基于UG的變速箱設(shè)計(jì)及CAM技術(shù)研究畢業(yè)論文

1、摘 要現(xiàn)今，機(jī)械行業(yè)廣泛采用cad/cam技術(shù)，并通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)和制造周期，提高了產(chǎn)品的技術(shù)含量，降低了成本。本論文中詳細(xì)的闡述了變速箱的三維建模和數(shù)控編程過(guò)程，應(yīng)用ug實(shí)現(xiàn)了零件的三維建模，在ug環(huán)境中進(jìn)行了數(shù)控仿真加工，并生成了nc仿真加工程序。論文共分四個(gè)部分，在第一部分簡(jiǎn)單的介紹了cad/cam技術(shù)；第二部詳細(xì)介紹了基于ug的三維實(shí)體建模；第三部分詳細(xì)介紹了基于ug的數(shù)控加工技術(shù)；第四部分講述了經(jīng)濟(jì)性分析。本課題通過(guò)對(duì)變速箱箱體零件設(shè)計(jì)加工過(guò)程的分析，以u(píng)g軟件為基礎(chǔ)，對(duì)變速箱箱體進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了加工工藝分析，同時(shí)運(yùn)用ug軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)控加工，實(shí)現(xiàn)

2、了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的一體化，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：cad/cam；變速箱；三維建模；數(shù)控加工；仿真模擬；nc代碼gearbox design based on ug and cam technologyabstract at present， the machinery industry widely used cad / cam technology and the numerical control machine tool for machining through the process, greatly reducing the product development an

3、d manufacturing cycle,improving the technology of products, and to reduce the cost. paper describes in detail the transmission of three-dimensional modeling and numerical control programming. the application of ug realizes three-dimensional modeling of parts in ug cnc simulation environment for the

4、conduct of the process, and generates the nc machining simulation program. thesis is divided into five parts. in the first part introduces cad/cam briefly; the second section details the three-dimensional solid modeling; the third section details based on ug cnc machining technology; the fourth sect

5、ion describes the economic analysis. this topic through parts of gearbox design process analysis to ug software based on the transmission box was designed, and its analysis of the machining process, while the use of ug software from cnc processing to achieve the integration from design to production

6、, actual production has some significance. keywords : cad/cam ; gearbox ; three-dimensional modeling ; cnc machining ; processing simulation ; nc code ;目錄1 cad/cam技術(shù)在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用11.1 cad/cam技術(shù)概述11.1.1 cad/cam技術(shù)的基本概念11.1.2 cad/cam技術(shù)的發(fā)展歷程21.1.3 cad/cam技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)41.1.4 cad/cam技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)51.2 cad/cam技術(shù)的應(yīng)用51.3 ug軟件介

7、紹71.3.1 ug nx 系統(tǒng)簡(jiǎn)介71.3.2 ug的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用及其發(fā)展前景91.4本課題研究的主要內(nèi)容102基于ug的變速箱實(shí)體模型設(shè)計(jì)112.1 nx 建模的基本概念112.2 nx 建模流程112.2.1 原創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)112.2.2 圖紙?jiān)煨?22.2.3 逆向工程132.3 設(shè)計(jì)思想132.3.1 草圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)142.3.2 合理應(yīng)用特征建立零件實(shí)體模型142.4 基于ug對(duì)變速箱進(jìn)行實(shí)體建模142.5 二維工程圖紙292.5.1 創(chuàng)建新圖紙292.5.2 導(dǎo)入模型視圖302.5.3 添加圖紙格式322.5.4 添加尺寸343基于ug的零件數(shù)控加工技術(shù)343.1 數(shù)控加工技術(shù)的

8、主要內(nèi)容343.1.1 數(shù)控銑削加工技術(shù)的工藝適應(yīng)性353.2數(shù)控加工工藝分析363.2.1 數(shù)控加工工藝概念363.2.2 數(shù)控機(jī)床的選用363.2.3 被加工零件的結(jié)構(gòu)材料分析363.2.4零件的加工工序方案制定373.2.5 數(shù)控加工中心的工藝適應(yīng)性393.2.6 零件的加工方案403.2.7 刀具材料的選擇及參數(shù)確定413.2.8 切削液的選擇423.2.9 切削液的選取433.2.10 工件的定位與加緊443.2.11 切削用量的確定463.2.12 數(shù)控加工工藝與安排473.3 ug 數(shù)控加工493.3.1 進(jìn)入ug cam加工模塊493.3.2 毛坯的導(dǎo)入503.3.3 對(duì)變速箱

9、進(jìn)行數(shù)控程序編制513.3.4 數(shù)控加工演示633.3.5后處理654經(jīng)濟(jì)性分析674.1概述674.2變速箱箱體設(shè)計(jì)制造的經(jīng)濟(jì)性分析67參考文獻(xiàn)68致謝691 cad/cam技術(shù)在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用1.1 cad/cam技術(shù)概述cad/cam（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)輔助制造）技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代后期發(fā)達(dá)國(guó)家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速成長(zhǎng)起來(lái)。1989年美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院將cad/cam技術(shù)評(píng)為當(dāng)代（19641989）十項(xiàng)杰出的工程技術(shù)成就之一。cad/cam技術(shù)是制造工程技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合、相互滲透而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)綜合性應(yīng)用技術(shù)，具有知識(shí)

10、密集、學(xué)科交叉、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。cad/cam技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分它的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造內(nèi)容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。cad/cam技術(shù)已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。50多年來(lái)cad/cam技術(shù)有了飛速的發(fā)展，cad/cam的應(yīng)用迅速普及。cad/cam技術(shù)的應(yīng)用已迅速?gòu)能娛鹿I(yè)向民用工業(yè)擴(kuò)展，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用向日用家電，輕工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造中普及。1.1.1 cad/cam技術(shù)的基本概念cad即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design) 利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工

11、作 ,簡(jiǎn)稱cad。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。cam(computer aided manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過(guò)程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。cam (computer aided manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程或系統(tǒng)。1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿孔紙帶上的程序指令來(lái)控制機(jī)床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床，包括稱為

12、“加工中心”的多功能機(jī)床，能從刀庫(kù)中自動(dòng)換刀和自動(dòng)轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銑、鉆、鉸、攻絲等多道工序，這些都是通過(guò)程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過(guò)程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之為“柔性”。加工程序的編制不但需要相當(dāng)多的人工，而且容易出錯(cuò)，最早的cam便是計(jì)算機(jī)輔助加工零件編程工作。cam系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過(guò)程自動(dòng)化兩方面的功能。cam所涉及的范圍，包括計(jì)算機(jī)數(shù)控，計(jì)算機(jī)輔助過(guò)程設(shè)計(jì)。1.1.2 cad/cam技術(shù)的發(fā)展歷程cad/cam技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)，并伴隨著計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中有關(guān)圖形處理的理論和方法構(gòu)成了cad/cam技

13、術(shù)的重要基礎(chǔ)?？v觀cad/cam技術(shù)的發(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了以下發(fā)展階段： （1）20世紀(jì)50年代，計(jì)算機(jī)主要主要用于科學(xué)計(jì)算，使用機(jī)器語(yǔ)言編程，圖形設(shè)備僅具有輸出功能。美國(guó)麻省理工學(xué)院（mit）在其研制的旋風(fēng)i號(hào)計(jì)算機(jī)上采用了陰極射線管（crt）作為圖形終端，并能被動(dòng)顯示圖形。其后出現(xiàn)了光筆，開始了交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究，也為cad/cam技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展鋪平了道路。1952年mit首次試制成功了數(shù)控銑床，通過(guò)數(shù)控程序?qū)α慵M(jìn)行加工，隨后mit研制開發(fā)了自動(dòng)編程語(yǔ)言（apt），通過(guò)描述走刀軌跡的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助編程，標(biāo)志著cam技術(shù)的開端。1956年首次嘗試將現(xiàn)代有限元法用于分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)

14、。20世紀(jì)50年代末，出現(xiàn)了平板式繪圖儀和滾筒式繪圖儀，開始了計(jì)算機(jī)繪圖的歷史。此間cad技術(shù)處于醞釀、準(zhǔn)備階段。 （2）20世紀(jì)60年代，這是交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展的最重要時(shí)期。1963年mit學(xué)者i.e.sutherland發(fā)表了題為“人機(jī)對(duì)話圖形通訊系統(tǒng)”的博士論文，首次提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等術(shù)語(yǔ)。由他推出的二維sketchpad系統(tǒng)，允許設(shè)計(jì)者操作光筆和鍵盤，在圖形顯示器上進(jìn)行圖形的選擇、定位等交互作業(yè)，對(duì)符號(hào)和圖形的存儲(chǔ)采用分層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)研究為交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及cad技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，也標(biāo)志著cad技術(shù)的誕生。此后，出現(xiàn)了交互式圖形顯示器、鼠標(biāo)器、磁盤等硬件設(shè)備及文件系統(tǒng)和高級(jí)語(yǔ)

15、言等軟件。并陸續(xù)出現(xiàn)了許多商品化的cad系統(tǒng)和設(shè)備。例如1964年美國(guó)通用汽車公司研制了用于汽車設(shè)計(jì)的dac-1系統(tǒng)，1965年美國(guó)洛克希德飛機(jī)公司開發(fā)了cadam系統(tǒng)，貝爾電話公司也推出了graphic-1系統(tǒng)等。此間cad技術(shù)的應(yīng)用以二維繪圖為主。再制造領(lǐng)域中，1962研制成功了世界上第一臺(tái)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)自動(dòng)化，1965年產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床cnc系統(tǒng)，1966年以后出現(xiàn)了采用通用計(jì)算機(jī)直接控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床dnc系統(tǒng)以及英國(guó)莫林公司研制的由計(jì)算機(jī)集中控制的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末，挪威開始了capp技術(shù)的研究，并于1969年正式推出第一個(gè)capp系統(tǒng)autopros。（3）

16、20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論及計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)日趨成熟，并得到了廣泛應(yīng)用。這期間，硬件的性能價(jià)格比不斷提高；圖形輸入板、大容量的磁盤存儲(chǔ)器等相應(yīng)出現(xiàn)；數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等軟件得以應(yīng)用；以小型、超小型計(jì)算機(jī)為主機(jī)的cad/cam系統(tǒng)進(jìn)入市場(chǎng)并形成主流，這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是硬件和軟件配套齊全、價(jià)格便宜、使用方便，形成所謂的交鑰匙系統(tǒng)（turnkey system）。同時(shí)，三維幾何建模軟件也相繼發(fā)展起來(lái)，出現(xiàn)了一些面向中小型企業(yè)的cad/cam商品化系統(tǒng)，法國(guó)達(dá)索公司率先開發(fā)出以表面模型為特點(diǎn)的三維曲面建模系統(tǒng)catia。20世紀(jì)70年代中期開始創(chuàng)立capp系統(tǒng)的研究與開發(fā)。1976年由cam-i公司開發(fā)

17、了capp系統(tǒng)cam-i automated process planning。在制造方面，美國(guó)辛辛那提公司研制出了一條柔性制造系統(tǒng)（fms）,將cad/cam技術(shù)推向了新的階段。這一時(shí)期各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的功能模塊已經(jīng)基本形成，但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)尚不統(tǒng)一，集成性差，應(yīng)用主要集中在二維繪圖、三維線框建模及有限元分析方面。（4）20世紀(jì)80年代，cad/cam技術(shù)及其應(yīng)用系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。這期間，出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)和32位字長(zhǎng)工作站，同時(shí)，計(jì)算機(jī)硬件成本大幅下降，計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備已逐漸形成系列產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到應(yīng)用；cad與cam相結(jié)合，形成了cad/cam集成技術(shù)，導(dǎo)致了新理論、新算法的大量涌現(xiàn)。在軟件

18、方面，不僅實(shí)現(xiàn)了工程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖，而且還實(shí)現(xiàn)了工程造型、自由曲面設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)分析與仿真等工程應(yīng)用，特別是實(shí)體建模、特征建模、參數(shù)化設(shè)計(jì)等理論的發(fā)展和應(yīng)用，推動(dòng)cad技術(shù)由表面模型到實(shí)體建模，再到參數(shù)化建模發(fā)展，并出現(xiàn)了許多成熟的cad軟件。在此期間，為滿足數(shù)據(jù)交換要求，相繼推出了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 cgi、gks、iges及step等）。20世紀(jì)80年代后期，人們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)集成制造（cim）的重要性，開始強(qiáng)調(diào)信息集成，出現(xiàn)了cims，將cad/cam技術(shù)推向了更高的層次。（5）20世紀(jì)90年代以來(lái)，cad/cam技術(shù)更加強(qiáng)調(diào)信息集成和資源共享出現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)，cad建模技術(shù)日益完善，

19、出現(xiàn)了許多成熟的cad/cae/cam集成化的商業(yè)軟件，如采用變量化技術(shù)的i-deas，應(yīng)用復(fù)合建模技術(shù)的ug等。隨著世界市場(chǎng)的多變與激烈競(jìng)爭(zhēng)，隨著各種先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和先進(jìn)制造模式的發(fā)展，隨著高檔微機(jī)、操作系統(tǒng)和編程軟件的發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，cad/cam技術(shù)正在經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，正在向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。1.1.3 cad/cam技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1）集成化 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，cad/cam系統(tǒng)已經(jīng)從單一簡(jiǎn)單的功能發(fā)展模式轉(zhuǎn)變成為復(fù)雜綜合的功能集成系統(tǒng)。80年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)集成制造(cim：computer integrated manufactu

20、ring)技術(shù)已成為制造工業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要發(fā)展方向。利用cim技術(shù)建立的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(cims)，將制造工廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造和經(jīng)營(yíng)管理等項(xiàng)活動(dòng)集成起來(lái)，其目的是在計(jì)算機(jī)輔助下，利用最小的制造和管理資源，最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的發(fā)展目標(biāo)，獲得最大的總體效益。 （2）微型化cad/cam正轉(zhuǎn)向采用超級(jí)微型計(jì)算機(jī)。32位超級(jí)微型計(jì)算機(jī)在單機(jī)功能上將達(dá)到小型機(jī)和中型機(jī)的水平，多cpu并行處理時(shí)的功能將達(dá)到大型機(jī)的水平。以超級(jí)微機(jī)為基礎(chǔ)的cad/cam系統(tǒng)不斷增多，功能也在不斷擴(kuò)大。 （3）網(wǎng)絡(luò)化伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，微型計(jì)算機(jī)cad/cam系統(tǒng)發(fā)展的一條主要途徑是網(wǎng)絡(luò)化。由于微型

21、機(jī)價(jià)格低廉，功能較強(qiáng)，可將多臺(tái)微機(jī)工作站連成分布式cad/cam系統(tǒng)。目前，基于網(wǎng)絡(luò)化的cad/cam技術(shù)，需要在能夠提供基于網(wǎng)絡(luò)完善的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境和提供網(wǎng)上多種cad應(yīng)用服務(wù)等方面提高水平。 （4）智能化設(shè)汁制造中全盤自動(dòng)化固然理想，但在今天還只能是一個(gè)追求的目標(biāo)，近期難以實(shí)現(xiàn)。人工智能技術(shù)是通向設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的重要途徑。近年來(lái)，人工智能的應(yīng)用主要集中在引入知識(shí)工程，發(fā)展專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的發(fā)展可擴(kuò)大cad/cam的功能有利于創(chuàng)造更高級(jí)的cad/cam系統(tǒng)。專家系統(tǒng)具有邏輯推理和決策判斷能力，它將許多事實(shí)和有關(guān)專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)、準(zhǔn)則結(jié)合在一起，應(yīng)用這些事實(shí)和啟發(fā)規(guī)則，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)不斷縮小搜索的范圍

22、，使問(wèn)題得到解決，專家系統(tǒng)是當(dāng)前研究相當(dāng)活躍的一個(gè)課題。（5）并行工程并行工程（concurrent engineering）是隨著cad /cims 技術(shù)發(fā)展提出的一種新哲理，新的系統(tǒng)工程方法。這種方法的思路，就是并行的集成的設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其開發(fā)的過(guò)程。他要求產(chǎn)品開發(fā)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有要求，包括成本，質(zhì)量，進(jìn)度用戶要求等，以便更大限度的提高產(chǎn)品開發(fā)效率及一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計(jì)方法代替串行設(shè)計(jì)方法，把串行方法中信息流向的單向性變成雙向的。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，并行工程勢(shì)必引起越來(lái)越多的重視，但其實(shí)施也絕非一朝一夕的事情，目前應(yīng)為并行工程的實(shí)施創(chuàng)造條件和

23、環(huán)境。（6）標(biāo)準(zhǔn)化 隨著cad/cam技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題日益越來(lái)越顯得重要。目前已制定了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如面向圖形設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)圖形接口（cgi）、面向圖形應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)gks和phigs、面向不同cad/cam系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)iges和step，此外還有窗口標(biāo)準(zhǔn)以及最新頒布的cad文件管理、cad電子文件應(yīng)用光盤存儲(chǔ)與檔案管理要求等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了cad/cam技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。cad/cam系統(tǒng)的集成一般建立在異構(gòu)的工作臺(tái)之上，為了支持異構(gòu)跨平臺(tái)的環(huán)境，要求cad/cam系統(tǒng)必須是開放的系統(tǒng)，必須采用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。完善的標(biāo)準(zhǔn)化體系是我國(guó)cad/cam軟件開發(fā)幾技術(shù)應(yīng)

24、用與世界接軌的必由之路。1.1.4 cad/cam技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)（1）基于知識(shí)工程的cad技術(shù) 知識(shí)工程 (knowledge based engineering 簡(jiǎn)稱kbe) 的實(shí)質(zhì)是知識(shí)捕捉和知識(shí)重用。知識(shí)工程的最終表現(xiàn)形式是過(guò)程引導(dǎo)，在使用kbe時(shí)首先進(jìn)行工程配置再定義工程規(guī)則，最后實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品建模。以最快的速度開發(fā)出高知識(shí)含量的優(yōu)質(zhì)的新產(chǎn)品，這正是知識(shí)工程要解決的問(wèn)題。知識(shí)工程的應(yīng)用是制造業(yè)的cad技術(shù)的一個(gè)質(zhì)的飛躍。（2）三維超變量化技術(shù) 超變量化幾何技術(shù)是cad建模技術(shù)發(fā)展的里程碑，他在變量化技術(shù)基礎(chǔ)上充分利用了形狀約束和尺寸約束分開處理以及全約束的靈活性，讓設(shè)計(jì)者針對(duì)一個(gè)完整的三維產(chǎn)品

25、數(shù)字模型，從建模到約束都可以直接以拖動(dòng)方式實(shí)時(shí)的進(jìn)行圖形化的編輯操作。因此，vgx技術(shù)被業(yè)界稱為21世紀(jì)cad領(lǐng)域具有革命性突破的新技術(shù)。1.2 cad/cam技術(shù)的應(yīng)用 （1）我國(guó)的cad/cam技術(shù)我國(guó)cad/cam技術(shù)的研發(fā)始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)主要集中在少數(shù)高校及航空領(lǐng)域等極小范圍。80年代初，開始成套引進(jìn)cad/cam系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用；同時(shí)國(guó)家在cad/cam 技術(shù)應(yīng)用開發(fā)方面實(shí)施重點(diǎn)投資，支持對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有影響的重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品cad進(jìn)行開發(fā)和研制，取得了一些成果，為我國(guó)cad/cam技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)近30多年堅(jiān)持不懈的努力，我國(guó)cad/cam技術(shù)在理論與算

26、法研究、硬件設(shè)備生產(chǎn)、支撐軟件的開發(fā)與商品化、專業(yè)應(yīng)用軟件的研制與應(yīng)用，以及在人才培養(yǎng)與技術(shù)普及等方面均取得了豐碩的成果。近年來(lái)，我國(guó)cad/cam技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用日趨成熟，范圍不斷拓寬，水平不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎滲透到所有制造工程領(lǐng)域，尤其機(jī)械、電子、建筑、造船、輕工業(yè)等行業(yè)在cad/cam技術(shù)開發(fā)應(yīng)用上有了一定規(guī)模，取得了顯著成效。我國(guó)已自行開發(fā)了大量實(shí)用的cad/cam軟件，國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家已能夠?yàn)閏ad/cam系統(tǒng)提供良好的計(jì)算機(jī)和工程工作站。少數(shù)大型企業(yè)已經(jīng)建立起較完善的cad/cam系統(tǒng)并取得較好的效益，中小企業(yè)也開始使用cad/cam技術(shù)并初見成效；一些企業(yè)已著手建立以實(shí)現(xiàn)制

27、造過(guò)程信息集成為目標(biāo)的企業(yè)級(jí)cims系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成、信息共享。盡管我國(guó)cad/cam技術(shù)的應(yīng)用已取得了巨大成就，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有巨大差距。隨著cad/cam技術(shù)應(yīng)用的日益深入，我國(guó)制造企業(yè)在今后一段時(shí)間將面臨的問(wèn)題是：如何將cad技術(shù)由二維繪圖向三維建模發(fā)展，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率；怎樣充分發(fā)揮cae技術(shù)的作用，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力；如何盡快將cam/capp技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控編程及工藝設(shè)計(jì)上，提高數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用水平，提高工藝設(shè)計(jì)及工藝管理的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平；如何在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)輔助單元技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提高cad/cam應(yīng)用的集成化程度；如何在將來(lái)把cad/cam系統(tǒng)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)

28、，形成企業(yè)級(jí)信息集成管理系統(tǒng)；面對(duì)先進(jìn)設(shè)計(jì)理論和先進(jìn)制造模式的發(fā)展，怎樣抓緊時(shí)機(jī)迎接新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等。這些都需要在今后的工作中不斷的探索和研究cad/cam領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)、不斷地吸收及應(yīng)用cad/cam領(lǐng)域的最新成果。綜觀先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，可以看到，未來(lái)的制造是基于集成化和智能化的敏捷制造和“全球化”、“網(wǎng)絡(luò)化”制造，未來(lái)的產(chǎn)品是基于信息和知識(shí)的產(chǎn)品。cad/cam技術(shù)是當(dāng)前科技領(lǐng)域的前沿課題，它的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法與生產(chǎn)模式發(fā)生了深刻的變化，從而帶動(dòng)制造業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)產(chǎn)生并將繼續(xù)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。（2）數(shù)控編程數(shù)控編程是指根據(jù)被加工零件的圖紙和技術(shù)要求、工藝要求，將零件

29、加工的工藝順序、工序內(nèi)的工步安排、刀具相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)的軌跡與方向、工藝參數(shù)及輔助動(dòng)作等，用數(shù)控系統(tǒng)所規(guī)定的規(guī)則、代碼和格式編制成文件，并將程序單的信息制作成控制介質(zhì)的整個(gè)過(guò)程。用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工零件，加工前必須按要求編寫零件加工程序，加工過(guò)程中機(jī)床按零件加工程序自己完成加工任務(wù)。數(shù)控機(jī)床編程是數(shù)控加工的基礎(chǔ)。數(shù)控編程就是用特定的符號(hào)和規(guī)定的語(yǔ)法規(guī)則書寫的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)能夠識(shí)別的計(jì)算機(jī)程序，該程序指揮機(jī)床的不同部分按一定的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡(包括速度、加速度)、主軸轉(zhuǎn)速等進(jìn)行工件的切削加工工件。數(shù)控機(jī)床編程前要對(duì)所加工零件進(jìn)行工藝分析并作必要的數(shù)值計(jì)算，然后按所使用的數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床廠家提供的編程手冊(cè)

30、要求編寫零件加工程序。編寫好的復(fù)雜零件加工程序還要進(jìn)行仿真、試切等調(diào)試工作，才能用于零件的加工。由此可見，數(shù)控機(jī)床加工工藝與普通機(jī)床加工工藝在原則上基本相同，但數(shù)控加工的整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，因而又有其獨(dú)有特點(diǎn)。數(shù)控編程是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的主要內(nèi)容之一，通常包括分析零件圖樣、確定加工工藝過(guò)程、計(jì)算走刀軌跡、得出刀位數(shù)據(jù)、編寫數(shù)控加工程序、制作控制介質(zhì)、校對(duì)程序及首件試切。有手工編程和自動(dòng)編程兩種方法?？傊菑牧慵D紙到獲得數(shù)控加工程序的全過(guò)程。1.3 ug軟件介紹1.3.1 ug nx 系統(tǒng)簡(jiǎn)介（1）ug的發(fā)展歷史unigraphics(簡(jiǎn)稱ug)是集cadcaecam于一體的三維參數(shù)化軟

31、件，包含計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)、知識(shí)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)交換和其他特殊應(yīng)用等功能。從20世紀(jì)70年代以來(lái)，ug的開發(fā)經(jīng)歷了基于圖紙（1974年）、基于特征（1988年）、基于過(guò)程（1995年）和基于知識(shí)（2000年）的發(fā)展階段，功能不斷地得到擴(kuò)展，在cadcaecamplm等領(lǐng)域占有的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大，具有獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷之勢(shì)。ug nx基于windows平臺(tái)，是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一，廣泛應(yīng)用于航空、汽車、造船、通用機(jī)械、模具和家電等領(lǐng)域。（2）ug 系統(tǒng)的特點(diǎn)ug nx 軟件具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能，而且可進(jìn)行有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力

32、學(xué)分析、提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。同時(shí)，可用三維模型直接生成數(shù)控代碼進(jìn)行加工制造，其后處理程序支持多種類型的數(shù)控機(jī)床。另外，它可應(yīng)用多種語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)。該軟件具有以下特點(diǎn)： 集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)性與并行協(xié)作。 基于知識(shí)的工程管理。 設(shè)計(jì)的客戶化。 采用復(fù)雜的復(fù)合建模技術(shù)，可將各種建模技術(shù)融為一體，支持多實(shí)體，支持參數(shù)化與非參數(shù)化。 用基于特征的參數(shù)驅(qū)動(dòng)建模和編輯方法作為實(shí)體造型基礎(chǔ)。 便捷的復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)能力。 強(qiáng)大的工程圖功能，增強(qiáng)了繪制工程圖的實(shí)用性。 提供了豐富的二次開發(fā)工具。（3）ug nx 常用的應(yīng)用模塊ug nx 系統(tǒng)常用的應(yīng)用模塊有以下幾種： 基本環(huán)境（gateway

33、）：提供了所有應(yīng)用模塊所共有的常規(guī)工具，是必須安裝的模塊，它為其他應(yīng)用模塊提供支持。 建模模塊（moldeling）：提供了設(shè)計(jì)產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)的工具。 制圖模塊（drafting）：提供了創(chuàng)建和維護(hù)設(shè)計(jì)模型圖紙的工具。 裝配模塊（assembling）：提供了構(gòu)造部件裝配的工具。 nx鈑金（nx sheet metal）：提供了設(shè)計(jì)直形制動(dòng)器鈑金部件的工具。 加工模塊（manufacturing）：提供了交互式編程和后處理銑、鉆、車和線切割刀軌的工具。（4）ug nx 6.0 的新增功能本次設(shè)計(jì)我所使用的是ug nx 6.0 版本，nx 6.0極大地提高了我們的生產(chǎn)力。建立在新的同步建模技術(shù)基礎(chǔ)

34、之上的ug nx 6.0 的新功能在各個(gè)應(yīng)用模塊中都有體現(xiàn)，下面僅列舉部分新功能。nx 6.0 整個(gè)系統(tǒng)的創(chuàng)新a. 創(chuàng)新性用戶界面把高端功能與易用性和易學(xué)性結(jié)合在一起。b. 屏幕實(shí)際使用面積的最大化利用增加了對(duì)設(shè)計(jì)工作的關(guān)注。c. 實(shí)時(shí)著色。nx 6.0 工程過(guò)程管理a. teamcenter 項(xiàng)目支持b. 4層客戶機(jī)支持c. 支持重用方案d. geolus 集成為了提高進(jìn)行特別形狀搜索的功能，nx 6.0 以嵌入式訪問(wèn)為特征，能夠搜索可能存在的任何geolus 數(shù)據(jù)庫(kù)。該搜索可以基于幾何結(jié)構(gòu)特征，比如形狀和尺寸； 或者用戶也可以創(chuàng)建一些核心的基本幾何結(jié)構(gòu)，這些基本幾何結(jié)構(gòu)形成形狀搜索功能的基

35、礎(chǔ)。geolus 搜索結(jié)果可以包括nx零件、jt數(shù)據(jù)或者來(lái)自其他系統(tǒng)（比如，solidworks和catia）的數(shù)據(jù)。 nx 6.0 工業(yè)設(shè)計(jì)和造型a. 在創(chuàng)建自由形狀的時(shí)候進(jìn)行立即反饋b. 利用小平面幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行逆向工程的速度更快c. 為設(shè)計(jì)人員定制的用戶界面d. 更快、更簡(jiǎn)單的幾何機(jī)構(gòu)分析e. 更快的可視化 nx 設(shè)計(jì)a. 由同步建模技術(shù)驅(qū)動(dòng)的無(wú)約束設(shè)計(jì)b. 對(duì)幾何結(jié)構(gòu)編輯的立即反饋c. 提示性選擇在需要的時(shí)候?yàn)樵O(shè)計(jì)添加智能d. 三維尺寸驅(qū)動(dòng)的編輯e. 剪貼簿建模d. 同步化（無(wú)歷史記錄模式）e. 替換助手 nx 6.0 的裝配設(shè)計(jì)a. 在處理nx裝配時(shí)的生產(chǎn)力提高b. 動(dòng)態(tài)剖切改進(jìn)了裝配

36、評(píng)審過(guò)程 nx 6.0 圖紙和創(chuàng)建工具a. 快速的圖紙創(chuàng)建工具b. 統(tǒng)一的草圖環(huán)境c. 更好的模型動(dòng)態(tài)交互操作d. 自動(dòng)化孔表1.3.2 ug的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用及其發(fā)展前景近年來(lái)，ug機(jī)械設(shè)計(jì)軟件被廣泛應(yīng)用于家電生產(chǎn)企業(yè)、汽車配件的生產(chǎn)企業(yè)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)、航空航天所需零部件的生產(chǎn)制造企業(yè)、醫(yī)療器械的生產(chǎn)企業(yè)、模具生產(chǎn)企業(yè)等。ug中文版是全球最著名的3d機(jī)械設(shè)計(jì)軟件之一，該軟件自開發(fā)以來(lái)，憑借強(qiáng)大的功能、易學(xué)性和易用性廣受設(shè)計(jì)師們的好評(píng)。ug使企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中更加直觀，更容易檢查設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤以及不足。ug機(jī)械設(shè)計(jì)軟件還具有無(wú)與倫比的性能和價(jià)值，它是技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的先驅(qū)，并且還擁有最大的用戶群

37、。沒有其他cad系統(tǒng)可以像ug那樣幫助我們快速準(zhǔn)確地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。目前，在計(jì)算機(jī)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)中，ug屬于主流的設(shè)計(jì)軟件，在全球的銷量已達(dá)到幾十萬(wàn)套，位于3d cad軟件銷售榜首，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地領(lǐng)先于其它同類產(chǎn)品。ug易學(xué)易用的特點(diǎn)使它成為大部分設(shè)計(jì)人員及從業(yè)者的首選設(shè)計(jì)軟件，成為工程應(yīng)用的通用cad平臺(tái)。隨著cad/cam軟件加工及快速成型等先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以及這些技術(shù)在模具行業(yè)中的普及應(yīng)用，模具設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域正發(fā)生著一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)及模擬加工方式正逐步被基于產(chǎn)品三維數(shù)字化定義的數(shù)字化制造方式所取代。在這場(chǎng)技術(shù)革命中，逐步掌握三維cad/cam軟件的使用，并用于模

38、具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是其中的關(guān)鍵。 我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展前景非常廣闊。國(guó)內(nèi)外模具及模具加工設(shè)備廠商己普遍看好中國(guó)市場(chǎng)。隨著對(duì)模具設(shè)計(jì)質(zhì)量與制造要求的不斷提高，以及cad/cam技術(shù)在模具制造業(yè)中的大規(guī)模推廣應(yīng)用，急需大批熟悉cad/cam技術(shù)應(yīng)用的模具設(shè)計(jì)與制造的技術(shù)人才1.4本課題研究的主要內(nèi)容本課題的主要任務(wù)是對(duì)變速箱進(jìn)行設(shè)計(jì)并運(yùn)用ug對(duì)變速箱實(shí)體建模，在ug軟件中加工仿真，以達(dá)到cad/cam技術(shù)的研究目的。cad/cam技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為比較成熟的一項(xiàng)技術(shù)，而ug作為一款強(qiáng)大的3d建模軟件自然會(huì)在此技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)變速箱的建模和工藝分析，在ug軟件中進(jìn)行仿真加工，在仿真加工中

39、要對(duì)各項(xiàng)工序進(jìn)行加工參數(shù)設(shè)置，刀具路徑生成及刀具路徑檢驗(yàn)，最后還要進(jìn)行后置處理，將計(jì)算出的刀軌依照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)化為nc代碼并輸出保存。本課題實(shí)現(xiàn)了零件的三維實(shí)體建模及數(shù)控編程，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)會(huì)有一定的指導(dǎo)意義。具體實(shí)現(xiàn)方案為：（1）變速箱的設(shè)計(jì)和數(shù)控加工程序編制的技術(shù)現(xiàn)狀分析。（2）運(yùn)用ug軟件對(duì)變速箱進(jìn)行三維實(shí)體建模。（3）運(yùn)用ug 進(jìn)行仿真加工，生成nc代碼。2基于ug的變速箱實(shí)體模型設(shè)計(jì)2.1 nx 建模的基本概念nx 建模應(yīng)用模塊提供了一個(gè)實(shí)體建模系統(tǒng)，可以進(jìn)行快速的概念設(shè)計(jì)。用戶可以交互式的創(chuàng)建并編輯復(fù)雜的、實(shí)際的實(shí)體模型?？梢酝ㄟ^(guò)直接編輯實(shí)體尺寸的方法或使用其他構(gòu)造技術(shù)對(duì)實(shí)體進(jìn)行更

40、改和更新。2.2 nx 建模流程建模造型有三種類型：一是原創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；二是根據(jù)已有二維圖紙建立模型，即所謂的圖紙?jiān)煨?；三是逆向工程，即點(diǎn)測(cè)繪造型。2.2.1 原創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)原創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程如圖2.1所示：草圖曲線成型特征線結(jié)構(gòu)實(shí)體模型曲面模型曲面特征工程圖裝配體 圖 2.1 原創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程2.2.2 圖紙?jiān)煨蛨D紙?jiān)煨偷牧鞒虉D如圖2.2所示：二維圖dwg或dxf分析處理導(dǎo)入ug二維曲線編輯、轉(zhuǎn)換曲面特征曲面模型識(shí)圖分析特征繪制曲線二維圖無(wú)電子檔繪制草圖三維線架構(gòu)成型特征實(shí)體圖 2.2 圖紙?jiān)煨偷牧鞒?.2.3 逆向工程逆向工程流程如圖2.3所示： 測(cè)繪點(diǎn)導(dǎo)入ug由點(diǎn)構(gòu)面由點(diǎn)構(gòu)線線構(gòu)架曲面模型曲面

41、工具曲面特征實(shí)體模型圖2.3 逆向工程流程2.3 設(shè)計(jì)思想所謂的設(shè)計(jì)思想就是在建模之前做的計(jì)劃，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步。它的合理性直接影響以后的建模修改和后續(xù)工作。所以設(shè)計(jì)思想是我們建模的前提，我們要從以下幾點(diǎn)來(lái)優(yōu)化我們的設(shè)計(jì)思想。2.3.1 草圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)草圖是位于指定平面上的曲線和點(diǎn)所組成的一個(gè)特征，由草圖平面、草圖坐標(biāo)系、草圖曲線和草圖約束組成，一般作為三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)。繪制草圖時(shí)可先繪制輪廓曲線，再添加幾何約束。建立草圖幾何約束時(shí)應(yīng)注意：（1）添加幾何約束線，應(yīng)先固定某個(gè)草圖對(duì)象；（2）盡量按設(shè)計(jì)意圖添加充分的幾何約束；（3）當(dāng)遇到要頻繁更改尺寸時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)意圖添加少量約束，以提高修改效

42、率。2.3.2 合理應(yīng)用特征建立零件實(shí)體模型建立一個(gè)零件的實(shí)體模型往往有很多種不同的途徑，怎么樣使我們以最少的步驟最佳的效果最簡(jiǎn)單的特征去建立我們需要的零件模型是我們優(yōu)化的目的。所以我們?cè)诮r(shí)一定要安排好特征的順序，想好先實(shí)現(xiàn)哪一個(gè)特征，是先建立凸臺(tái)還是先挖孔等等，一般我們把大的特征放在前面而像孔，倒角，圓角等小的特征放在后面，這樣利于我們修改。 3基于ug的零件數(shù)控加工技術(shù)3.1 數(shù)控加工技術(shù)的主要內(nèi)容數(shù)控加工泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝過(guò)程。數(shù)控機(jī)床是一種按照輸入的數(shù)字程序信息進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床。數(shù)控加工技術(shù)是指高效、優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品零件特別是復(fù)雜形狀零件加工的有關(guān)理論、方法與現(xiàn)實(shí)的

43、技術(shù)，它是自動(dòng)化、柔性化、敏捷化和數(shù)字化制造加工的基礎(chǔ)與關(guān)鍵技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)控加工技術(shù)涉及數(shù)控加工供應(yīng)和數(shù)控編程技術(shù)進(jìn)行加工的全過(guò)程。數(shù)控加工作為機(jī)械制造業(yè)中先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，經(jīng)過(guò)十余年的引進(jìn)與發(fā)展，已經(jīng)在汽車、航空、航天、模具等行業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。它推動(dòng)了企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。但是由于多方面原因，國(guó)內(nèi)不同行業(yè)在應(yīng)用數(shù)控加工方面表現(xiàn)的差距較大。一方面由于機(jī)床刀具軟硬件配置等方面的原因，尤其是多坐標(biāo)控制聯(lián)動(dòng)的高速銑削機(jī)床，進(jìn)口設(shè)備由于其成本很高，企業(yè)不得不考慮其投資效益問(wèn)題。另一方面多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)高速銑削的cam軟件選型、應(yīng)用編程與開發(fā)方面，需要一個(gè)長(zhǎng)時(shí)期的技術(shù)積累才能趕上國(guó)外先進(jìn)水平

44、，尤其是對(duì)于人員的技術(shù)水平要求較高的cam軟件應(yīng)用編程開發(fā)方面表現(xiàn)更為明顯。 在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，用到的數(shù)控加工技術(shù)主要有：了解數(shù)控加工的適用條件和適應(yīng)范圍；能從二維工程圖紙和三維實(shí)體模型中分析出零件的主要數(shù)控加工區(qū)域和重難點(diǎn)加工區(qū)域；通過(guò)對(duì)圖紙的初步分析，能夠比較合理的構(gòu)思出零件的加工順序；掌握一門優(yōu)秀的cam軟件，將數(shù)控技術(shù)與cam軟件結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行數(shù)控加工模擬；對(duì)數(shù)控加工中的一些關(guān)鍵技術(shù)要掌握。3.1.1 數(shù)控銑削加工技術(shù)的工藝適應(yīng)性根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外大量應(yīng)用實(shí)踐，一般可按工藝適應(yīng)程度將零件分為下列3類：（1）最適應(yīng)類 形狀復(fù)雜，加工精度要求高，用通用加工設(shè)備無(wú)法加工或雖然能加

45、工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件； 用數(shù)學(xué)模型描述的復(fù)雜曲線或曲面輪廓零件； 具有難測(cè)量、難控制進(jìn)給、難控制尺寸的不開敞內(nèi)腔的殼體或盒型零件； 必須在一次裝夾中合并完成銑、鏜、鉸或攻螺紋等多工序的零件。（2）較適應(yīng)類 在通用機(jī)床上加工時(shí)易受人為因素干擾，零件價(jià)值又高，一旦質(zhì)量失控便造成重大經(jīng)濟(jì)損失的零件； 在通用機(jī)床上加工需要制造復(fù)雜的專用工裝的零件； 需要多次更改設(shè)計(jì)后才能定型的零件； 在通用機(jī)床上加工需要做長(zhǎng)時(shí)間調(diào)整的零件； 用通用機(jī)床加工時(shí)，生產(chǎn)率很低或體力勞動(dòng)強(qiáng)度很大的零件。（3）不適應(yīng)類 生產(chǎn)批量大的零件（當(dāng)然不排除其中個(gè)別工序用數(shù)控機(jī)床加工）； 裝夾困難或完全靠找正定位來(lái)保證加工精度的零

46、件； 加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上無(wú)在線檢測(cè)系統(tǒng)可自動(dòng)調(diào)整零件坐標(biāo)位置的零件； 必須用特定的工藝設(shè)備協(xié)調(diào)加工的零件。3.2數(shù)控加工工藝分析3.2.1 數(shù)控加工工藝概念數(shù)控加工工藝，簡(jiǎn)單說(shuō)就是用數(shù)控機(jī)床加工零件的工藝。它是從毛坯設(shè)計(jì)到機(jī)床工具選擇到數(shù)控加工編程到加工仿真與優(yōu)化到生成nc程序到最后進(jìn)行加工的過(guò)程。3.2.2 數(shù)控機(jī)床的選用 （1）數(shù)控機(jī)床規(guī)格的選用 數(shù)控機(jī)床的選擇應(yīng)根據(jù)要加工零件進(jìn)行選用。主要規(guī)格就是幾個(gè)數(shù)控坐標(biāo)的行程范圍和主軸電動(dòng)機(jī)及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的功率。本課題加工的工件為630*512*160的變速箱體，所以選取工作臺(tái)尺寸為700*700的加工中心，以便于安裝夾具，定位工件。 （

47、2）選擇機(jī)床的精度等級(jí)，要根據(jù)零件關(guān)鍵部位加工精度的要求來(lái)定。機(jī)床的加工精度項(xiàng)目很多（如單軸定位精度，單軸重復(fù)定位精度，銑圓精度等等）但普通型的加工中心一般可以批量加工出8級(jí)精度零件，精密型加工中心可以批量加工出6-7 級(jí)精度的零件。需要指出的是，要想獲得合格的加工零件，選取適用的機(jī)床設(shè)備只解決了問(wèn)題的一半，另一半必須采取工藝措施來(lái)解決。本課題的變速箱箱體要求最高精度為5級(jí)（箱體上有要與d級(jí)軸承配合的孔），所以要選用精密型加工中心的機(jī)床。3.2.3 被加工零件的結(jié)構(gòu)材料分析 （1）變速箱體結(jié)構(gòu)分析 它的主要結(jié)構(gòu)是由凸臺(tái)，軸孔，螺紋孔組成。箱體的開口面上的十個(gè)m6螺紋孔和兩個(gè)m10螺紋孔主要用于

48、固定箱體。箱體底面有一個(gè)m16的漏油孔。箱體有耳面有兩個(gè)直徑80mm和五個(gè)直徑62mm的軸孔還有一個(gè)直徑28mm的軸孔都用于放置軸承，各個(gè)軸孔分別存在凸臺(tái)，凸臺(tái)上打有螺紋孔，用于固定軸承端蓋。無(wú)耳面大體與有耳面相同，不再贅述。 （2）變速箱體材料分析 由于變速箱在生產(chǎn)過(guò)程中要在數(shù)控機(jī)床上加工，可能要承受較大的載荷，在滿足材料的硬度，強(qiáng)度，剛度等加工條件前提下，又出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，我們選擇了鑄鋼材料。下面我們將鑄鋼材料的性能做一下簡(jiǎn)單介紹：我們這里所說(shuō)的鑄鋼指一般工程用的鑄造碳鋼。鑄造碳鋼牌號(hào)選擇zg200-400，它具有良好的塑性，韌性和焊接性能，是變速箱這類要求韌性的機(jī)械零件最常選用的材料之

49、一。3.2.4零件的加工工序方案制定在數(shù)控機(jī)床加工零件，工序應(yīng)盡量集中，一次裝夾盡可能完成大部分工序，數(shù)控加工工藝方案的制定有以下幾種方法：（1）按加工內(nèi)容制定工序方案對(duì)于加工內(nèi)容多的零件，按零件結(jié)構(gòu)特征將加工內(nèi)容分成若干部分，每一部分可用典型刀具加工。（2）按所用刀具制定加工方案 按所用刀具制定工序可以減少換刀次數(shù)，壓縮空行程和減少換刀時(shí)間，且能降低換刀引起的誤差。（3）按粗，精加工制定工序方案 對(duì)于容易引起加工變形的零件，通常粗加工后需要進(jìn)行矯形，這時(shí)粗加工精加工作為兩道工序，即先粗加工再精加工，可用不同的機(jī)床和不同的刀具進(jìn)行加工。為了便于分析和表達(dá)較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又分為工步，工步的

50、劃分主要從加工精度和加工效率兩方面考慮。如在零件加工時(shí)，對(duì)于按粗加工，半精加工，精加工依次完成，整個(gè)加工按先粗后精分開進(jìn)行。數(shù)控加工按工步劃分后，三檢（自檢，互檢和專檢）不好執(zhí)行，為了防止零件發(fā)生批次質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)采用分工步校驗(yàn)，而不是加工完整個(gè)工序后再校驗(yàn)。根據(jù)變速箱形狀材料分析和工序制定方法，制定了以下零件的加工工序方案： 00 粗銑凸臺(tái)（無(wú)耳面） 有耳面加工 05 開粗 05.01 粗銑削耳面 05.02 粗銑削凸臺(tái)面 05.03 粗銑削耳部下端 05.04 粗銑削耳部下端曲面 05.05 粗鏜軸孔 10 光刀 10.01 精銑削耳面 10.02 精銑削凸臺(tái)面 10.03 精銑削耳部下端

51、10.04 精銑削耳部下端曲面 10.05 精鏜軸孔 15 鉆削5的螺紋底孔 20 鉆削6.8的螺紋底孔 25 攻m6的螺紋 30 攻m8的螺紋 35 倒角 無(wú)耳面加工 40 開粗 40.01 粗銑削凸臺(tái)面 40.02 粗鏜軸孔 45 光刀 45.01 精銑削凸臺(tái)面 45.02 精鏜軸孔 50 鉆削5的螺紋底孔 55 鉆削6.8的螺紋底孔 60 攻m6的螺紋 65 攻m8的螺紋 70 倒角 75 粗銑開口面 80 精銑開口面 85 粗銑漏油孔凸臺(tái) 90 精銑漏油孔凸臺(tái) 本方案的優(yōu)點(diǎn)：充分利用數(shù)控加工中心，實(shí)現(xiàn)了銑刀，鏜刀，鉆頭，螺紋刀等多種刀具的自動(dòng)換刀，實(shí)現(xiàn)了單面加工的全自動(dòng)。粗加工無(wú)耳面凸

52、臺(tái)作為有耳面凸臺(tái)加工的基準(zhǔn)面比較完善。本方案的缺點(diǎn)：未實(shí)現(xiàn)一次裝夾滿足加工要求，需要多次裝夾完成不同面的加工；由于變速箱箱體的復(fù)雜，我們沒能在數(shù)控加工中心一次裝夾完成加工任務(wù)，是本次設(shè)計(jì)的不足，如有充分時(shí)間我們可以嘗試在夾具上做研究，使在數(shù)控加工中心上要加工的內(nèi)容一次裝夾即可完成。3.2.5 數(shù)控加工中心的工藝適應(yīng)性加工中心(computerized numerical control machine )簡(jiǎn)稱cnc，是由機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率自動(dòng)化機(jī)床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫(kù)，具有自動(dòng)換刀功能，是對(duì)工件一次裝夾后進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。加工中心是

53、高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)改變主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量等，可連續(xù)完成鉆、鏜、銑、鉸、攻絲等多種工序，因而大大減少了工件裝夾時(shí)間、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，對(duì)加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。如圖3.2是一立式加工中心的基本結(jié)構(gòu)。工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高。 加工中心由于工序的集中和自動(dòng)換刀

54、，減少了工件的裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整等時(shí)間，使機(jī)床的切削時(shí)間達(dá)到機(jī)床開動(dòng)時(shí)間的80左右(普通機(jī)床僅為1520)；同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時(shí)間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。3.2.6 零件的加工方案（1）凸臺(tái)的加工凸臺(tái)的加工主要是凸臺(tái)面的加工，這里我們要求尺寸精度為it7。查資料可知：經(jīng)過(guò)粗銑的平面可達(dá)it12-it14，經(jīng)過(guò)精銑的平面可達(dá)it7it9，所以我們選擇銑平面即可達(dá)到加工要求。（2）軸孔的加工我們要加工的零件為特殊用途變速箱，軸孔要與d級(jí)軸承配合，要求達(dá)到的尺寸精度為it5，而精銑尺寸精

55、度最多可達(dá)it7，所以這里不能簡(jiǎn)單的應(yīng)用銑削加工。查資料可知：磨削和金剛石鏜可以達(dá)到尺寸精度it5，而這里我們兩個(gè)大面的孔還有同軸度的要求，磨削難以滿足，所以選擇金剛鏜來(lái)加工軸孔。（3）螺紋底孔及螺紋加工 螺紋底孔的加工可在加工中心用相應(yīng)的鉆頭加工。對(duì)于攻螺紋要根據(jù)螺紋孔的大小而定，對(duì)于6mm以下的螺紋，不宜在加工中心攻螺紋，應(yīng)該在加工中心加工完底孔后應(yīng)用其他手段完成攻螺紋加工。因?yàn)楣ヂ菁y不能隨機(jī)控制加工狀態(tài)，小直徑的絲錐很容易折斷。對(duì)于6mm-25mm的螺紋可在加工中心進(jìn)行攻螺紋加工。對(duì)于25mm以上的螺紋，可以采用鏜刀片鏜削加工。 由于變速箱箱體的形狀比較復(fù)雜，加工時(shí)需要多次裝夾才能完成對(duì)

56、工件的加工內(nèi)容，本次變速箱體加工綜合考慮加工精度和經(jīng)濟(jì)性，采用了數(shù)控加工中心加工。3.2.7 刀具材料的選擇及參數(shù)確定（1）刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料的選擇對(duì)刀具壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等的影響很大。刀具切削時(shí)要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)等作用。因此，刀具材料應(yīng)具備如下一些基本性能：1）硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，一般要求在60hrc以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。2）強(qiáng)度和韌性。刀具材料應(yīng)具備較高的強(qiáng)度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動(dòng)，防止刀具脆性斷裂和崩刃。3）耐熱性。刀具材料的耐熱性要好，能承受高的切削溫度，具備良好的抗氧化能力。4）工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。刀具材料應(yīng)具備好的鍛造性能、熱處理性能、焊接性能、磨削加工性能等，而且要追求高的性能價(jià)格比。（2）切削刀具材料與加工對(duì)象的物理性能匹配具有不同物理性能的刀具，如