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吸尘器设计说明书

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吸尘器设计说明书吸尘器设计说明书 I 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 目录 摘要................................................................................................................................III Abstract ........................................................................................
吸尘器设计说明书
吸尘器设计说明书 I 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 目录 摘要................................................................................................................................III Abstract .......................................................................................................................... IV 第一章 前言 .................................................................................................................... 1 1.1 设计的目的和意义 ............................................................................................ 1 1.2 CAD/CAM技术发展趋势...................................................................................... 4 1.2.1 CAD/CAM技术发展的特点 ......................................................................... 5 1.2.2 我国CAD/CAM技术发展概况 ..................................................................... 8 1.3 制造仿真技术在制造业中的应用 ...................................................................... 11 1.4设计中需要解决的主要问题及难点 ..................................................................... 11 1.5设计的流程 ........................................................................................................12 第二章 制造平台的构建 ................................................................................................13 2.1 设计仿真平台....................................................................................................13 2.1.1 计算机....................................................................................................13 2.1.2 软件的选用.............................................................................................13 2.2 加工平台...........................................................................................................13 2.3 信息传送平台....................................................................................................14第三章 材料的选用 .......................................................................................................15 3.1 吸尘器外壳的材料选用 ....................................................................................15 3.2 模具钢的材料选用 .......................................................15 第四章 CAD设计部分 ......................................................................................................16 4.1 CAD建模..........................................................................................................16 4.1.1 目标零件分析 .........................................................................................16 4.1.2 建模 .......................................................................................................16 4.2 装配..................................................................................................................24 4.3 分模设计...........................................................................................................25 4.3.1 抽壳 .......................................................................................................25 4.3.2 压凹分模 ................................................................................................27 4.3.3 装配 .....................................................................................................31 第五章 CAM设计部分 ......................................................................................................33 5.1 CAM软件的选取 .................................................................................................33 5.2 目标零件加工工艺分析(数控工艺).................................................................33 5.2.1 加工中心工艺分析 ..................................................................................35 5.2.2 零件结构工艺性分析...............................................................................35 5.2.3 零件的定位与装夹 ..................................................................................35 5.3 虚拟加工流程....................................................................................................36 5.3.1数控编程简述 ..........................................................................................36 5.4 数控加工工艺分析 ...........................................................................................37 5.5 吸尘器外壳凹模的模拟加工过程 ......................................................................37 5.6程序生成 ...........................................................................................................45 第六章 程序..................................................................................................................47 II 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第七章 实际加工 ............................................................................................................50 结论................................................................................................................................55 致谢................................................................................................................................57 附录................................................................................................................................58 III 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 摘要 针对现在阶段我国机械行业发展的现状,系统地分析我国机械行业发展趋势及计算机辅助技术(CAD/CAM)的要求,对国内外各种CAD/CAM设计软件的特点及其应用进行了分析和使用,指出了CAD/CAM系统应用在生产中的重要性。阐述了数字化设计制造技术的发展及应用对我国机械制造业的意义所在。数字化设计制造打破了传统的生产模式,步入无图纸化的设计生产模式的新时代。在模具设计方面,很多结构复杂的模具只有在设计制造一体化的系统中才能高效率、高质量地生产,在大批量生产中降低了成本。 关键词:机械行业,数字化,无图化,新时代 IV 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 Abstract In view of the situation of stage machinery industry development in our country now, systematically analyzes the machinery industry development trend and computer-aided technology (CAD/CAM), requirements, both at home and abroad of various CAD/CAM design software and its application are analyzed and the characteristics of use, points out the importance of CAD/CAM systems used in production. Expounded the development and application of CAD/CAM technology to the meaning of machinery manufacturing industry in our country. Digital design and manufacturing has broken the traditional mode of production, into no drawings of the design mode of production of the new age. In terms of mold design, many complex mould only in design and manufacture of integrated systems for their high efficiency, high quality production, reduce the cost in mass production. Keywords: mechanical industry, digital, no PIC, a new era 1 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第一章 前言 1.1 设计的目的和意义 设计是产品生命周期中的第一个环节,也是最重要的环节。工程研究与实践表明:整个产品生命周期约 80,的费用是由产品设计阶段(从产定义到制造之前)的工作所决定的,而这一阶段本身所需费用则占不到总费用的 3,。人类的创造性活动在整个产品设计过程中最为活跃,其工作对后续工作具有决定性影响。设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础上,以系统工程的观点。 三维设计soildworks的优点有: 1(三维设计对于初学设计的人员具有上手快,立体感强的优点。而二维设计需要很强的立体想象能力,这种能力对于初学者比较困难,容易出错。 2(三维设计可以采用参数化设计,相对二维设计修改方便、快速、简单。 3(三维设计一般采用模块化设计,同时利用装配将整个模具通过对应关系组合在一起更加直观清楚。 4(利用干涉检查功能可以避免复杂模具设计是经常回出现的“干涉”问题。避免存在结构性错误。模具设计的准确性。这个功能是二维设计不能具备的。 5(在具有三维实体的环境下出二维工程图保证平面图、断面图、局部图等准确可靠。 6(三维模具在设计阶段就可以计算出模具的重量,准确控制成本。 7(利用三维实体加工制作保丽龙,有效地提高了实型制作效率。并且保证机械加工余量均匀、可控,是“无人化”数控加工生产的前提。 8(三维实体模具可以使CNC的一次、二次加工面编编程加工。减少机械加工出错的节点,彻底实现“无图化”生产。 9(在钳工装配极端,因为三维实体的直观的特点,可以大大减少工人识图的时间,缩短了生产周期。 2 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 10(利用三维设计,在最初阶段就能够实现上游部门和下游部门数据共享,这样有利于下游工序产生问题意识或提出技巧,并将其反映给设计部门。 11(三维实体设计是一种可以尝试前所未有的、全新的构思的工具。因为它可以任意试验在实物上不允许的失败,使设计人员不怕失败,勇于创新。 所以,soildworks等三维设计在工业上已经普遍使用,在工业领域将得到一个相当重之地位。 CAD整体解决系列产品由以中望为龙头发起的“国产 CAD 软件联盟”推出,其尽最大限 度优化整合优秀的国产软件资源,通过各厂商之间的优势互补,集一流智慧,为企业打造出 拥有极高性价比的一体化方案,彻底解决了企业低成本应用 CAD 软件的难题。 中望与各联盟成员的最新产品研发正在紧锣密鼓的推进之中。相信不久的将来,联盟将为制造企业带来越来越多的创新成果,为实现中国制造业走向世界的目标贡献力量。本次峰会是 e-works 自 2005 年以来第四次成功举办的 PLM 领域高峰论坛。这一覆 盖了军工、汽车、机械、电子电器等相关领域的年度专业盛筵,吸引了包括华为、TCL、三 一重工、上汽集团、中兴通信等国内数百家著名制造企业参加。未来,以中望为首的国产 CAD 软件厂商将把更先进的 CAD 技术深入应用到制造业各领域, 帮助国内企业解决产品研发 中的实际问题,以一流的技术和服务助力企业调整和改善产品结构、提高产品技术含量,让 “中国创造”遍布世界的每一个角落。 而EdgeCAM等软件将作为设计的后盾,在机械行业引导向前进。 如今,CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位。广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案,迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒,几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业,但其强大的功能以得到各行业的认可,在欧洲汽车业,已成为事实上的。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知 3 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配,创造了业界的一个奇迹,从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案,迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒,几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业,但其强大的功能以得到各行业的认可,在欧洲汽车业,已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配,创造了业界的一个奇迹,从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位 所以,在将来的机械行业,数字化设计与制造永远不被淘汰,更会带着我们的社会一步步发展。 此次设计的主要内容: 1、实现无图纸化的数字化设计制造的平台。 2、使用soildworks软件插入图片来构建吸尘器三维模型,是一个设计难点。 3、根据模具的特点进行分模,做模具装配动画。 4、确定模具,选择加工工艺、夹具及其刀具。用EdgeCAM模拟加工,自动生成G代码,并做模具仿真动画。 5、将G代码传送到加工中心,加工模具。 4 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 1.2 CAD/CAM技术发展趋势 计算机辅助设计与制造(CAD、CAM)技术产生于20世纪50年代后期发达国家航空和军事的工业中,随着计算机信息的发展,CAD、CAM技术在全球迅速普及开来,带来了一个新时代。CAD/CAM对于制造业来说,它不仅给设计人员带来了简便,也提高了设计品质和制造品质,缩短了设计的开发周期,降低了设计成本和开发的强有力手段。为制造商赢得市场的制胜法宝。因此,研究我国机械行业,利用CAD、CAM技术的应用现状,探讨其发展前景,对加快我国机械行业CAD、CAM技术推广应用步伐,提高我国机械制造业在国际的竞争力有深远的意义。 CAD技术是当今世界发展最快的技术之一。它不仅促使了生产模式的转变,同时也促进了市场的发展。如今,CAD/CAM技术已经在许多领域中得到应用,这里只讨论在制造业中的应用,设计知识、 产品开发计划、 零件图、装配图、 产品功能需求。根据产品开发计划和对产品功能的要求,不再仅仅是依靠设计者个人的知识和能力去设计,而是运用包括设计者本人和存储在计算机中的多种知识,在CAD系统和数据库的支持下进行工作。这种工作方式设计出的产品大大优于单个设计师凭个人脑力和能力设计出的产品。另外,CAD输出的结果也不仅仅是装配图和零件图,还包括设计、制造过程中应用计算机所需的各种信息。 CAM 技术概念 。 CAM技术主要是围绕着数控编程技术开始发展的。数控加工是CAD/CAM发挥效益最直接最明显的环节之一。加工对象的形状越复杂,加工精度越高,设计更改越频繁,数控加工的优越性越容易得到发挥。因此数控编程技术受到高度重视。然而从制造的全过程看,应用计算机作为辅助手段的不仅仅是数控编程,还有许多技术和方法归类于CAM的范畴,如计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助生产管理(CAPM)、生产活动控制(PAC)和模具的设计及其G代码的生成等。其中有些内容已经超出了制造过程和间接制造过程;狭义CAM则是指制造过程中某个环节上应用计算机。是对狭义CAM的一种概念性解释,其中在制造全过程的数控编程环节上应用了计算机。加工设备、工艺路线文件、工序、数控加工程序、内容文件、零件信息、CAM数控检测程序、数据库和CAM系统CAD/CAM技术概念 5 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 实际应用中,CAD/CAM是以系统方式出现的,包括商品化CAD/CAM系统和企业根据应用目标构件的CAD/CAM系统。系统中包括设计与制造过程的三个主要环节,即CAD、CAPP(Computer Aided Process Planning)和NCP(Numerical Control Programming)。其中CAPP和NCP属于CAM范畴。完善的CAD/CAM系统一般包括产品设计、工程分析、工艺过程规划、数控编程、工程数据库以及系统接口几个部分。这些部分以不同的形式组合集成就构成各种类型的系统。 1.产品设计 产品设计包括产品的方案设计和结构设计,它们均在计算机的辅助下完成。在结构设计中,可以应用当前较成熟的曲面造型技术、实体造型技术和特征造型技术。另外,在设计阶段就要考虑零件的几何特征和制造工艺特征,使产品设计的数据能在其他环节中使用。 2.产品分析 产品分析包括对产品的性能,材料的选择等。 3.工艺过程规划 工艺过程规划是将产品设计阶段的几何特性和制造工艺特性等数据信息转换为各种加工和制造管理信息。零件加工过程的计算机辅助设计包括完成工艺路线与工序设计、产生工序图和工艺文件、向CAM提供数控编程所需的工艺信息。CAPP一般采用样件法和创成法原理。特征造型技术完整地描述了零件的几何与工艺特征信息。CAPP首先要建立一个工艺路线设计、工序设计规划、工艺决策方法等知识建立知识库。工艺数据库包括机床、刀具、夹具和切削参数等。 4.数控编程 加工零件需要来自CAD方面的几何信息和来自CAPP方面的工艺信息。利用这些信息完成零件的数控加工编程及仿真,并提供数控加工指令文件和加工时间信息。 1.2.1 CAD/CAM技术发展的特点 如今,CAD/CAM的代表软件有很多,在机械行业,计算机辅助设计(CAD) 6 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 主要用AutoCAD,而计算机辅助制造(CAM)主要有MasterCAM、EdgeCAM等。它们的发展状况直接影响机械行业的效率和制造质量。 CAD/CAM技术经过几十年的发展,先后走过大型机、小型机、工作站、微机时代,每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在,工作站和微机平台CAD/CAM软件已经占据主导地位,并且出现了一批比较优秀、比较流行的商品化软件。这类软件的特点是优越的参数化设计、变量化设计及特征造型技术与传统的实体和曲面造型功能结合在一起,加工方式完备,计算准确,实用性强,深受设计者好赞,爱不释手。 21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化,追求的目标是提高产品质量及生产效率,缩短设计周期及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。具体表现出以下几个特征。 (1)标准化 CAD/CAM系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据 并采用GT(成组技术)生产。库。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用, 非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。 (2)集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。 (3)智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。 7 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 (4)网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。 (5)多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、制造成本与制造周期的最佳组合。 (6)逆向工程技术的应用 在许多情况下,一些产品并非来自设计概念,而是起源于另外一些产品或实物,要在只有产品原型或实物模型,而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量,然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造,这种过程就是逆向工程RE(ReverseEngineering)。逆向工程能够缩短从设计到制造的周期,是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。 (7)快速成形技术 快速成形制造技RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于层制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于EDM加工、作为模芯消失铸造出模具等),从而避免了传统模具制造的费时、高成本的NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要的作用。 经过这几十年的发展,我国模具CAD/CAM有了长足的发展,模具CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。我国研制模具CAD/CAM软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。在政府的大力支持下先后出现了一批先进的模具CAD/CAM示范企业,高校和企业也培养了一大批模具CAD/CAM软件开发及应用人才。但总的来说,我国目前模具CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都 8 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 与发达国家有不小的差距。模具CAD/CAM技术水平还处于向高技术集成和向产业化商品化过渡的时期,研制的软件在可靠和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距,还没有针对性的软件,使用一般都是通用性软件。但是我们不但要看清我们的劣势,也要看到我们的优势。与国外软件相比我们的优势是:了解本国市场,便于提供技术支持,相对价格便宜等。另外,我们有政府的大力支持,各大高校也为CAD软件的开发培养了大批的人才。在这些前提下,我国模具CAD/CAM产业不仅要紧跟时代潮流,跟踪国际最新动态,遵守各种国际规范,形成自己独特的优势,更要立足国内,结合国情,面向国内经济建设的需要,开发出有自己特色,符合中国人习惯的CAD/CAM软件。 1.2.2 我国CAD/CAM技术发展概况 近年来, 随着我国正式加入WTO,经济全球化和信息化使我国制造企业的竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻变化,这些变化对我国制造企业提出了严峻的挑战,如何提高自身的核心竞争力已成为制造企业关注的焦点。 目前看来CAD/CAM 技术应用需求的发展趋势主要有以下几点: 1(CAD/CAM 系统应具有更高的开放性 C A D / C A M 系统的开放性主要体现在系统的工作平台、用户接口、应用开发环境以及与其他系统的信息交换等方面。现在市场上的CAD/CAM 产品一般都会为最终用户提供二次开发环境,有些产品甚至会提供其内核源码。这样就允许用户定制自已的C A D /CAM 系统,具有很好的开放性。CAD/CAM 系统的开放性是决定其能否真正达到实用化、能否真正使之转化为现实生产力的基础。C A D / C A M 软件商应该向企业提供易学易用的二次开发工具,即开发面向行业和企业应用的专用C A D /CAM 软件和数据库。随着计算机技术的不断发展,适合企业的CAD/CAM 应用系统将会更加友好,更受用户欢迎。 9 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 2(CAD/CAM 系统应具备更好的集成性 集成就是向企业提供CAD/CAM 一体化的解决方案。集成的出发点是:企业中各个环节是不可分割的,必须统一考虑;企业的整个生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。 CAD/CAM 系统应用集成性的提高可分为以下四个步骤: (1)以“甩掉图板”为目标的计算机辅助绘图与设计系统; (2)以资源共享、权限控制为目标的产品信息管理系统(PDMS),由此可以甩掉纸介质的图纸文档,并且在企业实现设计生产信息和管理信息的集成,逐步实现甩掉工艺卡; (3)以建立全局产品模型、无纸设计、加工管理为目标的计算机辅助三维设计、分析、仿真模拟以及加工集成系统; (4)以控制产品生命周期为目标的并行工程。其基本要素是优化设计,并且从产品性能设计、产品制造工艺性能设计、产品可检测性能设计、产品可维护性能设计以及产品依从性能设计入手进行优化。 3(CAD/CAM 系统应用逐步深入,企业提出智能化需求 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动,智能CAD/CAM 是CAD/CAM 发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看,现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动(包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式)往往是束手无策的。因此,智能C A D / C A M 系统不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD / CAM 技术相结合,更要深入研究人类设计的思维模型,并用信息技术来表达和模仿。 要使产品、工程和系统的质量好、成本低、市场竞争力强,就需要用最好的 10 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 设计、最好的加工和最好的管理,就十分迫切需要总结国内外相关产品、工程和系统的设计制造经验教训,融合成功的设计制造经验完成智能设计、智能制造系统去指导新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创新性。 4(CAD/CAM 系统标准化工作是企业应用的有力保障 现有CAD/CAM 软件一般是集成在一个异构的工作平台之上,为了支持异构跨平台的环境,就要求它应是一个开放的系统,这需要采用标准化技术来保障异构环境下数据的一致性和交互性。 除了CAD/CAM支撑软件逐步实现ISO 标准和工业标准外,面向应用的标准构件(零部件库)、标准化方法也已成为CAD/CAM系统中的必备内容,且向着合理化工程设计的应用方向发展。 完善的CAD/CAM标准体系是指导我国标准化管理部门进行CAD/CAM技术标准 化工作的科学依据,是开发制定CAD/CAM技术各相关标准的基础,也是促进CAD/CAM 技术普及应用的约束手段。因此,在CAD/CAM应用中应跟踪国际的相关标准、研究制定符合我国国情的CAD/CAM 标准,并切实加以执行。这是促进我国CAD/CAM 技术研究开发、推广应用不断发展的重要证. CAD/CAM 的技术进步始终与工程实际相结合,历史上在其发展过程中产生了巨大的经济效益和社会效益,它在我国的应用和发展必将对制造企业产生深远的影响,对提高我国制造企业核心竞争力起到举足轻重的作用。随着国外先进C A D /CAM 技术的大量引进及大力实施国家“863 计划”、创新基金、国家重大科技产业工程项目等重大科技计划,我国综合科学技术水平将日益提高,CAD/CAM 技术在国内制造业将日趋实用化与普及化。 11 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 1.3 制造仿真技术在制造业中的应用 在制造企业产品设计和制造的过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用.制造业竞争的日趋激烈,促使各国研究和应用先进制造技术.先进制造技术的应用和发展,为计算机仿真的应用提供新的舞台,提出更高的要求.从发展的历程来看,仿真技术应用的领域空前的扩大,已从传统的制造领域(生产计划制定、加工、装配、测试)扩展到产品设计开发和销售领域.而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化,是仿真技术在制造业中应用的新趋势.按照仿真技术应用的对象不同,可将制造业中应用的仿真分为四类:面向产品的仿真;面向制造工艺和装备的仿真;面向生产管理的仿真;面向企业其它环节的仿真.本文将从以上四个方面,介绍计算机仿真在制造业中的具体应用.本文最后还介绍了虚拟现实和拟实制造的概念,作为计算机仿真在制造业中应用的展望. 现在,面向制造系统的仿真出现了一体化支撑软件,实现了仿真建模、仿真运行、输出分析的集成环境,仿真监控运用了并发执行机制,在数据库管理的基础上实现了模型数据、实验数据、仿真结果的统一管理,人工智能技术也应用在仿真建模、仿真运行和仿真结果的分析中。 1.4设计中需要解决的主要问题及难点 首先,对于我们的设计研究,怎么才能工件吸尘器的模型,怎么进行分模和加工,生成G代码后怎么传送到加工中心加工。这是设计中所面对的重点和难点 要对专业知识的巩固和了解,设计软件的熟悉掌握,如CAD,soildworks及EdgeCAM,对制造仿真生成G代码的学习。在设计的过程中,有一个好的思绪去准备,为设计理一个大概的提纲,这样在设计过程中就有条理地进行。 建模是我们的一大难点,以图片建模,相当考验我们对软件的熟练程度,曲面的构建,对命令的使用和认识。 12 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 在建模中认识到许多不足的地方,不停的学习和练习,在知道老师和同学的帮助和指导下,终于还是完成了建模部分。 1.5设计的流程 1、第一周进行开题报告的书写,查阅收集相关资料。并对模型的结构进一步地了解。 2、第二周进行模型分析,尝试开始建立模型。 3、第三周进行模型确定和分模。 4、第四周完成模具的三维模型,并附带二维图纸,图纸根据要求选择合适的模板格式。 5、第五周和第六周完成模具的CAM部分加工设计及G代码的生成。 6、第七周、第八周在加工中心制造吸尘器外壳凹模的模具。 7、第九周和第十周完成吸尘器外壳图模模具的装配仿真,分模仿真和加工仿真。 8、第十一周到第十四周书写毕业设计说明书。 13 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第二章 制造平台的构建 2.1 设计仿真平台 关于对模具的设计,首先,我们必须有一台计算机和设计软件。这是我们必不可少的。数字化设计制造在社会工业上得到尤为迅速的发展,仿真平台渐渐地和实际生产相吻合,使生产得到质量上和效率上的到保障。 从设计到生产,主要需要这些过程: 设计?建模?分模工艺分析?CAM加工仿真?G代码生成?加工中心 2.1.1 计算机 计算机是设计的基本核心,所有的设计都离不开它,它带给我们方便和设计的平台,所有需要一台计算机必须和所选用的软件想兼容,这样才能使设计顺利完成。 2.1.2 软件的选用 设计软件我们使用soildworks和EdgeCAM三个软件。在设计的软件中,比如AutoCAD、UG、proe、Catia、soildEdge等这些都是比较常见的三维设计软件,而制造仿真软件中MasterCAM也是常见的,但是,在此次设计中,考虑很多的问题,最后选定soildworks和EdgeCAM两个软件作为设计的工具和软件研究的对象。 2.2 加工平台 加工中心最适合加工形状复杂、工序较多、要求较高的零件,这类零件常需使用多种类型的通用机床、刀具和夹具,经多次装夹和调整才能完成加工。对于机构比较复杂的吸尘器,曲面的加工是非常复杂的,虽然不需要二次夹具,但是它在加工时候需要的步骤太多。 所以,我们必须有一个加工的平台,就是加工中心,只需要CNC代码和正确的选择夹具及其刀具。 在模拟加工的过程中,让设计更明白地展现在我们实现里,加工过程和G代码的生成。 14 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 2.3 信息传送平台 将模拟加工中生成的G代码通过RS232瑞口用传输线从电脑传到机器中,但是,机械的种类不同和系统选择不一,所以传送选择的端口等不同。系统接好机器与电脑连接线后,在电脑里设定好传输参数(要与机器内置参数一样)如传输速率,停止位元,结束位元等。 15 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第三章 材料的选用 3.1 吸尘器外壳的材料选用 吸尘器的材料选择亚克力,我们选择亚克力,是有一定的根据,首先,它有很多的有点: 1.加工可塑性大,可制成各种所需要的形状与产品,造型变化大,加工成型容易 2.具有高透明度,透光率达92,,有"塑胶水晶"之美誉,做出来的产品视觉上美观。 3.耐候及耐酸碱性能好,不会因常年累月的日晒雨淋,而产生泛黄及水解的现象; 4.抗冲击力强,是普通玻璃的十六倍 5.绝缘性能优良,适合各种电器设备; 但是,它也有缺点: 首先,它价格昂贵,不利于运输,对于大批量生产,运输过程很容易损坏。加工时摩擦产生异味,钻孔容易滑丝。 但对于我们只是选择研究,用亚克力来代替模具钢作为研究对象,不会因为它一些缺点而不选择它的优点。 3.2 模具钢的材料选用 用亚克力来模拟模具钢来做模具,代替模具钢作为研究对象,容易加工,美观。 16 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第四章 CAD设计部分 4.1 CAD建模 开始建模,开始进入设计的重要环节。 4.1.1 目标零件分析 吸尘器是很常见的,但是它的外形种类不胜枚举。 零件图片 一个很多曲面构成的吸尘器模具。首先对模具的分析了解,这样只有一张图片的模型,要对它的大小尺寸的固定我们必须用图片来建模。它是由一个个曲面构成,而有些曲面我们根本无法去建,只能先建出与它相邻且连接的两个曲面,然后放样生成。 4.1.2 建模 选择建模的软件我选择soildworks2012. 17 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 首先,选择模具的正视图插入到soildworks软件中,选择前视基准面,如图所示: 零件图片1 然后选择右视基准面插入右视图 零件图片2 18 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 插入图片完成后,构建模具的轮廓和所需的曲面。 零件图片3 如图所示是根据插入的图片所建出的曲面,然后经过分割、放样等命令构建出。 19 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 零件图片4 用两个曲面放样得到: 20 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 零件图片5 因为吸尘器是个对称模具,所以建模的时候只需要它的一半,镜像然后实体完成建模。如图: 21 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 前视图 上视图 22 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 右视图 23 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 模具图 模具的工程图示例图片如下图所示: 24 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 工程图 4.2 装配 关于它的配合,这个建模的时候是一个实体的一半镜像而成,所以在配合的时候不会出错,如图: 25 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 装配图 4.3 分模设计 分模设计这一块,因为它是一个对称的模具,所以在分模的时候选择一半来做,如果用整个实体来做,复杂且不好选分型面。 对于这样一个不规则的模具做分模时,抽壳是一个很大的问题,曲率分析,曲率太小的曲面抽壳时厚度不能大于曲率的半径,所以要选择一个适合的厚度来抽壳,这样才能完成抽壳这一部分。 4.3.1 抽壳 将模具的一半来作为抽壳和设计的研究对象。如图: 26 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 模具目标图 选择切面作为抽壳的面,因为这个面是整个实体最大的面,便于分模。按照标准选择抽壳的厚度。 塑料料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值(单位mm) 工程塑料 最小壁厚 小型制品壁厚 中型制品壁厚 大型制品壁厚 尼龙(PA) 0.45 0.76 1.50 2.40,3.20 聚乙烯(PE) 0.60 1.25 1.60 2.40,3.20 聚苯乙烯(PS) 0.75 1.25 1.60 3.20,5.40 有机玻璃(PMMA) 0.80 1.50 2.20 4.00,6.50 聚丙烯(PP) 0.85 1.45 1.75 2.40,3.20 聚碳酸酯(PC) 0.95 1.80 2.30 3.00,4.50 聚甲醛(POM) 0.45 1.40 1.60 2.40,3.20 聚砜(PSU) 0.95 1.80 2.30 3.00,4.50 27 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 ABS 0.80 1.50 2.20 2.40,3.20 PC+ABS 0.75 1.50 2.20 2.40,3.20 表1 4.3.2 压凹分模 压凹分模不用选择分型面和分型线,压凹的实质就是将模具作为对象,将一个实体一份为二,得出一个凹模和一个凸模。 将抽壳完成的模具用soildworks打开,以抽壳的面作为基准面拉伸凸台,凸台的尺寸为150*150*28.57mm,不合并结果。如图所示: 压凹 打开压凹命令,以拉伸的凸台作为目标实体,吸尘器模具作为工具实体,完成压凹。 28 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 如图所示 图1 压凹完成后,生成一个完全装配的三个实体,吸尘器模具、凹模和凸模。 29 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 凹模图 30 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 凸模图 31 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 吸尘器模具 4.3.3 装配 吸尘器的分模装配如图所示: 32 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 装配图 33 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第五章 CAM设计部分 CAM设计部分充分体现了实体与刀具路径之间的关联,实体的几何特征(如:高度、深度、直径)的确定,在软件想要修改,只需将刀具路径进行更新即可,这就是edgecam的一个好处,他可以适时修改,不需要从头做,改了其中一个参数,可以自动修改相关联的其他参数和操作而无须重新编辑。所以,在我们做模具设计,CAM是必不可少的部分。 5.1 CAM软件的选取 在设计中,CAM主流软件很多。 1、MasterCAM是加工编程软件,但是建模不在强项。 2、proe侧重建模,对于模拟加工和工艺选择不够好。 3、UG两者都能作,而且功能比较强大,感觉UG比较不错,现在国内南方小公司用proe比较多,一些比较大的公司用UG比较多,因为proe建模相对来说方便一点,功能也还行,UG则比较全面建模不弱于proe甚至某些建模功能还强,而且加工,分析,钣金,模具,PLM做的都很好,所以一般大公司选择UG比较多,只是学习较难。 因为考虑很多因素,我们选择EdgeCAM来作为设计的CAM软件的研究对象。 5.2 目标零件加工工艺分析(数控工艺) 一个以150*150*28.57mm的毛坯,加工吸尘器的凹模。 34 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 模具图 1、选定毛坯尺寸 2、铣凹槽,选定下刀坐标点和铣曲面。 如图: 35 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图1 5.2.1 加工中心工艺分析 吸尘器凹模毛坯尺寸150*150*28.57mm,首先夹紧毛坯铣曲面,选择刀具和系统。 5.2.2 零件结构工艺性分析 根据吸尘器的外形可看出,它的结构是由曲面构成,不规则的曲面相接而成的一个吸尘器外壳,做出的凹模选择的毛坯为150*150*28.57mm,在选材的时候,用亚克力来替代模具钢来作为研究对象,所以在加工曲面方便得多。 5.2.3 零件的定位与装夹 由于是单件小批量生产,所以采用的是通用夹具:精密平口钳,该夹具已在机床上找正、找平,并固定在机床工作台上了。每个零件装夹后,X坐标是固定 36 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 不变的,只需要用试切法找到Z和Y的零点即可。 5.3 虚拟加工流程 本次数控机床的选择为:机床型号:VMC850,系统:fanuc 0i系统。 加工流程: 系统选择-程序输入-零件定位-开始粗铣曲面-粗铣清角。 吸尘器外壳凹模,在加工过程中无需铣毛坯平面,直接先粗铣曲面,然后等粗清角。 5.3.1数控编程简述 普通机床上加工零件, 一般按照图样制定好零件的加工工艺规程加工, 工艺规程包括零件的加工工序、 切削用量、 机床的规格及刀具、 夹具等内容。 而数控机床则是按照事先编制好的加工程序, 自动对被加工零件进行加工。 把零件的加工工艺路线、 工艺参数, 位移量、刀具的运动轨迹、 切削参数(主轴转速、 切削深度、 进给量等)以及辅助功能(换刀, 切削液开、 关主轴正反转,等)按照数控机床的指令代码及程序格式编写成加工程序单,输入到数控机床的控装置从而控制机床加工零件。 加工步骤 1、 分析图样, 确定加工工艺过程。 2、 数值计算。 根据零件的几何尺寸, 确定的工艺路线及设定的坐标系, 计算零件粗、 精加工各运动轨迹, 得到刀位数据。 3、 编写零件加工程序单。 4、 输入/传送程序。 5、 程序校验与首件试切。 37 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 5.4 数控加工工艺分析 由于是单件小批量生产,所以采用的是通用夹具:精密平口钳,该夹具已在机床上找正、找平,并固定在机床工作台上。每个零件装夹后,X坐标是固定不变的,只需要用试切法找到Z和Y的零点即可。 由于零件的程序零点设定在工件上表面的左下角处,所以,只需用标准刀(1号刀)试切工件上表面,取Z=0,在机床的offsettiing中让机床测量该点,即可设置G54(或G55-G59)。 刀具的选择为: 1、2号6球刀粗加 2、3号4球刀等粗、清角 在CAM程序中,选择吸尘器的模具生成毛胚,在使用相对应的刀具合理的选择相对的加工方式加工即可。 5.5 吸尘器外壳凹模的模拟加工过程 将完成了的凹模用EdgeCAM打开,如图所示: 38 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图1 选择毛胚和夹具按钮,选用自定义生成毛胚,并选择毛胚实体: 开始定义毛坯,如图所示: 39 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 毛坯定义 下图即为定义完成的毛坯。 图2 40 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 新建CPL点,选择毛胚表面左下角为新的CPL点: 下图为新建CPL点的设置。 图2 选取点: 图3 这样就完成了CPL的建立,之后就开始加工界面。 进入加工模式,根据工艺设置CPL点,选择2号6球刀粗加 41 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 和3号4球刀等粗、清角。 如图: 2号刀粗加工 完成之后等粗加工。 42 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图4 设置参数如图所示,其他参数默认,开始加工。 43 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图5 等粗加工完成后清角加工,设置参数。 44 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图6 其他设置参数默认,开始加工。 45 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图7 5.6程序生成 等清加工完成,所有的吸尘器外壳凹模加工完成了。之后G代码的生成,点击命令生成CNC文件,开始生成代码。如图所示: 图8 46 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 点击确定,开始生成代码。 图9 完成CNC文件生成。 图10 47 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第六章 程序 % G21 G90 G40 T02 M06 G54 S1600 M3 G0 X44.859 Y88.044 G43 H02 Z5.0 G1 X59.961 Y78.25 Z-1.0 F600.0 X62.144 Y76.845 X64.11 Y75.311 X64.528 Y75.0 G3 X66.912 Y73.259 R65.163 X68.884 Y71.899 R80.66 X72.282 Y69.722 R94.034 X74.601 Y68.343 R154.502 48 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 G1 X76.605 Y67.227 X78.038 Y66.463 G3 X79.415 Y66.814 R1.057 G2 X80.296 Y67.875 R20.831 G3 X80.019 Y68.8 R0.6 G2 X76.439 Y70.188 R82.88 X70.168 Y72.982 R141.164 X67.154 Y74.406 R182.608 G1 X62.144 Y76.845 G2 X59.53 Y78.533 R188.71 X58.949 Y79.002 R5.405 G3 X58.835 Y79.044 R0.089 X58.785 Y78.933 R0.089 X58.881 Y78.871 R0.098 G2 X59.468 Y78.576 R6.283 G3 X59.712 Y78.662 R0.257 X59.912 Y79.15 R0.659 G1 X59.842 Y80.429 G3 X58.983 Y81.721 R1.532 G1 X57.838 Y82.279 X53.338 Y84.436 G3 X47.967 Y86.939 R870.702 ...... ...... X16.95 Y105.501 Z-7.203 X16.697 Y105.416 Z-6.556 X16.654 Y105.402 Z-6.423 X16.503 Y105.351 Z-5.926 49 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 X16.353 Y105.301 Z-5.327 X16.237 Y105.264 Z-4.753 X16.231 Y105.258 Z-4.712 X16.144 Y105.232 Z-4.143 X16.068 Y105.207 Z-3.459 X16.032 Y105.195 Z-2.938 X16.001 Y105.189 Z-1.882 X15.985 Y105.195 Z-1.76 X15.96 Y105.201 Z-1.655 X15.892 Y105.221 Z-1.471 X15.788 Y105.254 Z-1.277 X15.628 Y105.303 Z-1.063 X15.475 Y105.352 Z-0.903 X15.298 Y105.407 Z-0.753 X15.122 Y105.462 Z-0.629 X14.755 Y105.575 Z-0.424 X14.57 Y105.633 Z-0.341 X14.237 Y105.737 Z-0.22 X13.866 Y105.852 Z-0.12 X13.822 Y105.862 Z-0.108 G0 Z50 M5 T1 M6 M30 % 50 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 第七章 实际加工 下图是在加工中心实际加工吸尘器外壳凹模时所拍的图片。 图1 51 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图2 52 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图3 53 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图4 54 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 图5 55 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 结论 吸尘器外壳凹模的设计,从设计到加工生成整个过程都用模拟和实际的加工操作相结合,不但体现了生产中数字化设计制造的意义所在,也反映了当今社会对于机械或者模具在数字化设计制造中的腾达发展,展现机械行业无图纸化的生产模式,让我们看出CAD/CAM(数字化设计制造)对机械行业的贡献,自达索公司开创无图纸化的生产模式系统,机械行业在世界的比重提高。 关于设计的软件,设计中选用的是soildworks和EdgeCAM,体现了两个软件在机械行业中设计的重要性,soildworks在设计中对曲面的构造的强大和学习的简单性,相信在以后的行业中能占到相当的重要性。EdgeCAM虽然在设计建模方面不足,但是它作为设计的后盾,毛坯选择,工艺设计,刀具的选择和确定,模拟加工都是非常强大的。 在整个设计中,经过不懈的努力,查阅资料,遇到问题和解决问题的过程,让我对机械行业的向往和认可,从中学到一些不曾发现的问题,和解决问题的办法。从吸尘器的建模,遇到的诸多问题,在老师和同学的帮助下都一一得到解决,全为曲面的模型,首先建模的思路和方法,分模选择的方式。这里选择的是压凹,没有建立分型线和分型面,对于吸尘器这样结构的模具,用压凹比较简单。 近年来, 随着我国正式加入WTO,经济全球化和信息化使我国制造企业的竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻变化,这些变化对我国制造企业提出了严峻的挑战,CAD/CAM 的技术进步始终与工程实际相结合,历史上在其发展过程中产生了巨大的经济效益和社会效益,它在我国的应用和发展必将对制造企业产生深远的影响,对提高我国制造企业核心竞争力起到举足轻重的作用。随着国外先进C A D /CAM 技术的大量引进及大力实施国家“863 计划”、创新基金、国家重大科技产业工程项目等重大科技计划,我国综合科学技术水平将日益提高,CAD/CAM 技术在国内制造业将日趋实用化与普及化。 CAD/CAM成为设计的领导者,带着机械行业一步步迈向更新的时代。 56 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 参考文献 [1]杨叔子,吴波.再论先进制造技术及其发展趋势[J].机械工程学报,2006,42(1):(1-5). [2] 吕琳.数字化制造技术国内外发展研究现状[J].现代零部件,2009(3).:(2-5). [3] 杨海成,敬石开.数字化制造的研究发展与应用实践[J].数字制造科学,2003,1:(3-8). [4] 吕琳,胡海明.浅谈数字化制造技术[J].机电产品开发与创新,2009,22(1).(4-12). [5] 陈超祥、胡其登,等编著;SolidWorks模具设计教程[M].机械工业出版社.(13-16). [6] 陈超祥、叶修梓,等编著;SolidWorks工程图教程[M].机械工业出版社.(13-19). [7] 詹迪维,主编;SolidWorks机械设计教程2013 [M].机械工业出版社.(13-26). [8] 詹友刚,编著;UG NX8.0数控加工教程[M].机械工业出版社.(25-31). [9] 李名雪,主编;EdgeCAM12.0基础与实例教程[M].化学工业出版社.(33-37). [10] 杨伟群,等编著;数控工艺培训教程[M]. 清华大学出版社.(38-42) [11] 常同立、杨家武、佟志忠,等编著;机械制造工艺学[M].清华大学出版社.(39-42). 12] 李华,徐炜.数字化制造技术应用分析[J].装备制造技术,2008(11)(41-43). [ [13] 李春杰,肖素梅.制造业信息化与数字化制造的发展[J].散装水泥,2005.(44-45). [14] 张训杰,童伟国.先进制造技术与数字化制造[J].装备制造技术,2007.(47-49). [15] 韩建海、胡东方,主编;数控技术及装备[M].华中科技大学出版社.(50-51). [16] 范超毅、赵天婵、吴斌方,主编;数控技术课程设计[M].华中科技大学出版社.(50). 57 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 致谢 从设计到结束,一直都得到老师和同学不辞劳苦的帮助,为我解决了很多遇到的难题,让我完善了很多不足的地方。在毕业设计完成,即将面临的毕业之际,我对机械的数字化设计制造的概念有了一定的了解和认识,为我以后从事机械行业奠定一定的基础。 在这里,我衷心感谢带我毕业设计的两位老师,以及班上的同学给我带来的这么多,无论是知识或是一直相处的那些无法用言语表达时光。 58 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页 附录 图1 吸尘器工程图 图2 吸尘器凹模工程图
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