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1、目 录 1.引言31.1课题研究的意义31.2课题研究的内容和需要解决的问题31.3模具技术的发展41.4模具CAD/CAM技术的优越性42.DOHCN内模的初步分析52.1模具的一般生产过程和工艺特点52.2 DOHCN内模原材料的分析62.3整体工艺方案的构想73.DOHCN内模的三维造型73.1DOHCN内模的二维图分析73.2 CATIA的学习与应用83.3方案一93.4方案二113.5方案三124.机加工工艺设计154.1机加工工艺流程的拟定154.2工序尺寸和加工余量的确定164.3机加工工序中定位和夹紧方案的确定165.数控加工245.1数控加工工序的设计245.2加工要素的设置
2、245.3刀具参数和切削用量的选择255.4仿真加工255.5NC程序的生成276.谢词297. 参考文献29DOHCN内模的CAD/CAM设计摘要：现今，CAD/CAM技术已发展到相当成熟的阶段，在机械制造、航空航天汽车工业等行业中得到广泛应用。CAD/CAM技术使企业生产智能化，减少了开发周期，提高了加工速度，减少了加工工序，大大缩短了生产周期，产生了显著的经济效益。本文通过使用二维软件CAD和三维软件CATIA来完成型号为DOHCN的发动机活塞内模的CAD/CAM设计。由于内模型腔曲面较为复杂，充分显示了CATIA软件在三维造型和数控仿真加工等功能模块的强大。关键词：CAD/CAM技术
3、应用 内模 CAD/CAM设计 三维造型 数控仿真加工Abstract：Nowdays，CAD/CAM technology ,which has been widely used in the machinery manufacturing, aerospace,automotive and other industries ,has been developed to a mature stage. CAD / CAM technology enables production of intelligent, reducing the development cycle, improve
4、the processing speed and reduce the manufacturing processes, greatly reducing the production cycle, resulting in significant economic benefits. By using two-dimensional software CAD and three-dimensional software CATIA ,the thesis complete the CAD / CAM Design for the internal model of piston of eng
5、ine DOHCN . Since the cavity surface is more complex, it shows the powerful of CATIA software in three-dimensional modeling and NC machining simulation. Keywords：CAD/CAM technology，Application，Internal mold，CAD/CAM design，Three-dimensional modeling，NC machining simulation1. 引 言1.1 课题研究的意义 在国外，CAD/CA
6、M技术20世纪50年代起源于美国，经过50年的发展，其技术和水平已经达到相当成熟的阶段。日本，法国，德国也相继在机械制造，航空航天，汽车工业，建筑化工等行业中广泛使用CAD/CAM技术。CAD/CAM技术在发达国家已成为国民经济的重要支柱。在国内，综合来看CAD/CAM技术在企业中的应用在CAD方面主要包括二维制图，三维造型，装配造型，有限元分析和优化设计等。在CAM方面，目前企业普遍应用的是数控程序编制，国内企业已经开始广泛使用华中数控系统，南京SKY系统，日本FUNUC系统，德国SIEMENS系统。CAD/CAM技术使企业生产智能化，减少了开发周期，提高了加工速度，减少了加工工序，大大缩短
7、了生产周期，产生了显著的经济效益，使传统的企业设计与制造发生了质的飞跃。如在汽车行业中，模具作为新生产品的关键工装，其设计和生产是新产品开发周期的关键因素，过去新车型的开发周期为10年，现在缩短为2-3年，福特及丰田公司新车型的开发周期仅为1.5年，这都得益于CAD/CAM技术的应用。所以本次毕业设计采用了CAD/CAM技术。1.2 课题研究的内容和需要解决的问题发动机相当于汽车的心脏，是极其重要的组成部分，所以是本身的工作环境也十分的复杂，活塞的功能是承受压力，并通过塞销，传给连杆，驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。工作条件：活塞在高温、高压、高速、润滑不良的条件下工作，活塞直接与
8、高温气体接触，瞬间温度可达2500k以上。因此，受热严重，而散热条件又很差，所以活塞工作温度很高，顶部达到600-700k，且温度分布很不均匀；活塞顶部承受气体压力很大，特别是做功行程压力很大，汽油机高达3-5MPa，柴油机高达6-9MPa，这就是活塞产生冲击力，并承受侧压力的作用；活塞在汽缸内以很高的速度（8-12m/s）往复运动，且速度不断变化，这就产生了很大的惯性力，使活塞受到很大的附加载荷。这些都要求活塞的加工不能使用普通的金属材料，并且要考虑到其耐高温，高强度，高韧性等特性。活塞是发动机中最重要的零件之一,其作用是承受气体压力,并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转.本毕业设计中型号为4G
9、93-DOHC的发动机活塞是采用特种铸造中的金属型铸造来生产。金属型铸造是指液态金属在重力作用下填充金属铸型并在型中冷却凝固而获得铸件的一种成形方法.金属型铸造具有如下特点:(1)金属型的热导率和热容量大，金属液的冷却速度快，铸件组织致密，力学性能比砂型铸件高。（2）能获得较高尺寸精度和表面质量好的铸件，减少了加工余量。（3）由于可使用砂芯或其他的非金属型芯，金属型铸造可生产具有复杂内腔结构的铸件。（4）易于实现自动化和现代化，生产效率高。金属型铸造的主要缺点是金属型的激冷作用大，本身无退让性和透气性，因此铸件容易出现冷隔，浇不足，卷气，变形及裂纹等缺陷。可采用倾转式浇注。 在本课题中，将对活
10、塞内模的设计零件图进行分析，设计加工工艺，利用CATIA软件进行三维造型和数控仿真加工。其中，零件型腔曲面较为复杂，毛坯材料采用新型材料，工艺设计中需充分考虑内模材料和造型特点，保证模具的装配尺寸。1.3 模具技术的发展 在现代工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。模具成型由于具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国民经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造等工业部门得到了广泛的应用。采用模具生产的零、部件具有生产效率高、质量稳定、一致性好、节约原材料和能源、生产成本低等优点，模具的应用已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展
11、方向之一。模具工业发展的关键是模具技术的进步，模具技术又涉及多学科的交叉。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术和设备，提高模具制造水平，已取得了显著的经济效益。我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距。但改革开放以来，我国模具技术和模具工业迅速发展，主要表现在：一些科研院所和高等院校在模具技术的基本理论、模具设计与结构、模具制造加工技术、模具材料以及模具加工设备等方面取得了可喜的实用性成果模具标准化工作一些先进、精密和高
12、自动化程度的模具加工设备，如数控加工中心、精密电解加工机床由过去进口到逐步自行设计制造模具CAD/CAM技术已得到了较广泛的应用研究开发了几十种模具新钢种及硬质合金等新材料，并采用了热处理新工艺快速成型技术在模具制造上的应用我国模具的品种，精度和产业规模有了很大的发展。虽然我国模具工业取得了较大的发展，但仍不能满足国内经济高速发展的需要，原因有以下几个方面：专业化和标准化程度低模具品种少、效率低、经济效益也差制造周期长、模具精度不高、制造技术较落后模具寿命短，新材料使用量不到10%力量分散、管理落后。根据我国模具技术的发展现状及存在的问题，其今后的发展方向为：开发并发展精密、复杂、大型、长寿命
13、模具加速模具标准化和商品化大力开发和推广应用模具CAD/CAM技术积极开发模具新品种、新工艺、新技术和新材料发展模具加工成套设备。1.4 模具CAD/CAM技术的优越性与传统的模具设计制造方式相比，模具CAD/CAM技术的优越性主要表现在以下几个方面。（1） 提高模具质量 CAD/CAM技术利用计算机与设计人员交互作用，充分发挥人、机各自的特点，并可优化模具设计方案，使模具设计更加准确、快速。CAM技术可以自动生成模具成型零件的加工刀具轨迹，使零件尺寸精度搞、表面粗糙度好。（2） 缩短模具设计制造周期利用模具CAD/CAM系统中存储的模具标准件库、常用设计计算的程序库及各种设计参数的数据库，加
14、上计算机自动绘图，可极大地缩短设计时间。高效的数控加工，又可缩短制造时间。而计算机辅助分析技术和虚拟制造技术的应用，亦可减少传统设计制造中反复试模修模的时间。（3） 降低成本，增强市场竞争力计算机的高速运算和自动化节省了大量的人力和物力。利用计算机模拟成型技术可以避免试模修模的反复，从而使成本大幅降低。加之，模具CAD/CAM技术的运用，缩短了新产品的开发时间，加速了产品的更新换代，增强了产品在市场上的竞争力。（4） 充分发挥设计人员的主观能动性模具CAD/CAM技术可以把设计人员从繁琐的计算和手工绘图中解放出来，使其有更多的时间和精力从事其他工作。（5） 提高企业的管理水平模具CAD/CAM
15、一体化技术的运用，使企业的产品开发、模具设计和制造建立在科学、定量分析的基础上，减少了盲目性。同时，可使整个模具生产过程中的人力、财力、物力等资源的管理和分配更加科学合理。1.5 CATIA软件模块简介 CATIA软件具有多个功能强大的应用模块，每个模块都具有独立的功能，且模块与模块之间相互关联，可以根据需要，在模块之间进行切换。以下介绍在本次设计中着重应用的几个模块：零件设计模块 二维草图设计是三维造型的基础。在草图设计中，既可以利用软件给定的xy， xz，yz三标准平面也可新建偏置或旋转基准面来建立草图。草图基本尺寸和 轮廓曲线的构造都依赖草图工具里的约束功能。三维实体的轮廓线也可在草图 内投影出来。实体的生成是通过特征工具栏内的各类特征实现的，主要有拉伸， 旋转，钻孔等。此外，还可对实体进行倒角，倒圆角，拔模等操作。但值得注 意的是在后续操作中若发现前面的特征有错误，则一般无法修改。装配设计模块 在装配设计中主要是先进行零件的加载，然后利用坐标指南针对各零件的空间 位置做合理移动，最后使用约束功能将各零件装配起来，一般每两个零件的装 配
