cad課程設(shè)計(jì)--usb迷你風(fēng)扇設(shè)計(jì)及加工

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　USB迷你風(fēng)扇設(shè)計(jì)及加工</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求……………………………………………………2</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)目的…………………………………………………………………

2、……2</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………………2</p><p>　　二、CAD設(shè)計(jì)部分………………………………………………………………...2</p><p>　　2.1 風(fēng)扇后蓋的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………2</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)

3、………………………………………………………………………….6</p><p>　　2.3 風(fēng)扇前蓋的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………7</p><p>　　2.4 支架的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………8</p><p>　　2.5 扇葉的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………8<

4、/p><p>　　2.6 總裝配圖……………………………………………………………………………9</p><p>　　三、CAE工程分析部分……………………………………………………………10</p><p>　　3.1 問題分析…………………………………………………………………………….10</p><p>　　3.2 確定問題的范圍…………

5、………………………………………………………….11</p><p>　　3.3 建立有限元模型……………………………………………………………………..11</p><p>　　3.4 實(shí)體單元參數(shù)設(shè)置…………………………………………………………………..11</p><p>　　3.5 劃分網(wǎng)格…………………………………………………………………………….12&

6、lt;/p><p>　　3.6 定義邊界條件……………………………………………………………………….13</p><p>　　3.7 加載荷和求解……………………………………………………………………….13</p><p>　　3.8 結(jié)果查看…………………………………………………………………………….15</p><p>　　3.9 結(jié)

7、果分析…………………………………………………………………………….16</p><p>　　四、CAM部分………………………………………………………………………16</p><p>　　4.1 分析零件結(jié)構(gòu)、工程圖要求，劃分工序 ................................................................... 17 </p>

8、<p>　　4.2 工件毛胚制定 ........................................................................................................... 17 </p><p>　　4.3 利用PRO/E軟件數(shù)控加工模塊進(jìn)行演示 ......................................

9、...........................17</p><p>　　五、參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………20</p><p>　　六、設(shè)計(jì)總結(jié)、意見及建議………………………………………………………20</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)目的及基本要求 </p><p>　　1．1 課程設(shè)計(jì)目的 <

10、/p><p>　　隨著CAD/CAE/CAPP/CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。為了使學(xué)生更好地掌握CAD/CAE/CAPP/CAM相關(guān)技術(shù)在設(shè)計(jì)及實(shí)際加工中的應(yīng)用，特設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)。本課程設(shè)計(jì)知識(shí)覆蓋面廣，涉及到機(jī)械制圖學(xué)、機(jī)械工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造基礎(chǔ)、模具設(shè)計(jì)及制造、數(shù)控加工工藝學(xué)、三維設(shè)計(jì)軟件、工程設(shè)計(jì)美學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)理論課的知識(shí)，以及產(chǎn)品裝配的實(shí)踐能力。通過本課程設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠熟悉應(yīng)

11、用所學(xué)知識(shí)結(jié)合先進(jìn)的CAD/CAE/CAPP/CAM軟件解決工程實(shí)際問題的方法，初步掌握零件設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)及加工的方法和步驟，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，提高對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用的能力，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，為走向工作崗位奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　1．2 課程設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　設(shè)計(jì)產(chǎn)品，應(yīng)用CAD/CAE/CAPP/CAM相關(guān)軟件完成產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)，同時(shí)確定合適的工程材料，把各零件

12、按照設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)行裝配，并對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)零部件進(jìn)行工程分析校核。分析各個(gè)零件，確定需要進(jìn)行機(jī)床加工的零件，建立加工模型，編排加工工藝，確定加工參數(shù)，完成模擬加工?！净蛘吡慵b配完成之后，設(shè)計(jì)型芯、型腔，完成模具的加工】。 要求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有可裝配性、宜人性和可加工性。</p><p>　　二、CAD設(shè)計(jì)部分 </p><p>　　USB迷你風(fēng)扇采用SolidWorks 建模。</p&

13、gt;<p><b>　　風(fēng)扇后蓋的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　風(fēng)扇后蓋模型主要運(yùn)用了實(shí)體和曲面建模的綜合知識(shí)。從建模的過程來看，首先大量使用了拉伸特征建立整體結(jié)構(gòu)，接著運(yùn)用鏡像和切除等特征進(jìn)行模型的局部修改。其結(jié)果如下圖所示。</p><p>　　1．利用旋轉(zhuǎn)、抽殼等特征創(chuàng)建底座基礎(chǔ)面。</p><p>　　2．建一個(gè)參考

14、面，利用拉伸特征建蓋子的結(jié)合面。</p><p>　　3．利用掃描、圓周陣列創(chuàng)建格柵。</p><p>　　4．利用拉伸特征創(chuàng)建轉(zhuǎn)子基座。</p><p>　　5．利用拉伸、鏡像特征創(chuàng)建連接支架的支撐耳。</p><p><b>　　2.2 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　轉(zhuǎn)子模型主要運(yùn)用

15、了拉伸和切除特征的綜合知識(shí)。結(jié)果如下圖所示。</p><p><b>　　1.拉伸底座</b></p><p>　　2．拉伸凸臺(tái)、切除螺孔。</p><p>　　2.3 風(fēng)扇前蓋的設(shè)計(jì)</p><p>　　風(fēng)扇前蓋模型主要運(yùn)用了旋轉(zhuǎn)、拉伸、切除、掃描、陣列等特征。其結(jié)果如下圖所示。</p><p>

16、;<b>　　1.旋轉(zhuǎn)、抽殼</b></p><p>　　2.拉伸與后蓋的結(jié)合面。</p><p>　　3．掃描、陣列格柵。</p><p><b>　　支架的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　支架的模型主要運(yùn)用了掃描和鏡像的特征建模綜合知識(shí)。且結(jié)果如下圖所示。</p><p&g

17、t;<b>　　2.5 扇葉的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　扇葉模型主要運(yùn)用了曲面建模的綜合知識(shí)。從建模的過程來看，大量運(yùn)用了曲面的旋轉(zhuǎn)、剪裁、縫合、陣列、加厚等特征。其結(jié)果如下圖所示。</p><p>　　2.6 總裝配圖如下圖所示。</p><p>　　三．CAE工程分析部分</p><p>　　USB迷你風(fēng)扇的

18、旋鈕需要經(jīng)常承受扭矩，本部分選用此旋鈕進(jìn)行CAE分析，對(duì)其所受的靜力模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，運(yùn)用ANSY軟件中的靜力分析對(duì)其進(jìn)行分析。最后對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行討論。</p><p><b>　　問題分析</b></p><p>　　旋鈕的模型如圖1所示，它是一個(gè)盤類零件，底面通過與風(fēng)扇底蓋配合、嵌入其中，整個(gè)零件的受力部分主要來自旋鈕上扳手的扭矩。以工程的常識(shí)進(jìn)行初步估計(jì)，可以得出

19、其也是零件結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)所在。所以在利用ANSYS分析時(shí)主要是看這兩個(gè)支撐部分的受力情況?；谝陨系姆治觯瑸榱朔治鲞^程中簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)運(yùn)算量小，本文對(duì)零件的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，如圖2所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3.2 確定問題的范圍 </p>

20、<p>　　對(duì)于問題有了初步的了解之后，進(jìn)一步要弄明白問題涉及的領(lǐng)域，即確定問題的范圍。對(duì)于本問題，可以很容易地看出來，這是一個(gè)力分析的過程。由于動(dòng)力分析過于復(fù)雜。所以本文對(duì)零件只進(jìn)行靜力分析。零件的材料是塑料，又由于在實(shí)際當(dāng)中，沒有哪種材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是完全遵循線性關(guān)系的。所以此處選擇材料為非線性。查ANSYS使用指南，可知規(guī)定的非線性材料的特性是：塑料是永久的，不隨時(shí)間變化而變形，蠕變也是永久的，隨時(shí)間變化而變形的。

21、</p><p><b>　　建立有限元模型</b></p><p>　　由于零件已經(jīng)有建立好的SolidWorks 模型，所以可以利用標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)模型型文件導(dǎo)入的方法在ANSYS中建立有限元模型。</p><p>　　建立“.x_t”格式模型文件</p><p>　　本文通過SolidWorks2012軟件建立模型文件，

22、并把文件保存為副本，其模型數(shù)據(jù)格式為“.x_t”。</p><p>　　打開ANSYS軟件，讀取x_t格式模型文件</p><p>　　執(zhí)行Utility Menu<<file<<import<<PARA命令，選擇“旋鈕.x_t”，單擊OK完成模型輸入操作。CAD模型導(dǎo)入ANSYS后的效果如左圖所示。接著執(zhí)行PlotCtrls<<Style&

23、lt;<Solid Model Facets命令，選擇Normal Faceting，單擊OK,完成實(shí)體建立，如下右圖所示。</p><p>　　3.4 實(shí)體單元參數(shù)設(shè)置 </p><p>　　3.4.1 定義單元類型 </p><p>　　本模型是三維的實(shí)體， 執(zhí)行Main Menu<<Proprecssor<<Element Typ

24、e<<Add/Edit/Delete 命令，在彈出對(duì)話框單擊Add 按鈕，在Library of Element Type 對(duì)話框中選擇SOLID——10node 187.如圖所示</p><p>　　3.4.2 定義材料屬性 </p><p>　　零件的材料為塑料，為ABS ,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得其彈性模量為E X = 1.76 E9 、泊松比為0.35 。 定義材料的彈性模量

25、和泊松比：執(zhí)行MainMenu<<Proprecssor<<Material Props<<Materieal Models 命令， 在彈出的對(duì)話框的Material Modeling Available欄中，依次選擇材料的彈性模量，泊松比。如下圖所示。</p><p><b>　　3.5 劃分網(wǎng)格 </b></p><p>　　本

26、文采用自由網(wǎng)格劃分功能對(duì)幾何模型進(jìn)行劃分。首先要設(shè)置網(wǎng)格的大小，執(zhí)行Main Menu <<Preprocessor<<Meshing<<Size Cntrls<<SmartSize<<Basic命令，在彈出對(duì)話框中選擇4。接著進(jìn)行網(wǎng)格劃分。執(zhí)行Main Menu<< Preprocessor<< Meshing<< Mesh Tool命令，

27、在彈出對(duì)話框中選擇離散對(duì)象為Volumes(體)，單元形狀為Tet和Free，單擊Mesh，選擇生成的實(shí)體模型，程序?qū)⒆詣?dòng)完成網(wǎng)格劃分。結(jié)果如圖 所示。至此，完成了ANSYS對(duì)三維結(jié)構(gòu)的自由網(wǎng)格劃分。 </p><p>　　3.6 定義邊界條件 </p><p>　　該處選用面加載方式施加固定邊界條件，定義下表面為固定邊界條件。</p><p>　　執(zhí)行Main M

28、enu<<Solution<<Define Loads<<Apply <<Structura<<displace ment<<On Areas命令，彈出面拾取框，選擇下表面。在彈出的選擇約束所有的自由度，即All DOF；通過VALUE定義自由度為0.單擊OK，完成了邊界條件的施加，如下圖所示。</p><p>　　3．7 加載荷和求解 &l

29、t;/p><p>　　3.7.1 施加分布載荷 </p><p>　　執(zhí)行Main Menu<<Solution<<Dfine Loads<<Apply<<Structural << Pressure<<On Areas命令，在彈出的對(duì)話框中填入載荷0.0002。結(jié)果如下圖 所示</p><p>&

30、lt;b>　　3.7.2 求解 </b></p><p>　　執(zhí)行Main Menu<<Solution<<Solve<<Current LS命令，彈出模型信息檢查窗口和對(duì)話框，單擊OK，開始求解。</p><p><b>　　3.8 結(jié)果查看 </b></p><p>　　執(zhí)行Main M

31、enu<<General Postproc<<Plot Results<<Deformed Sharpe命令，在彈出對(duì)話框中選擇顯示變形后的結(jié)果和變形前框架方式顯示變形結(jié)果，可得到結(jié)構(gòu)變形云圖如下圖所示。</p><p>　　執(zhí)行Main Menu<<General Postproct<<Plot Result<<Contour Plot&l

32、t;<Nodal Solu,在彈出的對(duì)話框中選擇顯示當(dāng)量應(yīng)力云圖，單擊OK，如下圖所示。</p><p><b>　　3.9 結(jié)果分析 </b></p><p>　　從ANSYS分析結(jié)果的結(jié)構(gòu)變形云圖可以看出，零件在受力的作用下變形主要產(chǎn)生在支撐板部分，特別是在中間部分變形時(shí)最大的。從當(dāng)量應(yīng)力云圖中也可以看出，最大應(yīng)力出現(xiàn)在兩個(gè)角上，并且在圓面一下結(jié)構(gòu)的當(dāng)量應(yīng)力

33、大部分都較大。這將指導(dǎo)我們?cè)谠O(shè)計(jì)零件時(shí)要特意去關(guān)注此處的結(jié)構(gòu)，考慮改變其結(jié)構(gòu)，以減小其應(yīng)力。</p><p><b>　　四、CAM部分 </b></p><p>　　風(fēng)扇的是大批大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，但在制作樣品時(shí)需要利用機(jī)床進(jìn)行加工零件，所以本文在加工部分，選取旋鈕利用PRO/E軟件的數(shù)控加工板塊的功能進(jìn)行機(jī)械制造的演示，旋鈕的三維模型如圖所示。</p>

34、<p>　　4.1 分析零件結(jié)構(gòu)、工程圖要求，劃分工序 </p><p>　　旋鈕外形是一個(gè)軸類零件，軸上開兩個(gè)槽，其加工工序?yàn)橛勉姶膊捎貌矍患庸こ尚汀?lt;/p><p>　　4.2 工件毛胚制定 </p><p>　　查看零件的工程圖，可以了解到，零件的外形大小為，最大外徑為16，長(zhǎng)度為15，所以為了制造的方便可以選用外長(zhǎng)為16，寬未16，高未15的長(zhǎng)方體

35、作為毛坯。</p><p>　　4.3 利用PRO/E軟件數(shù)控加工模塊進(jìn)行演示 </p><p>　　在利用PRO/E軟件進(jìn)行制造加工演示時(shí)的主要步驟有：1、建立加工模型；2、選用機(jī)床等設(shè)備；3、選擇定義切削刀具；4、選擇加工方法；5、設(shè)置加工參數(shù)；6、刀具路線規(guī)劃；7、刀位文件生成；8、刀具軌跡仿真；9、刀位文件后處理；10、NC代碼生成。</p><p>　　1

36、、 新建一個(gè)文件，選擇制造類型，命名為“旋鈕”。 </p><p>　　2、 引人參照模型，由于零件模型已經(jīng)建好了，所以直接在制造模型中選擇裝配——參照模型，選取零件”xuanniu”。 </p><p>　　3、 創(chuàng)建工件，由于本工件用的是長(zhǎng)方體料，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以自動(dòng)生成。 </p><p>　　參照模型和創(chuàng)建的工件裝配后的結(jié)果如圖所示。</p>

37、<p><b>　　4、 制造設(shè)置 </b></p><p>　　在制造設(shè)置——操作——機(jī)床設(shè)置，設(shè)置機(jī)床為銑床MACH01。選定機(jī)床坐標(biāo)，并在切削工具中設(shè)置刀具的參數(shù)，具體如圖所示。 </p><p><b>　　5.選用銑削類型</b></p><p>　　步驟—腔槽加工—設(shè)置刀具類型等，如圖所示。<

38、/p><p>　　6.設(shè)置銑削的參數(shù)，如圖所示。</p><p>　　7、銑削在屏幕上的演示結(jié)果和NC檢測(cè)如圖所示。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 丁淑輝，曹連民. Pro/Engineer Wildfire 4.0 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2008.&

39、lt;/p><p>　　[2] 李建雨. CAD/CAM/CAE 原理[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[3] 殷國(guó)富，陳永華. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2000.</p><p>　　[4] 張勝民. 基于有限元軟件ANSYS7.0的機(jī)構(gòu)分析[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2003.</p>&l

40、t;p>　　六、設(shè)計(jì)總結(jié)、意見及建議 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我選擇了USB迷你風(fēng)扇，因?yàn)榭梢岳玫嚼蠋熕o課件上的一些圖紙數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)起來比較方便，雖說挺多零件都是照著圖紙畫的，但也有滲入自己的想法，在某些零件上進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)方向小巧可用以及整體美感等。感覺自己具備的專業(yè)知識(shí)技能還不夠，有時(shí)很難把自己較為新穎的設(shè)計(jì)想法通過模型體現(xiàn)出來。因?yàn)橹皩W(xué)的制圖軟件SolidWorks、Pro/e和分析軟件

41、ANSYS都是比較基礎(chǔ)的，在本次課程設(shè)計(jì)中，我不斷求教同學(xué)，幸好同學(xué)也比較樂意幫助，這才使自己的迷茫無力感慢慢消失。然而即便如此，時(shí)間上的不足讓我也只能選擇一些比較簡(jiǎn)單的零件進(jìn)行模擬加工制造與分析，最后勉強(qiáng)完成了老師所布置的任務(wù)。 整體上感覺，這次課程設(shè)計(jì)是挺辛苦的，歸結(jié)原因是課程知識(shí)學(xué)得不夠，一來《機(jī)械CAD/CAE/CAM》這門課程的學(xué)習(xí)時(shí)間比較少；二來教室的電腦設(shè)備又陳舊落后，上課人數(shù)又多，鬧哄哄的；三來上課是雙語(yǔ)教學(xué)哇，所以上課