材料属性定义材料属性.203.定义单元类型定义单元类型.214 划分网格划分网格.225 设置边界条件设置边界条件.226 求
2、解设置和加载求解设置和加载.237 结果查看和分析结果查看和分析.238 结果分析结果分析.24 CAM1.加工模型的建立加工模型的建立.242.加工中心的加工中心的 NC 设置设置.25设计总结设计总结体会总结体会总结29参考文献参考文献31一、课程设计目的及基本要求一、课程设计目的及基本要求 11 课程设计目的课程设计目的 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
3、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 课程设计要求课程设计要求 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
4、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、二、CADCAD部分部分 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
5、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
6、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 创建底盘的龙头创建底盘的龙头1、设置好基准面
7、，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
8、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
9、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、三、CAECAE部分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，直接导入 ansys 中，选择 structu
10、re 为分析类型2.定义单元类型定义单元类型单元选型: 执 行 Main MenuProprecssorElement 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 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 命令，弹出 Define Material M
11、odel 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.划分网格划分网格4.1 定义单元大小定义单元大小执行 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 自由网格划分自由网格划分执行 Main MenuPreprocessorMeshi
12、ngMesh Tool 命令，弹出MeshTool 对话框。自由网格划分方法，单击 Mesh 按钮。5 设置边界条件设置边界条件5.1 选择面位移全约束选择面位移全约束定义两端面为固定约束执行 Main MenuSolutionDefine LoadsApply Structuradisplace mentOn 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 求解设置和加载求解设置和加载6.1 施加压力施加压力 P执行 Main MenuSolutionDef
13、ine 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 结果查看和分析结果查看和分析7.1 结构变形云图结构变形云图执行 Main Menu
14、General PostprocPlot ResultsDeformed 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
15、 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、四、CAMCAM 部分部分1.加工模型的建立加工模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
16、 2.2.2 钻中心孔钻中心孔选择加工_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。2.32.3 导出导出 NCNC 数据数据执行加工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
