材料加工CAD课程设计.docx

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材料加工CAD课程设计

材料加工CAD\CAM课程设计

题目：

两用呆扳手在CAX软件的实践与模拟

学院:

材料与冶金学院

专业:

材料成型及控制工程

学号:

201202131003

学生姓名:

王梦竹

指导教师:

潘成刚

日期:

二○一四年十二月

摘要

计算机辅助工程是指计算机在现代生产领域，特别是生产制造业中的应用，主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机集成制造系统等内容。

随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。

CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益，所以学习灵活地使用CAX软件处理工程设计与制造中的问题，对于大学生来说具有重要的实际意义。

本次课程设计的目的主要是运用有限元分析的方法对两用呆扳手的受力情况以及运用数控加工软件MASTERCAM对其加工过程进行模拟，以熟悉相关软件的使用。

关键词：

计算机辅助工程；有限元分析；数控加工软件；两用呆扳手

1绪论

1.1计算机辅助工程简介

从广义上说，计算机辅助工程包括很多，从字面上讲，它可以包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。

这里主要是指CAE软件。

CAE软件可以分为两类：

针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，称之为专用CAE软件;可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件，称之为通用CAE软件。

CAE软件的主体是有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）软件。

有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。

由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。

这种方法灵活性很大，只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。

采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。

同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应用、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。

我们称这一过程为：

CAE的后处理。

针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置（整机）乃至生产线、工厂的运动和运行状态。

1.2两用呆扳手

大型工业用两用扳手主要适用于石油、化工、冶金、发电、炼油、造船、石化等行业，是设备安装、装置及设备检修、维修工作中的必需工具。

两用扳手分为公制和英制两种，它的材料主要采用45号中碳钢或40Cr合金钢整体锻造加工制作，制造标准：

GB/T4392-1995（敲击呆扳手和敲击梅花扳手）。

两用扳手由优质中碳钢或优质合金钢整体锻造而成，方便易用且使用寿命较长。

两用呆扳手实物图如图1所示。

在安全使用规则上，扳手应与螺栓或螺母的平面保持水平，以免用力时扳手滑出伤人。

不能再扳手尾端加接套管延长力臂，以防损坏扳手。

不能用钢锤敲击扳手，扳手在冲击截荷下极易变形或损坏。

不能讲公制扳手与英制扳手混用，以免造成打滑而伤及使用者。

图1两用扳手实物图

2两用呆扳手在CAX软件上的实践

2.1两用呆扳手的CAD图绘制

扳手图在绘制主要用到LINE（直线）命令、CIRCLE（圆）命令、TRIM（修剪）命令和OFFSET（偏移）命令。

由于时间仓促，并且对于AutoCAD软件的掌握有限，在绘制时，对两用呆扳手的外形、尺寸等进行了不影响后续分析的调整。

两用呆扳手的CAD图如图2所示。

图2两用呆扳手CAD图

2.2两用呆扳手在ANSYS中的分析

2.2.1创建几何模型

在ANSYS中，有两种创建几何模型的方式，一种是直接使用ANSYS自带的程序建模，一种是通过其他的软件直接导入进去建模，在本次课题设计中选用的是使用ANSYS中直接创建模型。

在创建的过程中，采用的是先生成关键点，然后再依次用线连接，最后生成面域。

生成的图形如下图3所示。

图3两用呆扳手几何模型图

2.2.2定义材料等相关参数

本课题分析的扳手材料属性为45号钢，材料为线弹性、各项同性材料，弹性模量E=2.06e11，泊松比μ=0.3,实常数realconstant=0.5。

2.2.3划分网格

由于ANASYS中采用的是米作单位，则扳手的有限元网格划分为0.5，采用整体划分。

划分完成后，生成的网格图如下图4所示。

图4扳手有限元网格图

2.2.4加载数据

在对扳手进行力的加载时，主要分析扳手左端部与六角螺母切合的位置的强度和整个扳手的变形情况，所以固定扳手的左端部，在扳手的上半部分加载荷50，下半部分加载荷500。

加载载荷的受力图如下图5所示。

2.2.5求解与结果分析

力加载完成后，选择CurrentLS对模型进行求解，然后进行结果的分析，加载后图像变形图如下图6所示。

图6扳手加载后变形图

求解的应力分析如下图图7所示。

图7vonMises应力图

2.3两用呆扳手在MasterCAM中的加工模拟

在Mastercam中，首先也是对模型进行创建，然后对工件进行模拟加工。

选择刀具：

选择flat12mm即直径为12mm平铣刀；刀具参数（parameters）：

初铣（75%）Z方向深度为2mm精铣X方向为1mm，Z方向0.5mm，平面进给率（feedrate）300Z方向进给率300回到速率500主轴转速2000，2.4设定外形加工参数（contourparameters）：

回刀高度30加工深度-15外形分层：

一次粗铣，粗铣量3，一次精铣，精铣量0.5，启动连续下刀；深度分层：

深度分层进给2，启动连续下刀。

其加工过程如下图7、图8所示。

图7粗铣加工图

图8精铣加工图

数控加工的程序如下所示：

%

O0003

N100G21

N102G0G17G40G49G80G90

（汇入原始文件名称=C:

\USERS\FANSHENG\DESKTOP\BANSHOU.STP）

N104T225M6

N106G0G90G54X90.512Y13.197A0.S4774M3

N108G43H225Z35.

N110Z20.

N112G1Z0.F238.7

N114X86.899Y28.784F477.4

N116G2X86.486Y32.397I15.587J3.613

N118X98.873Y47.984I16.J0.

N120G3X107.212Y52.146I-4.517J19.483

N122G1X115.854Y59.398

N124G2X118.426Y60.334I2.572J-3.064

N126G1X210.027

N128G2X211.86Y59.889I0.J-4.

N130G3X222.396Y57.334I10.536J20.445

N132X226.621Y57.725I0.J23.

N134X233.152Y65.589I-1.469J7.864

N136X231.732Y70.139I-8.J0.

N138X236.842Y68.294I5.11J6.155

N140X244.546Y74.139I0.J8.

N142X245.396Y80.334I-22.15J6.195

N144X222.396Y103.334I-23.J0.

N146X211.86Y100.778I0.J-23.

N148G2X210.027Y100.334I-1.833J3.556

N150G1X118.426

N152G2X115.854Y101.27I0.J4.

N154G1X107.212Y108.521

N156G3X94.356Y113.2I-12.856J-15.32

N158X89.553Y112.615I0.J-19.999

N160G1X76.127Y109.293

N162G3X68.617Y103.644I2.882J-11.649

N164G1X66.468Y99.922

N166G3X65.396Y95.922I6.928J-4.

N168X73.396Y87.922I8.J0.

N170G1X86.778

N172X91.159Y80.334

N174X86.778Y72.745

N176X73.396

N178G3X65.396Y64.745I0.J-8.

N180X66.468Y60.745I8.J0.

N182G1X68.617Y57.023

N184G3X76.127Y51.375I10.392J6.

N186G1X89.553Y48.053

N188G3X94.356Y47.468I4.803J19.414

N190X98.873Y47.984I0.J19.999

N192G2X102.486Y48.397I3.613J-15.587

N194X118.073Y36.01I0.J-16.

N196G1X121.686Y20.424

N198G0Z35.

N200M5

N202G91G28Z0.

N204A0.

N206M01

N208T218M6

N210G0G90G54X93.38Y31.826A0.S4774M3

N212G43H218Z35.

N214Z20.

N216G1Z0.F238.7

N218X91.347Y40.594F477.4

N220G2X91.115Y42.626I8.768J2.032

N222X98.082Y51.393I9.J0.

N224G3X104.962Y54.827I-3.726J16.074

N226G1X113.605Y62.079

N228G2X118.426Y63.834I4.821J-5.745

N230G1X210.027

N232G2X213.463Y63.001I0.J-7.5

N234G3X222.396Y60.834I8.933J17.333

N236X225.978Y61.166I0.J19.5

N238X229.651Y65.589I-.826J4.423

N240X226.162Y69.974I-4.499J0.

N242G2X225.592Y70.138I1.234J5.36

N244G1X222.593Y75.334

N246X224.994Y79.494

N248X229.798

N250X232.945Y74.044

N252G3X236.842Y71.794I3.897J2.25

N254X241.176Y75.082I0.J4.5

N256X241.897Y80.334I-18.78J5.252

N258X222.396Y99.835I-19.501J0.

N260X213.463Y97.667I0.J-19.501

N262G2X210.027Y96.834I-3.436J6.667

N264G1X118.426

N266G2X113.605Y98.589I0.J7.5

N268G1X104.962Y105.84

N270G3X94.356Y109.7I-10.606J-12.639

N272X90.393Y109.218I0.J-16.499

N274G1X76.968Y105.896

N276G3X71.648Y101.894I2.041J-8.252

N278G1X69.499Y98.172

N280G3X68.896Y95.922I3.897J-2.25

N282X73.396Y91.422I4.5J0.

N284G1X88.798

N286X95.2Y80.334

N288X88.798Y69.245

N290X73.396

N292G3X68.896Y64.745I0.J-4.5

N294X69.499Y62.495I4.5J0.

N296G1X71.648Y58.773

N298G3X76.968Y54.772I7.361J4.25

N300G1X90.393Y51.45

N302G3X94.356Y50.967I3.963J16.017

N304X98.082Y51.393I0.J16.5

N306G2X100.115Y51.626I2.033J-8.767

N308X108.882Y44.658I0.J-9.

N310G1X110.915Y35.891

N312G0Z35.

N314M5

N316G91G28Z0.

N318A0.

N320M01

N322T211M6

N324G0G90G54X96.247Y50.455A0.S4774M3

N326G43H211Z35.

N328Z20.

N330G1Z0.F238.7

N332X95.795Y52.403F477.4

N334G2X95.743Y52.855I1.949J.452

N336X97.292Y54.803I2.001J0.

N338G3X102.713Y57.509I-2.936J12.664

N340G1X111.355Y64.76

N342G2X118.426Y67.334I7.071J-8.426

N344G1X210.027

N346G2X215.066Y66.112I0.J-11.

N348G3X222.396Y64.334I7.33J14.222

N350X225.335Y64.606I0.J16.

N352X226.152Y65.589I-.183J.983

N354X225.376Y66.564I-1.J0.

N356G2X223.125Y67.412I2.02J8.77

N358G1X218.551Y75.334

N360X222.974Y82.994

N362X231.819

N364X235.976Y75.794

N366G3X236.842Y75.294I.866J.5

N368X237.805Y76.025I0.J1.

N370X238.396Y80.334I-15.409J4.309

N372X222.396Y96.334I-16.J0.

N374X215.066Y94.556I0.J-16.

N376G2X210.027Y93.334I-5.039J9.778

N378G1X118.426

N380G2X111.355Y95.907I0.J11.

N382G1X102.713Y103.159

N384G3X94.356Y106.201I-8.357J-9.958

N386X91.234Y105.82I0.J-13.

N388G1X77.808Y102.498

N390G3X74.679Y100.144I1.201J-4.854

N392G1X72.53Y96.422

N394G3X72.396Y95.922I.866J-.5

N396X73.396Y94.922I1.J0.

N398G1X90.819

N400X99.242Y80.334

N402X90.819Y65.745

N404X73.396

N406G3X72.396Y64.745I0.J-1.

N408X72.53Y64.245I1.J0.

N410G1X74.679Y60.523

N412G3X77.808Y58.17I4.33J2.5

N414G1X91.234Y54.848

N416G3X94.356Y54.468I3.122J12.619

N418X97.292Y54.803I0.J12.999

N420G2X97.744Y54.855I.452J-1.948

N422X99.692Y53.306I0.J-2.

N424G1X100.144Y51.358

N426G0Z35.

N428M5

N430G91G28Z0.

N432G28X0.Y0.A0.

N434M30

%

4课程设计小结

为期两周的材料加工CAD\CAM课程设计在老师和同学的帮助下圆满结束。

在这两周的不长时间里，在面对这个我们之前从来没有接触过的课题面前，我遇到的困难也是前所未有的。

不仅有理论知识的欠缺与匮乏，并且对于课题中所使用的三款软件：

AutoCAD、ANSYS以及MasterCAM，我之前也基本算是一无所知。

从软件的装载，到实践与模拟课题的选择，无一不是在探索中摸索前进。

不过，在看到自己想要的图像顺利绘制出来，自己希望看到的结果顺利分析完成时，心中的喜悦也是无以言表的。

在本次课程设计中，我了解到了生活中常见的扳手的材质，尺寸参数，受力情况，甚至是加工过程，我们学到了很多知识，也知道了绝知此事要躬行的道理，但是在实践的过程中，还有许多需要完善和改进的地方，我们将会在以后努力学习，将自己不足的地方加以改进，争取取得长足的进步！