毕业设计（论文）-减速器箱体箱盖三维造型及工艺规程设计.doc

南昌航空大学学士学位论文目录1 绪论1 1.1中国制造业的发展11.2数控仿真加工发展概况31.3数控加工在机械制造业中的地位和作用41.4我国数控加工仿真的趋势52 减速器箱体箱盖的绘图建模62.1减速器箱体的建模分析62.2减速器箱盖的建模分析153 减速器箱体箱盖加工工艺设计与仿真模拟173.1 减速器箱体的工艺设计173.2减速器箱体的数控加工模拟仿真233.3 减速器箱盖的工艺设计343.4减速器箱盖的数控加工模拟仿真354 总结40参考文献41致谢42全套图纸加扣3012250582 减速器箱体箱盖三维造型及工艺规程设计1 绪论1.1中国制造业的发展制造业是人类最主要的生产活动之一。【1】制造业给人类带来了空前辉煌的物质文明。在新中国成立之后，我国建立了一系列诸如机械制造、航空航天、交通运输、电子仪表、石油化工、矿山冶金等许多现代化工业产业，也为后来的国民经济高速发展打下了坚实的基础。而自从改开以来，机械工业不管是在生产规模方面，还是在产品的质量、数量以及品种方面，都有了空前的进步，机械工业的发展速度高于同期工业的平均增长速度。同时，机械工业被称之为国民经济的装备部，它所提供的机械装备的质量、性能和成本，对国民经济发展和技术进步都有着直接且巨大的影响。先进制造业即是指在传统制造业基础上，吸收信息网络技术、制造先进材料和优化工艺技术以及现代化管理等所获得的最新成果，可广泛应用于产品的研发设计、加工生产制造、产品营销管理、产品的售后服务全过程的新型现代产业。所以先进制造业可以说位于制造业价值链的最高端，它具有着先进的技术、密集的知识、大附加值、好的成长性、带动能力强等特征，不仅是国家综合国力还有核心竞争力的重要体现，也是我国未来经济高速发展的主导力量。而且发展先进制造业也是我国应对新科技革命、塑造产业竞争新优势的重要战略选择。然而因为比较优势持续增长还有工业机器人等相关的智能生产装备的广泛应用，有小部分先进制造行业有向一些发达国家回流的所谓“逆转移”趋势。在未来某个时期，国际上主要围绕着市场、技术、资本还有产业转移的竞争一定会更加激烈，所以我国也必须加快发展先进制造业的脚步，打赢这场没有硝烟却关乎民族未来工业的产业制高点争夺战。发展先进制造业也是加快工业转型升级、中国经济升级的必然要求。然而由于我国在经济地大力增长，我国劳动力花费还有土地等资源花费所占成本也在不断提升中，并且要素供给所需条件也发生了显著变化，传统要素价格优势也在逐渐消失中。所以，因为要素成本不断上升，也提醒着我国自身必须发展属于自己的先进制造结构，着力推进基础制造业向先进制造业转移的步伐。除此之外，环境污染也是一个不断地凸显的难题，因此发展绿色工业也成了重中之重，传统粗糙浪费型经济模式也需要快速地集中转变为可持续性发展的新经济模式。如前我国已全面进入深化改革开放、加快结构调整的攻坚期，在稳定的增长中提高产品质量和效益。在此，先进制造业承担着一个非常重要的使命。发展先进制造业是我国实施创新驱动发展新战略、提升国家竞争力的重要手段。先进制造业是科技创新应用于生产中的重要载体，也是创新思维与技术最为集中且最为活跃的领域，还是创新得以实践应用的沃土。当今时代，由于我国自主先进制造业的加强，我国在高性能计算方向、载人航天技术方向、纳米科学技术方向等前沿领域都有取得的一系列丰硕的创新成果。其次，先进制造业的企业创新能力具有技术更加密集、竞争性更加强劲、产业链更加长远的特征，同时也是国家创新力的重要象征之一。所以，我们现在必须把拓展先进制造业和创建新型经济国家牢牢绑在一起，才能牢牢锁住我国在全球经济竞争中的根基。1.2数控仿真加工发展概况现如今，随着计算机科学技术的发展，在机械加工领域中也开始广泛的运用计算计软件模拟技术，即仿真。尤其是对复杂的动态对象进行模拟分析，仿真是最有效的一种方法，可以预知现实加工中可能出现的问题，并且缩短设计和制造的周期，有利于资金的节约。计算机仿真，顾名思义就是指通过计算机软件的一系列快速分析，将系统模型与实际模型相结合的模拟研究的试验过程。它随着计算机技术的发展而迅速发展和扩张。利用计算机进行仿真加工有三个基本活动：首先是建模活动，建模活动是指通过对实际系统的检测，忽略其次要因素以及不检变量，利用数学或者物理的方法来进行描述，从而获得实际系统的一个近似简化模型。第二个便是仿真模型。最后一个则仿真实验，仿真实验即指将系统模型模拟进计算机，并用专业软件进行专业分析然后快速运行的过程。数控加工仿真便是指利用计算机来模拟实际加工时出现的状态，并且还可以验证其加工程序是否可靠也可以预知切削力是否合理，由此可以减少工件的试切过程，从而缩短生产周期，提高工件生产效率。数控机床加工零件即根据程序指令控制刀具来完成对工件的加工。为了确保程序的正确性，防止在加工过程中刀具与工件发生干涉与碰撞，在实际生产中，通常都是采用试切的方法来进行检验的。但是这种方法不仅费工费料，代价较大，也使得生产成本急剧上升，而且也导致了产品加工时间与生产周期的增加。在这之后又有采用刀具轨迹显示法，就是指通过用画笔替代刀具，用纸料来替代待加工工件来观察刀具加工时的运动轨迹，可是这具有相当大的局限性。并且，试切时还会占用数控机床与加工现场。为此，设计师与工程师们一直在着力研究能够逐步代替落后的试切法的计算机仿真方法，并且在试切环境的模型化以及仿真计算与图形显示等各方面取得了相当大的进展，目前正在向着提高模型的精确度、仿真计算高速化、实时化和改善图形显示的真实化等方向发展。对于试切环境的模型特点，从目前看，NC程序的切削过程仿真分为几何模型的仿真和力学分析的仿真两个方面。几何模型模拟仿真的时候并不会考虑切削参数和切削时刀具与工件的受力情况或者是其它物理方面的对加工影响，而是仅仅仿真刀具在工件上所做的几何运动路线，由此来验证输出的NC程序是否有误。它可以减少或者消除因为程序错误进而导致机床损伤或者夹具破坏或者刀具折断、零件报废等一些问题；同时又可以减少产品设计到加工制造成形的时间，进而大大降低生产成本。而在切削过程中的受力分析却属于物理仿真的方向，其目的就是模拟在切削过程的中工件与刀具的动态力学情况来检测刀具加工是否会损毁还有刀具振动对加工的影响，并通过此举改变切削参数，从而达到优化切削的目的。几何模型仿真技术的发展是随着三维建模技术的发展而发展的，其中包括定性模型的显示和定量干涉以求验证两方面。其目前普遍采用图像空间法、直接实体造型法和离散矢量求交法。1.3数控加工在机械制造业中的地位和作用随着科学技术的不断发展，机械产品的结构也变得越来越合理，其性能与精度精度还有效率日趋提高，更新换代也变得越来越频繁，生产类型也从大批量生产向小批量生产转变。因此，机械产品的加工制造领域也有人提出了高柔性和高精度、高度自动化的特别要求。数控技术水平的高地和数控设备的拥有量是体现国家综合国力水平、衡量国家工业现代化的重要标志之一。【2】在大批量生产的产品中，比如汽车、拖拉机或者家用电器的零件，为了保证产品的质量和生产高效率，多半都是采用专用的工艺装备、专用的自动化机床以及专用的生产线或自动的车间来进行生产。虽然这些设备的初次投资很大，生产的准备周期也较长，并且产品改型也不容易，且使得产品的开发周期增长。然而由于均分在每一个零件上的资金很少，所以经济效益仍然很高。可是，在机械制造工业领域，单件和中、小批量生产的零件普遍占机械加工总量的80%左右或以上，并且包括大多军工企业，比如造船、航天、航空、机床、重型机械还有国防部门，其生产加工的特点是加工的批量较小，但是改型频繁，零件形状大都较复杂而且对精度的要求较高，加工这一类产品则需要经常改装或者调整机床设备，而且对于一些专用化程度非常高的自动化机床来考虑，这种改装与调整几乎是不可能实现的。在飞机制造领域里，普遍采用的仿形机床少许地解决了一下对于小批量并且复杂的零件的加工。然而这种机床有如下两个主要的缺点：第一是在更换零件的时候，必须得制造其相对应的靠模或者样件并且需要重新调整机床，不仅仅需要耗费大量的工作时间且人工装夹频繁，而且生产准备的周期也变长；第二则是靠模或者样件在加工制造过程中因某些条件的限制而产生的偶然误差和在使用过程中因磨损而产生的误差也不可以在机床上对其直接进行调整，导致加工零件的精度容易达不到较高要求。而对于数控机床，它综合地应用了计算机技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密检测技术和新型优良机械结构等方面的高级技术成果，有高柔性和高精度以及高自动化的特点，所以如果采用数控加工的方式，不仅仅解决了在机械制造行业中大部分常规的加工方式难以解决，甚至那些根本无法解决的单件、小批量，特别是对于那些复杂型面零件的加工。对于机械制造行业来说采用数控加工技术真的是一次技术革命，导致机械制造行业的发展完全的进入了一个全新的阶段，不仅大大提高了机械制造行业的生产制造水平，也为我们的社会提供了大量更高品质、更多品种及更高可靠性的产品。如今，采用数控技术进行生产加工的领域已经从当初的航空、航天工业等少数需要高精尖技术的部门逐渐扩展到现在的汽车制造、船舶制造、机床制造、建筑等属于民用范畴的机械制造行业，并且都已经取得了巨大的经济效益。1.4我国数控加工仿真的趋势21世纪机械制造业的竞争，其实是数控技术的竞争。【3】对于我国的数控仿真水平来说，大部分需要高技术以及全功能的产品主要还是依赖进口，而与其配套的高质量的功能性部件和数控程序系统依然需要靠进口才能满足要求，并且应用数控程序系统的技术水平野普遍偏低，而且网络技术也没有得到广泛的使用，并且由于我国在这方面的自主开发能力较差，导致相对具有较高技术水平的大部分产品仍然主要靠引进生产线、合资生产或者进口组装。如今全球的工业化国家所拥有的数控机床数量可以反映这个国家的经济实力与国防实力。虽然我国拥有300多万台机床，也是全世界拥有机床数量最多的国家，但我国的数控机床数量仅仅占了所有机床的1.9以下，这与西方大部分国家普遍能达到20的差距相差甚大。从我国基本国情的方向出发，需要以国家的战略需求还有国民经济市场的需求作为导向，将提升我国自主制造综合竞争能力与产业化水平作为目标，用系统的方法，选择那些可以主导未来我国制造装备业产业链升级的关键性技术还有支持产业化发展的关键技术还有与其配套的关键技术作为主力研究与自主开发的内容，得以实现我国自主制造装备业的跨跃式的发展。而在高精尖装备的研发方向，则要强调产、学、研与最终用户的紧密相连关系，将“可以做得出、做得出的用得上、质量过硬卖得掉”作为主要目标，按照国家的坚实意志进行攻关，得以解决国家之需。在数控技术的竞争潮流之中，我国则必须要有高创新，高自主研究与开发能力，才能拥有高精尖的技术与产品。只有这样，我国的数控技术能力与数控制造产业链、装备制造行业乃至整个制造行业才能得以实现可持续发展的战略目标。2 减速器箱体箱盖的绘图建模箱体是各种类机器的基础性零件之一，它承担着将机器和部件中的齿轮、轴、套等相关零件凑成一个整体的重要功能。它能使其体内零件保持在正确的位置，从而来传递转矩或者改变体内齿轮转速而完成其规定的运动。箱体的零件结构较复杂、加工精度要求高、加工面数量多、加工也费时费力。对于其建模来说，SolidWorks操作简单、界面简洁，具有易学易用的特点。并且较其他三维软件如UG和CATIA来说，建模草图绘制以及模型建立的时间更短，并且其兼容性也好，对其接下来的UG数控加工，也不需要重新建立模型。2.1减速器箱体的建模分析减速器箱体结构如图2-1所示，其结构较复杂，并且孔、槽等比较多。图2-1 减速器箱体CAD图（1）打开SolidWorks软件，选择前视基准面，绘制草图1，并选择拉伸命令，结果如图2-2、图2-3所示。图2-2 箱体建模草图1 图2-3 箱体建模草图1的拉伸结果图（2） 选择凸台中点做基准面1，结果如图2-4所示。图2-4 箱体建模基准面1（3） 在基准面上绘制草图2，并选择双向拉伸命令，结果如图2-5、图2-6所示。图2-5 箱体建模草图2 图2-6 箱体建模草图2的拉伸结果图（4） 同理可得右侧凸台，结果如图2-7所示。图2-7 箱体建模草图2另一侧的拉伸结果图（5） 在基准面1上绘制草图3，并选择拉伸命令，结果如图2-8、图2-9所示。图2-8 箱体建模草图3 图2-9 箱体建模草图3的拉伸结果图（6） 在凸台1上绘制草图4，并选择切除命令，结果如图2-10、图2-11所示。图2-10 箱体建模草图4图 图2-11 箱体建模草图4的切除结果图（7） 同理在凸台1 反面绘制草图并选择切除命令，结果如图2-12所示。图2-12 箱体建模草图4另一侧的切除结果图（8） 在凸台1左侧绘制草图5，并选择拉伸命令，结果如图2-13、图2-14所示。图2-13 箱体建模草图5 图2-14 箱体建模草图5的拉伸结果图（9） 在此凸台上绘制草图6，并选择切除命令，结果如图2-15、图2-16所示。图2-15 箱体建模草图6 图2-16 箱体建模草图6的切除结果图（10） 同理可得右侧凸台，结果如图2-17所示。图2-17 箱体建模草图6另一侧的切除结果图（11） 在凸台顶面绘制草图7，并选择切除命令，结果如图2-18、图2-19所示。图2-18 箱体建模草图7 图2-19 箱体建模草图7的切除结果图（12） 在凸台1顶面绘制草图8，并选择切除命令，结果如图2-20、图2-21所示。图2-20 箱体建模草图8 图2-21 箱体建模草图8的切除结果图（13） 在凸台1顶面绘制草图9，并选择切除命令，结果如图2-22、图2-23所示。图2-22 箱体建模草图9 图2-23 箱体建模草图9的切除结果图（14） 在凸台1前视面绘制草图10，并选择切除命令，结果如图2-24、图2-25所示。图2-24 箱体建模草图10 图2-25 箱体建模草图10的切除结果图（15） 做如下基准面5，如图2-26所示。图2-26 箱体建模基准面5（16） 在基准面5上绘制草图11，并选择切除命令，结果如图2-27、图2-28所示。图2-27 箱体建模草图11 图2-28 箱体建模草图11的切除结果图（17） 同理可得左侧凹槽，结果如图2-29所示。图2-29 箱体建模草图11另一侧的切除结果图（29）在中间凸台绘制草图12，并选择拉伸命令，结果如图2-30、图2-31所示。图2-30 箱体建模草图12 图2-31 箱体建模草图12拉伸结果图（30） 同理可得另一面加强筋，如图2-32所示。图2-32 箱体建模草图12另一侧拉伸结果图（31） 在底面绘制草图13，并选择切除命令，结果如图2-33、图2-34所示。图2-33 箱体建模草图13 图2-33 箱体建模草图13切除结果图（32） 在底座上端面绘制草图14，并选择切除命令，结果如图2-34、图2-35所示。图2-34 箱体建模草图14 图2-35 箱体建模草图14切除结果图（33） 在坐视面绘制草图15，并选择拉伸命令，结果如图2-36、图2-37所示。图2-36 箱体建模草图15 图2-37 箱体建模草图15拉伸结果图（34） 在此面绘制草图16，并选择拉伸命令，结果如图2-38、图2-39所示。图2-38 箱体建模草图16 图2-38 箱体建模草图16切除结果图（35） 在右视面绘制草图17，并选择切除命令，结果如图2-40、图2-41所示。图2-40 箱体建模草图17 图2-41 箱体建模17拉伸结果图（36） 在右视面绘制草图18，并选择切除命令:，结果如图2-42所示。图2-42 箱体建模草图18切除结果图（37） 在上视面绘制草图19，并选择切除命令，结果如图2-43、图2-44所示。图2-43 箱体建模草图19 图2-44 箱体建模草图19切除结果图（38） 底座前视面绘制草图20，并选择切除命令，结果如图2-45、图2-46所示。图2-45 箱体建模草图20 图2-46 箱体建模草图20切除结果图（39） 选择圆角命令标注各处圆角:，结果如图2-47、图2-48、图2-49所示。图2-47 箱体建模完成后的俯视图图2-48 箱体建模完成后的主视图图2-49 箱体建模完成后的左视图2.2减速器箱盖的建模分析 减速器箱盖结构如图2-50所示，其结构较箱体简单，孔、槽等比较多。但底面内壁及底面为曲面凹槽。图2-50减速器箱盖CAD图箱盖的三维模型建立用步骤1对减速器箱盖进行三维建模得到结果如图2-51、图2-52、图2-53所示。图2-51 箱盖建模完成后的主视图图2-52 箱盖建模完成后的左视图图2-53 箱盖建模完成后的俯视图3 减速器箱体箱盖加工工艺设计与仿真模拟3.1 减速器箱体的工艺设计3.1.1 减速器箱体材料和毛坯的选择（1） 减速箱体技术要求零件图上主要技术要求为：表面粗糙度见附图（减速器箱体），拔模斜度35，未注铸造圆角R3R5。（2）零件的材料工件生产类型为小批量生产由零件图要求箱体零件材料选择为HT200。考虑到零件形状复杂、有腔型、机械性能、寿命与批量、还有制造精度要求，可选择砂型铸造以提高毛坯精度，减少加工余量。（3）毛坯的选择原则1） 工艺性原则零件所需要的的参数要求确定了毛坯的成形特点，各种不相同的参数要求与工件的外形特点，影响着所对应的毛坯成形的工艺要求。零件的具体技术要求与参数要求主要是体现在待加工零件的尺寸、加工精度、表面粗糙度等数据性要求，同时也对毛坯零件的物理性能和化学性能等质量的要求上。即对于不同类零件要求也不同，这里必须考虑刀零件材料的工艺特性（例如铸造性能或锻造性能）来确定使用何种毛坯成形的方式。好比不能用锻压或者焊接成形的方法来制造灰口铸铁的零件毛坯；不能用铸造成形的方法来铸造流动性比较差的薄壁型毛坯件；不能用普通压力铸造的方法制造密度要求较高或者需要铸后热处理的毛坯件；不能用锤上模锻的方式来锻造铜合金一类再结晶速度比较低的零件毛坯材料；在选择何种毛坯成形方法的同时，也必须要兼顾到后续零件加工时的加工可行性。比如对于切削某些加工余量较多的毛坯就不能用普通压力铸造来制造成形，否则将会导致在铸件表皮下的孔洞暴露出来；而对于那些需要切削加工的零件毛坯则需要尽量不使用高牌号珠光体球墨铸铁或簿壁灰口铸铁材料，否则会造成难以加工的情况。再对于某些结构比较复杂，又难以采用单种成形方法制造成形的零件毛坯，则既需要考虑到使用各种成形方案结合的可能性，同时也需适当考虑这些结合方法是否会影响到实际加工的加工可行性。2） 适应性原则即根据零件的结构和形状还有外形尺寸与工作条件的要求，选择合适的毛坯选择方案。 某些形状比较复杂和附有薄壁的毛坯，则一般都不采用金属型铸造；而比如一些尺寸较大的零件毛坯，则通常不会采用模锻、压力铸造或者熔模铸造等方法，而是多数采用自由锻、砂型铸造或者焊接等方法制造其毛坯。由于各类零件的工作条件不同，所以导致其加工时选择的毛坯类型也不尽相同。例如机床主轴和手柄同属于轴类零件，但是主轴是机床的关键零件之一，且尺寸形状要求还有加工精度要求都很高，同时主轴运作时受力复杂且在运作过程中只允许发生一些及其微小的变形，所以对于主轴零件则需要选用那些具有良好综合力学性能的材料，如45钢或者40Cr，再经过锻造制坯以及严格的切削加工要求和热处理才能生产出来；相比机床手柄，则只需要采用低碳钢圆棒料或者普通灰口铸铁作为零件毛坯，并且加工要求简单，同时也不需要热处理。再比如内燃机曲轴在运作的时候承受了很大的拉伸、弯曲还有扭转应力，所以其材料必须具有良好的综合力学性能才能得以正常运行，所以大功率内燃机曲轴一般都采用高强度和韧性好的合金结构钢作为零件毛坯材料而锻造成形，而那些功率较小的内燃机曲轴则只需采用球墨铸铁材料简单铸造成形为零件毛坯即可。3） 生产条件兼顾原则 即毛坯选择的时候，应该考虑企业现有的生产条件情况，例如设备能力还有员工的技术水平，尽量利用现有生产条件就能完成毛坯制造任务。这样，既可以减少资金投入，又可以快速进入生产加工状态。 4）经济性原则 意思就是指尽量将零件的制造时所需的材料费、能耗费、工资费用等成本做到最低。在选择坯件种类和生产制造方法的时候，在能够满足零件使用要求的前提下，尽量从预选方案中选择最具经济效益的方法。通常情况下，在选择毛坯的种类和制造方法的时候，应该尽量使毛坯尺寸、形状尽量与成品零件相差较小，从而达到减少加工余量的目的，此举可以提高材料的利用率，又能减少生产加工的工作量。但与此同时毛坯制造得越精确，制造加工就会变得越困难，导致生产费用也同时增加。因此，在大批量生产时，则应该采用精度较高、生产率也较高的毛坯制造成形方法。虽然此方法的一次投资会变得比较大，但是增大的毛坯制造费用的同时却减少了材料消耗以及机械加工时所需的费用。一般来讲，其规律就是：单件小批生产时，则可采用简单、容易的毛坯成形方法，而在大批量生产的时候则可以采用机器造型、模锻或板料冲压等高级一点的成形方法制造毛坯。 5）可持续性发展原则 即尽量减少能源的消耗，尽量选用低能耗成形方法的材料；少使用或者不使用对环境有害的材料，采用加工产生的废物较少，加工与处理容易，能够实现再生回收利用的材料；少用或不用煤、石油等燃料，避免排出大量二氧化碳或者其他有害气体。下表3-1为个毛坯的特点及适用范围： 表3-1各类毛坯的特点及适用范围毛坯种类制造精度加工余量原材料工件尺寸工件形状适应生产类型适应生产成本型材大各种材料大简单各类型低型材焊接件一般钢材大、中较复杂单件低砂型铸造13级以下大铸铁、青铜何种尺寸复杂各类型较低自由锻造13级以下大钢材为主各种尺寸较简单单件小批较低普通模锻1115一般钢、铸铝、铜中、小一般中、大批一般钢模铸造1012较小铸铝为主中、小较复杂中、大批一般精密锻造811较小锻材、锻铝小较复杂大批较高压力铸造811小铸铁、铸钢、青铜中小复杂中、大批较高熔模铸造710很小铸铁、铸钢、青铜小复杂中、大批高3.1.2 减速器箱体零件工艺过程设计（1）箱体加工工艺过程的共同性原则分析箱体类零件由于其结构复杂，所以一般都是先加工面后加工孔，再以加工好的面当作其他面加工时的定位基准，最后一步再加工孔。这是因为箱体孔的加工难度最大，并且孔加工精度要求都比较高。所以先将孔当粗基准加工好其他平面，再将加工好的平面当精基准加工孔。这样不仅孔能得以精确加工，并且孔的加工余量也会变多。同时由于箱体上的孔一般都是分布在各个平面上，所以先加工好平面，再钻孔则刀具不易引偏，这样刀具也不容易损坏。（2）定位基准的选择1粗基准的选择粗基准的选择主要是为了确定首次机械加工工序的定位基准，以便为接下来的工序提供精确的定位基准。粗基准的选择对保证加工余量的均匀分配以及加工面与非加工面（作为粗基准的非加工面）的位置关系具有重要关联。在该箱体零件的加工工序中，应该首先选择该箱体的底面作为粗基准面，再用精基准定位加工其他轴孔位置，这样一来，其余面加工余量就一定会是均匀的。2精基准的选择精基准的选择应遵循以下原则：1） “基准统一”原则。2） “基准重合”原则。3） “自为基准”原则。4） “互为基准”原则。 箱体单件小批量生产一般用装配面作为定位基准。优点是：消除了主轴加工孔时容易产生的基准误差，并且定位相对可靠，装夹误差也相对较小、安装和调整刀具也更加方便。缺点是：经常装卸容易产生误差、制造安装精度低、加工的辅助时间增加。（3） 工序的集散性工序集中的优点：1） ：较少机床和工件夹具数量；2） 减少生产计划；3） 减少半成品的周转和存放面积；4） 可应用高生产率的多刀、多轴、半自动或自动机床；5） 相应减少生产场地面积。工序分散的优点1） 所用夹具较简单，便于制造；2） 缩短生产准备和周期；3） 对人工的技术水平要求低；4） 可选择最合适的切削用量；5） 简化机器设备的调整，易于更换产品。对于单件小批量生产的箱体加工，若是加工工序将粗、精分开，则机床、夹具的数量也会增加，导致机床运行、工件装夹时间变多，以致加长零件生产周期，所以在实际生产加工中，一般都是将粗、精加工放在同一道工序内完成。所以为了保证工件通过一次装夹便可以完成多道工序，从而减少加工工艺路线、缩短零件生产周期，同时也可以减少多次装夹引起的误差，这里应该选择集中型工序。3.1.3 工艺分析及刀具选择1）工艺分析粗加工：一般为了提高工件的生产效率，都会选择迅速切除大量余料。所以对此情况，刀具需要有足够的强度，同时也会根据工件材料要求、零件外形尺以及毛坯尺寸考虑选择一把比较直径较大的刀具。半精加工：一般在半精加工时，为了去除多余材料，使精加工时余量变得均匀，刀具选择的时候则必须考虑刀具是否能承受粗加工的余料强度，防止断刀现象，同时又不会留下太多的余料导致后续精加工困难。因此选择多把刀具，根据要求尺寸选择铣刀精加工：需达到要求的尺寸精度和表面精度，而且同时要求高效率，因此选择刀具时需要考虑刀具强度和是否会留有残料或过切。2）刀具的选择数控刀具和普通机床刀具相比，有许多不同的要求，主要有如下特点：刚性好，精度高，抗振及热变形小；寿命高，切削性能稳定；互换性好，便于快速换刀；刀具应能可靠地卷屑或断屑，以利于切屑的清除；刀具尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；系列化、标准化，以利于刀具的编程和管理。3.1.4选择切削用量切削用量是切削速度、进给量、背吃刀量三者的总称，克莱描述切削运动。切削用量是机床调整、切削力或切削功率计算、工时定额确定和工序成本核算等必需的数据。1）切削速度切削速度之主运动的线速度。提高切削速度也是提高生产效率的一个措施，其计算公式为Vc=3.14dn/1000。2）进给速度 进给速度根据零件表面粗糙度、加工精度、零件材料、刀具来进行选择。Vf=nzfz, n为主轴转速，z为刀具齿数，fz表示进给量。3）背吃刀量当刀具不能通过一次吃刀就切掉工件上所需切除的金属层时，还需要操作者在一次进给后再沿半径方向完成吃刀运动，习惯上称每次吃刀的距离为背吃刀量。一般留一定的余量进行精加工，尽量选用大的背吃刀量以提高生产效率。若主运动为直线运动的铣削，则其背吃刀量为ap=Hw-Hm（Hw表示待加工表面直径，mm；Hm表示已加工表面直径，mm）。若为钻孔，则背吃刀量为ap=dm/2。4）主轴转速主轴转速依据零件加工部位直径，刀具、材料等条件所允许的切削速度确定。根据毛坯直径利用公式，单位r/mn：N=1000Vc/3.14D.（Vc为切削速度单位m-mn，D为刀具直径。）3.1.5 箱体零件加工方法及加工工艺过程 由于减速器箱体箱盖结构较复杂，若使用普通机床进行加工，则会导致延长其生产周期。同时普通机床机床加工多次装夹与换刀，导致工件精度可能无法达到预定要求。因此在这里可以选择使用数控机床来对箱体箱盖零件进行生产加工。在这里我们选择使用加工中心对零件进行加工。 加工中心简称MC，是高效、高精度的数控机床。它把铣削、镗削、钻削、螺纹加工等多项功能集中在一台设备上，通常一次装夹可以完成多面多工序的加工。【10】 加工中心适合用于那些外形复杂，且加工工序繁多又对精度要求较高的零件加工。也就是指适用于那些需要用多种类型和多种刀具或多次装夹调整才能完成生产加工的零件。它具有许多的优良特点，如减少工件的装夹次数、产品加工精度一致性好、减少运输工作量，缩短生产周期等。因此，在如今的大部分现代化生产中投入使用得越来越广泛。零件工步顺序如下表3-2:表3-2 箱体工序步骤选用刀具进给速度(mm/min)切削速度(mm/min)主轴转速(r/min)粗铣箱体底面直径40mm面铣刀1201501200精铣箱体底面直径40mm面铣刀802001600粗铣箱体上表面直径40mm面铣刀1201501200精铣箱体上表面直径40mm面铣刀802001600铣削箱体上表面凹槽直径2mm立式铣刀、直径2mm球头铣刀120254000铣削箱体内壁和内壁底面直径10mm立式铣刀1201003200铣削箱体外轮廓面直径5mm面铣刀120503200粗铣轴承孔曲面直径20mm面铣刀1201502400精铣轴承孔曲面直径20mm面铣刀602003200钻4孔直径4mm钻刀50804000钻9孔直径9mm钻刀120501800加工17沉头孔直径17mm面铣刀120501500加工20沉头孔直径20mm面铣刀80801300钻18孔直径18mm钻刀12050900加工30沉头孔直径30mm面铣刀12050530加工3螺纹直径3mm丝锥80252650加工10螺纹直径10mm丝锥805016003.2减速器箱体的数控加工模拟仿真此次数控加工模拟仿真任务所使用的软件为UG NX8.5。UG是西门子公司出品的一个产品工程解决方案。它是一个具有强大功能的交互式CAD/CAM系统，可以轻易地建立各种复杂的实体与造型。它在诞生之初主要用于工作站，单随着PC硬件的发展以及PC用户的增长，它在PC上的应用也取得了迅速的增长，现如今已经成为多个行业的主流应用。UG NX加工基础模块拥有供给联接UG所有加工模块的功能，它可以为UG NX的所有模拟加工模块提供一个相同图形化的简洁的窗口环境，用户可以在其图形方式下观测刀具沿工件外沿轨迹运动的情况并且可以对其在图形化上做出后续修改：比如对刀具运动轨迹进行修改。该模块也同时具有可同时提供通用的点位实现自动编程的功能，可以用于任何钻孔、镗孔和攻丝等常见的加工工艺编程。该模块交互界面也可以按照用户所要求的指令进行任意的用户化修改，同时也可以定义一套用户随时可用的标准化刀具库或者是加工工艺参数样板库等功能。该软件也可规范工件初加工、半精加工、精加工的操作常用参数。这样一来，可以大大减少软件使用的培训时间并优化其加工工艺。与此同时，UG的所有模块都可以在实体模型上直接快速地生成其所要求加工程序，并且可与实体模型完全相关联。1） 粗、精铣箱体底面 打开UG NX8.5，点击打开图标，选择建模完成的箱体文件，点击“开始”图标，选择“加工”命令，进入加工仿真模式。打开界面左侧“几何视图”选项框，双击坐标节点，创建机床坐标系和安全平面。双击坐标节点下的“WORKPIECE”，创建部件几何体和毛坯几何体。点击界面上端“插入”选项，选择“刀具”选项。刀具类型选择“pill_planar”， 刀具子类型选择“MILL”，输入刀具名称为“T1D40R0”，点击“确定”。系统弹出“铣刀-5参数”对话框，刀具直径修改为“40”，刀具号输入“1”，其余默认，单击“确定”。在界面上端选择插入“工序”，类型选择“pill_planar”，工序子类型选择“手工面铣削”，程序选择“PROGRAM”，刀具选择“T1D40R0”，几何体选择“WORKPIECE”，方法选择“MILL_SEMI_FINISH”，单击“确定”。系统弹出“手工面铣削”对话框，点击“切削区域”，选择如下图3-1所示。图3-1 箱体底面加工仿真切削区域效果图“切削方式”选择“混合”，“刀具平直百分比”输入“20”，单击“切削参数”，选择“余量”对话框，输入“部件余量”输入“1”。单击“进给和速度”，输入主轴转速“1200”，进给率“120”，单击“生成”命令，精铣时输入主轴转速“1600”，进给率“80”。结果如下图3-2所示。图3-2 箱体底面模拟加工刀具路线图后处理：打开“几何视图”找到“WORKPIECE”下的工序 右键点击，选择“后处理”命令，在“后处理器”选项框里选择“MILL_3_AXIS”,制定文件路径，输入文件名”MIAN1”，其余默认。单击“确定”，系统将自动弹出如下图3-3所示“信息”窗口。图3-3 箱体底面部分加工程序图2） 粗、精铣箱体上表面 插入“工序”，工序子类型选择“使用边界面铣削”，其余选择默认选项，单击“确定”。 系统弹出“面铣”对话框，单击“制定边界面”选择边界如下图3-4所示。图3-4 箱体上表面模拟加工区域效果图 “切削模式”选择“跟随部件”，“刀具平直百分比”输入“50”，输入主轴转速“1200”，进给率“120”，精铣时，设定主轴转速“1600”，进给率“80”，单击“生成”。结果如下图3-5所示。图3-5 箱体上表面模拟加工刀具路线图3） 铣削箱体上表面凹槽用如上方法创建直径为2mm的面铣刀，插入工序，程序子类型选择“底面和壁”点击“生成”，结果如下图3-6所示。图3-6 箱体上表面平面凹槽模拟加工刀具路线图插入工序，选择“mill_contour”,名称“PROGRAM_1”，点击“确定”。插入刀具，选择“mill_contour”，刀具子类型选择“BALL_MILL”,位置区域选择“NONE”，名称输入“B2”，单击“确定”，系统弹出“铣刀-球头铣”对话框，输入球直径“2”，其余默认，单击“确定”。插入工序，类选择“mill_contour”，工序子类型框里选择“固定轮廓铣”,刀具选择“B2”球头铣，其余保持默认，单击“生成”命令。选择的切削区域如下图3-7所示。图3-7 箱体上表面曲面凹槽模拟加工切削区域效果图设定主轴速度“4000”，进给率“120”，其余默认，单击“生成”，结果如下图3-8所示。图3-8 箱体上表面曲面凹槽模拟加工刀具路线图 5) 铣削箱体内壁和内壁底面插入刀具，选择“mill_contour”，创建直径为10mm的面铣刀,刀具名称“T3D10R0”,刀刃长度输入70，插入工序，程序子类型选择“深度加工轮廓”，主轴速度“1200”，切削速度“150”，单击“生成”得到结果如下图3-9所示。图3-9 箱体内壁模拟加工刀具路线图创建直径为10mm的面铣刀，刀具名称输入“T4D10R0”，刀刃长度输入80。接下来插入工序，程序子类型选择“底面和壁”，主轴转速输入“3200”，进给率“120”，点击“生成”命令。得到结果如下图3-10所示。图3-10 箱体底面模拟加工刀具路线图6） 铣削箱体外轮廓面 插入工序，选择“mill_contour”，程序子类型选择“深度加工轮廓”，单击确定，选定指定切削区域，设定主轴转速“3200”，进给速度“120”，点击“生成”得到结果如下图3-11所示。图3-11 箱体外侧壁模拟加工刀具路线图插入工序，选择“mill-planar”，程序子类型选择“底面和壁”，单击确定，选定指定切削区域，单击“生成”得到结果如下图3-12所示。（另一面同理）图3-12 箱体外侧面模拟加工刀具路线图（圆角加工）插入工序，选择“mill_contour”，程序子类型选择“深度轮廓加工”，设定指定切削区域，单击“生成”，得到结果如下图3-13、图3-14、图3-15所示。图3-13 箱体圆角加工命令刀具路线效果图 图3-14箱体圆角加工命令刀具路线效果图 图3-15箱体圆角加工命令刀具路线效果图插入工序，选择“mill_planar”，程序子类型选择“手工面铣削”，单击确定，选择指定切削区域，单击“生成”得到结果如下图3-16所示。 图3-16 箱体侧面模拟加工刀具路线图 图3-17 箱体侧面模拟加工刀具路线图用如上方法，对另一面进行加工，得到结果如图3-17所示。插入程序，选择“mill_contour”，程序子类型选择“深度加工轮廓”，单击确定，选择指定切削区域，单击“生成”得到结果如下图3-18所示。（另一侧吊环同理）图3-18 箱体吊环模拟加工刀具路线图7）粗、精铣轴承孔曲面创建直径为20mm的面铣刀，名称“T7D20”。接下来插入工序，选择“mill_contour”，方法选择“MILL_SEMI_FINISH”,单击“确定”。指定切削区域选择轴承孔曲面，输入其主轴转速“2400”，进给速度输入“120”，加工余量设置为“1”，精铣时则输入主轴转速“3200”，进给速度输入“60”，单击“生成”命令。得到结果如下图3-19所示。（后视面两轴承孔同理）图3-19 箱体轴承孔曲面模拟加工刀具路线图8） 钻孔插入刀具，类型选择“drill”，刀具子类型选择“DRILLING_TOOL”,分别创建直径为4mm、9mm、18mm的钻刀。插入工序，类型选择“drill”，刀具子类型选择“钻孔”，选定指定的加工孔，根据表3-2设置各孔主轴转速与进给速度，点击“生成”得到结果如下图3-20、图3-21图3-22：图3-20 箱体孔模拟加工刀具路线图图3-21 箱体孔模拟加工刀具路线图图3-22 箱体孔模拟加工刀具路线图9） 加工凹槽插入刀具，选择“drill”，刀具子类型选择“COUNTERBORING_TOOL”,分别创建直径为17mm、30mm的铣刀。插入工序，工序子类型选择“沉头孔加工”,选择指定的加工槽，根据表3-2设置主轴转速和进给速度,单击“生成”得到结果如下图3-23、图3-24：图3-33 箱体沉头孔模拟加工刀具路线图图3-34 箱体沉头孔模拟加工刀具路线图10） 螺纹加工插入刀具，选择“drill”，刀具子类型选择“TAP”，分别创建直径为3mm、10mm的钻刀。插入工序，工序子类型选择“出屑”，选择指定加工孔，设定指定的加工螺纹孔，根据表3-2设置主轴转速和进给速度，单击“生成”得到结果如下图3-35、图3-36：图3-35 箱体螺纹孔模拟加工刀具路线图图3-36 箱体螺纹孔模拟加工刀具路线图11） 完整仿真演示打开“工序导航器”，选择“程序顺序图”，选择所有程序后点击右键，选择“刀轨”，点击“确认”，系统弹出“刀轨可视化”对话框，点击“3D动态”框，点击“播放”，开始加工毛坯效果如图3-37所示。图3-37 箱体模拟加工毛坯效果图仿真过程如下图3-38所示。图3-38箱体模拟加工仿真过程图仿真结束加工效果如下图3-39所示。图3-39箱体模拟加工完成效果图3.3 减速器箱盖的工艺设计3.2.1减速器箱盖材料及毛坯的选择1）技术要求：本箱盖材料要求HT200，粗糙度要求详见附图减速器箱盖CAD图。2）分析：由零件图分析可以知道，零件的表面由平面、曲面和型腔组成，没有非常规的几何界面，所以选则与箱体相同的数控加工方法即可。3.2.2减速器箱盖数控加工工艺过程零件工步顺序如下表3-3：表3-3 箱盖的工序步骤选用刀具进给速度(mm/min)切削速度(m/min)主轴转速(r/min)粗铣箱盖底面直径40mm面铣刀1201501200精铣箱盖底面直径40mm面铣刀802001600铣削箱盖上表面直径5mm面铣刀120503200续表3-3 箱盖的工步顺序铣削箱盖外轮廓面直径5mm面铣刀120503200铣削箱盖上端曲面直径2mm球头铣刀120254000铣削箱盖上端斜面及内壁直径5mm面铣刀120503200铣削箱体底面凹槽直径2mm立式铣刀、直径2mm球头铣刀120254000铣削箱盖曲面型腔直径2mm球头铣刀12025400铣削箱盖轴承孔曲面直径20mm铣刀1201502400精铣箱盖轴承孔曲面直径20mm铣刀602003200钻4孔直径4mm钻刀50504000钻9孔直径9mm钻刀120501800加工16mm沉头孔直径16mm面铣刀120501000加工3螺纹直径3mm丝锥802526503.4减速器箱盖的数控加工模拟仿真 按照减速器箱体的仿真加工的操作方法，对箱盖进行仿真加工。1） 粗、精铣箱盖底面打开UG NX8.5，打开箱盖三维零件图，选择“加工”命令，进入仿真模式。插入工序，选择“使用边界面铣削”，所用刀具为