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1、目 录1 引言11.1 CAD/CAM的应用11.2 课题研究的背景和意义21.2.1 本课题的来源21.2.2 研究现状和将要采用的方法21.2.3 本课题研究的目的和意义32 研究思路32.1 课题主要任务和拟采用的手段32.1.1 具体工作要求32.1.2 采用的方法和手段42.2 零件结构分析42.3 加工工艺方案的制定42.3.1 定位基准的选择42.3.2 加工方法的选择52.3.3 加工路线的确定52.4 夹具设计原则62.5 刀具和加工机床的选择62.6 CAD/CAM在本课题里的应用72.6.1 CAD技术的应用72.6.2 CAM技术应用83 研究内容83.1 利用Auto
2、CAD软件绘制弹翼草图93.2 利用Pro/E做弹翼产品实体造型93.2.1 弹翼曲面的生成93.2.2 翼尖部分的曲面造型123.2.3 弹翼翼面实体的生成133.2.4 弹翼实体的生成133.3 模具的造型163.4 利用Pro/E自动编程173.5 夹具设计233.5.1 工件在夹具上的定位233.5.2 工件在夹具上的夹紧243.5.3 具体夹具的设计254 创新点265 结论26附录28参考文献61致谢621 引言1.1 CAD/CAM的应用计算机的出现和发展实现了将人类从烦琐的脑力劳动中解放出来的愿望。从20世纪60年代初第一个CAD系统问世以来，经过30多年的发展，CAD/CAM
3、技术在理论上、实际应用上已日趋成熟，尤其进入20世纪80年代以后，硬件技术的飞速发展使软件在系统中占有越来越重要的地位 。目前CAD/CAM软件已经发展成为一个受人瞩目的高技术产业，并广泛应用在机械、电子、航空、航天、船舶、汽车、纺织、轻工、建筑等行业。据统计美国大型汽车业的100%，电子行业的60%，建筑行业的40%采用CAD/CAM技术，例如美国的波音777已经100%实现数字三维实体设计制造，实现了无图纸制造1。随着市场竞争的日夜激烈，用户对产品的质量、成本、研发时间提出了越来越高的要求，而CAD/CAM技术就是提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段。导弹弹翼作
4、为导弹总体结构中关键零部件之一，其设计制造直接关系到整个导弹的质量、成本和研发周期。与传统的设计制造相比， CAD/CAM能准确设计制造出导弹弹翼，使其产品质量大大提高。导弹弹翼的CAD/CAM还缩短了设计制造周期，节约了大量人力劳动，从而降低了成本。事实证明CAD/CAM技术是加快产品更新换代，增强企业竞争力最有效的手段。目前CAD/CAM技术已经成为衡量一个国家工业现代化水平高低的主要标志。因此，我们应该抓紧时间，结合国情，积极开展CAD/CAM的研究和推广工作，提高企业竞争能力，加速企业现代化的进程2。CAD/CAM技术随着其推广应用和数字化设制造技术的发展，已逐渐从一门新兴技术发展成为
5、一种高新技术产业，所以CAD/CAM技术也是未来工程技术人员必须掌握的基本工具。 现代制造技术是传统制造工艺技术不断吸收机电、信息、材料、能源及现代管理技术的最新成果，将其综合运用于制造全过程，实现优质高效、低耗、清洁、污物和灵活的柔性生产，从而取得理想的经济效果3 。近20年，随着科学技术特别是微电子技术和计算机技术的飞速发展，使得传统的机械制造技术发生了极为广泛和深刻的变化，表现为：1）新材料和难加工材料的不断涌现和使用，极大的刺激和推动了制造技术的发展，出现了一系列新工艺、新技术，解决了传统制造技术难以解决的加工问题；2）产品零件的加工精度和表明质量要求越来越高，使得超精加工得以迅猛发展
6、，作用日益突出，实现超精加工的方法也日趋增多和完善；3）为适应日趋激烈的市场竞争，生产的自动化程度和适应能力得到空前提高。以成组技术（GT）、计算机辅助制造（CAM）、柔性制造技术（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等为代表的机械制造系统自动化技术，已经成为当代举世瞩目的高新技术41.2 课题研究的背景和意义1.2.1 本课题的来源过去在CAD/CAM出现以前，产品从设计到加工都是靠人工完成，与现阶段采用的先进技术相比较，先前的产品完成方法在图纸绘制、设计计算、工艺设计、加工制造等每一步都存在很大误差，其叠加起来的总误差就可想而知了。另外由于每一步都靠人工介入完成，使得产品误差大小的确定
7、、产品质量一致性成了难以解决的问题。随着科学技术的发展，产品的制造技术越来越难以达到现代化产品的要求，落后的设计加工方法终将会被先进技术所取代5。CAD、CAE、CAPP、CAM等辅助软件及系统的出现给传统制造业带来了具有重大意义的发展。到目前为止越来越多的企业采用计算机辅助生产过程，并取得相当好的成绩，为生产力的提高作出了巨大的贡献。但是沿用传统设计，加工方法的企业仍占有相当大的比例，新技术的应用还有待普及。传统设计、加工方法的弊端是显而易见的。例如在工艺设计方面，以前主要靠工艺师多年工作经验总结出来的经验来进行，因此，工艺规程的设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验，编出来的工艺规程一
8、致性差，也不可能得到最佳方安。这样的弊端在产品设计到加工过程中的其他环节也是普遍存在的6。也正是由于这反复们的原因阻碍了产品向高质量的发展。然而，从理论和实践中得到证明：CAD/CAM等辅助软件及系统的用可以削弱甚至消除某些弊端。由此可见，新技术的学习和研究对于制造业的工作人员是很有必要的。1.2.2 研究现状和将要采用的方法目前，我国大部分生产厂家都是用普通机床进行生产，这样的生产导致生产效率低，生产成本高，资源浪费大。本文所研究的曲面，在大部分生产厂家还是采用传统的靠模的加工方法，这种加工方法不光加工效率极低，成本极高，而且很难保证加工精度，这些因素就决定了这种加工方法必将被淘汰，而一种新
9、的加工方法必将出现，以取代这种落后的加工方法7。CAD/CAM的出现就是趋于这种必然，它已成为提高产品质量和提高劳动生产率的一种必不可少的手段。本课题所研究的弹翼曲面加工精度要求高，是传统加工工艺很难加工的，为了提高产品的生产效率和加工精度，本课题将选用计算机辅助设计和制造的方法来完成弹翼模具的设计和加工，即采用CAD/CAM技术对弹翼进行设计制造。1.2.3 本课题研究的目的和意义CAD/CAM技术随着其推广应用和数字化设制造技术的发展，已逐渐从一门新兴技术发展成为一种高新技术产业，所以CAD/CAM技术也是未来工程技术人员必须掌握的基本工具。本课题选自学科的科研项目，目的是掌握先进的科学技
10、术，并应用该技术进行实际工程设计制造，同时对导弹的关键零部件结构设计、自动编程技术和数控加工技术有一个初步的了解，加深对学过的专业知识巩固和应用，为以后参加实际工作打下良好基础。2 研究思路2.1 课题主要任务和拟采用的手段2.1.1 具体工作要求本课题主要研究弹翼模具的设计制造，其具体任务是：1） 以计算机三维实体仿真的形式完成弹翼模型。2） 利用Pro/E完成弹翼模具的设计。3）以工程图纸的形式完成一套夹具设计，并附带设计说明（包括采用结构的理论依据，设计过程的分析计算步骤等）。4）利用Pro/E自动编程并以书面形式完成NC编程代码（包括各工步刀具的选择、切削参数的计算或选择）。2.1.2
11、 采用的方法和手段首先分析弹翼零件并了解其加工要求。学习设计弹翼模具所需要 CAD/CAM三维造型软件Pro/E，利用AutoCAD绘出弹翼的平面图，利用Pro/E软件完成弹翼的实体造型和弹翼模具的设计，然后根据弹翼模具设计出其加工所需要的夹具，选择弹翼模具的数控加工路线和设置加工参数，利用Pro/E完成自动编程并生成数控NC代码。2.2 零件结构分析导弹弹翼是导弹的重要零件，它对导弹的空气动力特性和导弹的总体性能有重要影，所以弹翼加工精度要求很高。由于弹翼截面型状呈流线型，翼面是不规则曲面，所以其加工工艺也比较复杂。而且弹翼翼面有很高的表面粗糙度要求。所有这些用传统的加工工艺，即靠模仿型的加
12、工方法，是很难达到加工要求的，因此，需要采用数控机床加工该复杂曲面。2.3 加工工艺方案的制定从毛坯工件到零件的加工，一般分为粗加工，半精加工和精加工，对这些表面仅根据质量要求选择最终方法是不够的，应正确的确定从毛坯到最终成型的加工方案8。本课题只讨论弹翼模具的精加工的内容，即将工件加工到零件具体要求的尺寸和精度。2.3.1 定位基准的选择基准是用来确定生产对象上集合要素之间是集合关系所依据的那些点、线和面。机械产品从设计、制造到出厂经常要遇到基准问题：设计时零件尺寸标准、制造时工件的大为、检查时尺寸的测量以及装配时零配件的装配位置等等都需要用到基准的概念。从设计和工艺两方面看基准，可以把基准
13、分为设计基准和工艺基准两大类。在加工时的定位基准选择的一般原则是9：1） 选最大尺寸的表面为安装面（限制3个自由度），选最长距离的表面为导向面（限制来2个自由度），选最小尺寸表面为支撑面（限制1个自由度）。2） 首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。3） 尽量选择零件的主要表面为定位基准，因为主要表面是决定该零件其他表面的基准，也就是主要设计基准。4） 定位基准应有利于夹紧，在加工过程中稳定可靠。导弹弹翼模具的底平面为最大面，而且是主要面，为了保证弹翼截面的加工精度，应选弹翼模具的底平面为定位基准面。2.3.2 加工方法的选择一般情况下，根据零件的精度（包括尺寸精度，形状精度和位置精度
14、以及表面加工粗糙度，考虑本车间现有工艺条件，考虑加工精度因素选择加工方法）查阅相关手册选择加工方法。在选择加工方法时应考的主要问题有10：1） 所选用的加工方法是否能够达到精度要求。2） 零件材料的加工性能如何。例如有色金属宜采用切削加工方法，不宜采用磨削加工方法，因为有色金属易堵塞砂轮工作面。3） 生产率对加工方法有无特殊要求。例如为满足大批大量的生产需求，齿轮内孔通常采用拉削成型的加工方法加工。4） 本厂的工艺能力和现有的加工设备的加工经济精度如何。技术人员必须熟练现有的加工设备种类、数量、加工范围和精度水平以及工人的技术水平，以充分里用现有资源，不断对原有设备、工艺设备进行技术改造，挖掘
15、企业潜力，创造经济效益。在传统的加工中，像本课题所研究的不规则的复杂曲面绝大部分都采用靠模仿形加工的方法，在普通铣床上加工制造，由于此方法存在效率低，和很难保证加工精度的缺点，所以结合以上所述的加工方法选择要求，本课题选用三轴联动的数控铣床铣曲面的加工方法加工该零件。2.3.3 加工路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹叫做加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点11：（1） 加工路线应保证被加工零件的精度和表面质量，而且效率要高。（2） 使数值计算简单，以减少编程运算量。（3） 应使加工路线最短，这样既可以简化加工程序段，又可以减少空走刀时间。另外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床刀具的系统刚度等情况，确定是一次走刀还是多次走刀完成加工。铣削曲面的加工路线有多种。对于边界敞开的直纹曲面，加工时常采用球头刀进行“行切法”加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行，行间距按零件加工精度要求而确定。对于弹翼模具曲面加工所使用的加工路线一般有两种，即沿直线的行切法和沿曲线的行切法。沿直线的行切法每次走刀是直线，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保
