基于UG的變速箱設計與CAM技術研究畢業(yè)論文

摘要現(xiàn)今，機械行業(yè)廣泛采用CAD/CAM技術，并通過數(shù)控機床進行加工，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)和制造周期，提高了產(chǎn)品的技術含量，降低了成本。本論文中詳細的闡述了變速箱的三維建模和數(shù)控編程過程，應用UG實現(xiàn)了零件的三維建模，在UG環(huán)境中進行了數(shù)控仿真加工，并生成了NC仿真加工程序。論文共分四個部分，在第一部分簡單的介紹了CAD/CAM技術；第二部詳細介紹了基于UG的三維實體建模；第三部分詳細介紹了基于UG的數(shù)控加工技術；第四部分講述了經(jīng)濟性分析。本課題通過對變速箱箱體零件設計加工過程的分析，以UG軟件為基礎，對變速箱箱體進行了設計，并對其進行了加工工藝分析，同時運用UG軟件對其進行了數(shù)控加工，實現(xiàn)了從設計到生產(chǎn)的一體化，對實際生產(chǎn)有一定的指導意義。關鍵詞：CAD/CAM；變速箱；三維建模；數(shù)控加工；仿真模擬；NC代碼GearboxdesignbasedonUGandCAMtechnologyAbstractAtpresent，themachineryindustrywidelyusedCAD/CAMtechnologyandthenumericalcontrolmachinetoolformachiningthroughtheprocess,greatlyreducingtheproductdevelopmentandmanufacturingcycle,improvingthetechnologyofproducts,andtoreducethecost.Paperdescribesindetailthetransmissionofthree-dimensionalmodelingandnumericalcontrolprogramming.TheapplicationofUGrealizesthree-dimensionalmodelingofpartsinUGCNCsimulationenvironmentfortheconductoftheprocess,andgeneratestheNCmachiningsimulationprogram.Thesisisdividedintofiveparts.InthefirstpartintroducesCAD/CAMbriefly;Thesecondsectiondetailsthethree-dimensionalsolidmodeling;ThethirdsectiondetailsbasedonUGCNCmachiningtechnology;Thefourthsectiondescribestheeconomicanalysis.ThistopicthroughpartsofgearboxdesignprocessanalysistoUGsoftwarebasedonthetransmissionboxwasdesigned,anditsanalysisofthemachiningprocess,whiletheuseofUGsoftwarefromCNCprocessingtoachievetheintegrationfromdesigntoproduction,actualproductionhassomesignificance.Keywords:CAD/CAM;gearbox;three-dimensionalmodeling;CNCMachining;Processingsimulation;NCcode;目錄TOC\o"1-3"\h\u326601CAD/CAM技術在產(chǎn)品制造中的應用1136851.1CAD/CAM技術概述1206941.1.1CAD/CAM技術的基本概念1304291.1.2CAD/CAM技術的發(fā)展歷程2201541.1.3CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢446031.1.4CAD/CAM技術開發(fā)熱點5116761.2CAD/CAM技術的應用563281.3UG軟件介紹748241.3.1UGNX系統(tǒng)簡介7209401.3.2UG的發(fā)展現(xiàn)狀、應用與其發(fā)展前景9117501.4本課題研究的主要容10112392基于UG的變速箱實體模型設計1190632.1NX建模的基本概念11120502.2NX建模流程1185772.2.1原創(chuàng)產(chǎn)品設計1115512.2.2圖紙造型12287392.2.3逆向工程13183702.3設計思想1396932.3.1草圖的優(yōu)化設計14104812.3.2合理應用特征建立零件實體模型1497192.4基于UG對變速箱進行實體建模14165942.5二維工程圖紙2931822.5.1創(chuàng)建新圖紙2980022.5.2導入模型視圖30264272.5.3添加圖紙格式32106622.5.4添加尺寸34823基于UG的零件數(shù)控加工技術3470943.1數(shù)控加工技術的主要容34163153.1.1數(shù)控銑削加工技術的工藝適應性35132593.2數(shù)控加工工藝分析36120843.2.1數(shù)控加工工藝概念3636793.2.2數(shù)控機床的選用36133383.2.3被加工零件的結(jié)構材料分析3648393.2.4零件的加工工序方案制定37310883.2.5數(shù)控加工中心的工藝適應性3992693.2.6零件的加工方案4049193.2.7刀具材料的選擇與參數(shù)確定4163843.2.8切削液的選擇42280243.2.9切削液的選取43258463.2.10工件的定位與加緊44278233.2.11切削用量的確定46252453.2.12數(shù)控加工工藝與安排4747263.3UG數(shù)控加工49253923.3.1進入UGCAM加工模塊49206433.3.2毛坯的導入50102663.3.3對變速箱進行數(shù)控程序編制51179713.3.4數(shù)控加工演示63129553.3.5后處理65155474經(jīng)濟性分析6715364.1概述67128554.2變速箱箱體設計制造的經(jīng)濟性分析676317參考文獻6823146致691CAD/CAM技術在產(chǎn)品制造中的應用1.1CAD/CAM技術概述CAD/CAM（計算機輔助設計與計算機輔助制造）技術產(chǎn)生于20世紀50年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計算機軟硬件技術和計算機圖形學技術的發(fā)展而迅速成長起來。1989年美國國家工程科學院將CAD/CAM技術評為當代（1964~1989）十項杰出的工程技術成就之一。CAD/CAM技術是制造工程技術與計算機技術緊密結(jié)合、相互滲透而發(fā)展起來的一項綜合性應用技術，具有知識密集、學科交叉、綜合性強、應用圍廣等特點。CAD/CAM技術是先進制造技術的重要組成部分它的發(fā)展和應用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計、制造容和工作方式等都發(fā)生了根本性的變化。CAD/CAM技術已經(jīng)成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化水平的重要標志之一。50多年來CAD/CAM技術有了飛速的發(fā)展，CAD/CAM的應用迅速普與。CAD/CAM技術的應用已迅速從軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴展，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術領域的應用向日用家電，輕工產(chǎn)品的設計和制造中普與。1.1.1CAD/CAM技術的基本概念CAD即計算機輔助設計(ComputerAidedDesign)利用計算機與其圖形設備幫助設計人員進行設計工作,簡稱CAD。在工程和產(chǎn)品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。CAM(ComputerAidedManufacturing，計算機輔助制造)：利用計算機來進行生產(chǎn)設備管理控制和操作的過程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。CAM(ComputerAidedManufacturing，計算機輔助制造)的核心是計算機數(shù)值控制是將計算機應用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952年美國麻省理工學院首先研制成數(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控制機床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機床，包括稱為“加工中心”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成銑、鉆、鉸、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，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多的人工，而且容易出錯，最早的CAM便是計算機輔助加工零件編程工作。CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動化兩方面的功能。CAM所涉與的圍，包括計算機數(shù)控，計算機輔助過程設計。1.1.2CAD/CAM技術的發(fā)展歷程CAD/CAM技術的發(fā)展與計算機圖形學的發(fā)展密切相關，并伴隨著計算機與其外圍設備的發(fā)展而發(fā)展。計算機圖形學中有關圖形處理的理論和方法構成了CAD/CAM技術的重要基礎?？v觀CAD/CAM技術的發(fā)展歷程，主要經(jīng)歷了以下發(fā)展階段：（1）20世紀50年代，計算機主要主要用于科學計算，使用機器語言編程，圖形設備僅具有輸出功能。美國麻省理工學院（MIT）在其研制的旋風I號計算機上采用了陰極射線管（CRT）作為圖形終端，并能被動顯示圖形。其后出現(xiàn)了光筆，開始了交互式計算機圖形學的研究，也為CAD/CAM技術的出現(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，通過數(shù)控程序?qū)α慵M行加工，隨后MIT研制開發(fā)了自動編程語言（APT），通過描述走刀軌跡的方法來實現(xiàn)計算機輔助編程，標志著CAM技術的開端。1956年首次嘗試將現(xiàn)代有限元法用于分析飛機結(jié)構。20世紀50年代末，出現(xiàn)了平板式繪圖儀和滾筒式繪圖儀，開始了計算機繪圖的歷史。此間CAD技術處于醞釀、準備階段。（2）20世紀60年代，這是交互式計算機圖形學發(fā)展的最重要時期。1963年MIT學者I.E.Sutherland發(fā)表了題為“人機對話圖形通訊系統(tǒng)”的博士論文，首次提出了計算機圖形學等術語。由他推出的二維SKETCHPAD系統(tǒng)，允許設計者操作光筆和鍵盤，在圖形顯示器上進行圖形的選擇、定位等交互作業(yè)，對符號和圖形的存儲采用分層的數(shù)據(jù)結(jié)構。這項研究為交互式計算機圖形學與CAD技術奠定了基礎，也標志著CAD技術的誕生。此后，出現(xiàn)了交互式圖形顯示器、鼠標器、磁盤等硬件設備與文件系統(tǒng)和高級語言等軟件。并陸續(xù)出現(xiàn)了許多商品化的CAD系統(tǒng)和設備。例如1964年美國通用汽車公司研制了用于汽車設計的DAC-1系統(tǒng)，1965年美國洛克希德飛機公司開發(fā)了CADAM系統(tǒng)，貝爾公司也推出了GRAPHIC-1系統(tǒng)等。此間CAD技術的應用以二維繪圖為主。再制造領域中，1962研制成功了世界上第一臺機器人，實現(xiàn)物料搬運自動化，1965年產(chǎn)生了計算機數(shù)控機床CNC系統(tǒng)，1966年以后出現(xiàn)了采用通用計算機直接控制多臺數(shù)控機床DNC系統(tǒng)以與英國莫林公司研制的由計算機集中控制的自動化制造系統(tǒng)。20世紀60年代末，挪威開始了CAPP技術的研究，并于1969年正式推出第一個CAPP系統(tǒng)AutoPros。（3）20世紀70年代計算機圖形學理論與計算機繪圖技術日趨成熟，并得到了廣泛應用。這期間，硬件的性能價格比不斷提高；圖形輸入板、大容量的磁盤存儲器等相應出現(xiàn)；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等軟件得以應用；以小型、超小型計算機為主機的CAD/CAM系統(tǒng)進入市場并形成主流，這些系統(tǒng)的特點是硬件和軟件配套齊全、價格便宜、使用方便，形成所謂的交鑰匙系統(tǒng)（TurnkeySystem）。同時，三維幾何建模軟件也相繼發(fā)展起來，出現(xiàn)了一些面向中小型企業(yè)的CAD/CAM商品化系統(tǒng)，法國達索公司率先開發(fā)出以表面模型為特點的三維曲面建模系統(tǒng)CATIA。20世紀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)了CAPP系統(tǒng)CAM-IAutomatedProcessPlanning。在制造方面，美國辛辛那提公司研制出了一條柔性制造系統(tǒng)（FMS）,將CAD/CAM技術推向了新的階段。這一時期各種計算機輔助技術的功能模塊已經(jīng)基本形成，但數(shù)據(jù)結(jié)構尚不統(tǒng)一，集成性差，應用主要集中在二維繪圖、三維線框建模與有限元分析方面。（4）20世紀80年代，CAD/CAM技術與其應用系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。這期間，出現(xiàn)了微型計算機和32位字長工作站，同時，計算機硬件成本大幅下降，計算機外圍設備已逐漸形成系列產(chǎn)品，網(wǎng)絡技術也得到應用；CAD與CAM相結(jié)合，形成了CAD/CAM集成技術，導致了新理論、新算法的大量涌現(xiàn)。在軟件方面，不僅實現(xiàn)了工程和產(chǎn)品的設計計算和繪圖，而且還實現(xiàn)了工程造型、自由曲面設計、機構分析與仿真等工程應用，特別是實體建模、特征建模、參數(shù)化設計等理論的發(fā)展和應用，推動CAD技術由表面模型到實體建模，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，相繼推出了有關標準（如CGI、GKS、IGES與STEP等）。20世紀80年代后期，人們認識到計算機集成制造（CIM）的重要性，開始強調(diào)信息集成，出現(xiàn)了CIMS，將CAD/CAM技術推向了更高的層次。（5）20世紀90年代以來，CAD/CAM技術更加強調(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，CAD建模技術日益完善，出現(xiàn)了許多成熟的CAD/CAE/CAM集成化的商業(yè)軟件，如采用變量化技術的I-DEAS，應用復合建模技術的UG等。隨著世界市場的多變與激烈競爭，隨著各種先進設計理論和先進制造模式的發(fā)展，隨著高檔微機、操作系統(tǒng)和編程軟件的發(fā)展，隨著網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，CAD/CAM技術正在經(jīng)歷著前所未有的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)，正在向集成化、網(wǎng)絡化、智能化和標準化發(fā)展。1.1.3CAD/CAM技術的發(fā)展趨勢（1）集成化

隨著計算機技術的快速發(fā)展，CAD/CAM系統(tǒng)已經(jīng)從單一簡單的功能發(fā)展模式轉(zhuǎn)變成為復雜綜合的功能集成系統(tǒng)。80年代以來，計算機集成制造(CIM：ComputerIntegratedManufacturing)技術已成為制造工業(yè)應用計算機技術的主要發(fā)展方向。利用CIM技術建立的計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)，將制造工廠的產(chǎn)品設計、加工制造和經(jīng)營管理等項活動集成起來，其目的是在計算機輔助下，利用最小的制造和管理資源，最優(yōu)地實現(xiàn)企業(yè)的發(fā)展目標，獲得最大的總體效益。（2）微型化CAD/CAM正轉(zhuǎn)向采用超級微型計算機。32位超級微型計算機在單機功能上將達到小型機和中型機的水平，多CPU并行處理時的功能將達到大型機的水平。以超級微機為基礎的CAD/CAM系統(tǒng)不斷增多，功能也在不斷擴大。（3）網(wǎng)絡化伴隨著網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展和廣泛應用，微型計算機CAD/CAM系統(tǒng)發(fā)展的一條主要途徑是網(wǎng)絡化。由于微型機價格低廉，功能較強，可將多臺微機工作站連成分布式CAD/CAM系統(tǒng)。目前，基于網(wǎng)絡化的CAD/CAM技術，需要在能夠提供基于網(wǎng)絡完善的協(xié)同設計環(huán)境和提供網(wǎng)上多種CAD應用服務等方面提高水平。（4）智能化設汁制造中全盤自動化固然理想，但在今天還只能是一個追求的目標，近期難以實現(xiàn)。人工智能技術是通向設計制造自動化的重要途徑。近年來，人工智能的應用主要集中在引入知識工程，發(fā)展專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)的發(fā)展可擴大CAD/CAM的功能．有利于創(chuàng)造更高級的CAD/CAM系統(tǒng)。專家系統(tǒng)具有邏輯推理和決策判斷能力，它將許多事實和有關專業(yè)的經(jīng)驗、準則結(jié)合在一起，應用這些事實和啟發(fā)規(guī)則，根據(jù)設計目標不斷縮小搜索的圍，使問題得到解決，專家系統(tǒng)是當前研究相當活躍的一個課題。（5）并行工程并行工程（ConcurrentEngineering）是隨著CAD/CIMS技術發(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計產(chǎn)品與其開發(fā)的過程。他要求產(chǎn)品開發(fā)人員在產(chǎn)品設計階段就考慮產(chǎn)品整個生命周期的所有要求，包括成本，質(zhì)量，進度用戶要求等，以便更大限度的提高產(chǎn)品開發(fā)效率與一次成功率。并行工程的關鍵是用并行設計方法代替串行設計方法，把串行方法息流向的單向性變成雙向的。隨著市場競爭的日益激烈，并行工程勢必引起越來越多的重視，但其實施也絕非一朝一夕的事情，目前應為并行工程的實施創(chuàng)造條件和環(huán)境。（6）標準化隨著CAD/CAM技術的發(fā)展和應用，工業(yè)標準化問題日益越來越顯得重要。目前已制定了一系列相關標準，如面向圖形設備的標準計算機圖形接口（CGI）、面向圖形應用軟件的標準GKS和PHIGS、面向不同CAD/CAM系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準IGES和STEP，此外還有窗口標準以與最新頒布的《CAD文件管理》、《CAD電子文件應用光盤存儲與檔案管理要求》等標準。這些標準規(guī)了CAD/CAM技術的應用與發(fā)展。CAD/CAM系統(tǒng)的集成一般建立在異構的工作臺之上，為了支持異構跨平臺的環(huán)境，要求CAD/CAM系統(tǒng)必須是開放的系統(tǒng)，必須采用標準化技術。完善的標準化體系是我國CAD/CAM軟件開發(fā)幾技術應用與世界接軌的必由之路。1.1.4CAD/CAM技術開發(fā)熱點（1）基于知識工程的CAD技術知識工程(KnowledgeBasedEngineering簡稱KBE)的實質(zhì)是知識捕捉和知識重用。知識工程的最終表現(xiàn)形式是過程引導，在使用KBE時首先進行工程配置再定義工程規(guī)則，最后實現(xiàn)產(chǎn)品建模。以最快的速度開發(fā)出高知識含量的優(yōu)質(zhì)的新產(chǎn)品，這正是知識工程要解決的問題。知識工程的應用是制造業(yè)的CAD技術的一個質(zhì)的飛躍。（2）三維超變量化技術超變量化幾何技術是CAD建模技術發(fā)展的里程碑，他在變量化技術基礎上充分利用了形狀約束和尺寸約束分開處理以與全約束的靈活性，讓設計者針對一個完整的三維產(chǎn)品數(shù)字模型，從建模到約束都可以直接以拖動方式實時的進行圖形化的編輯操作。因此，VGX技術被業(yè)界稱為21世紀CAD領域具有革命性突破的新技術。1.2CAD/CAM技術的應用（1）我國的CAD/CAM技術我國CAD/CAM技術的研發(fā)始于20世紀70年代，當時主要集中在少數(shù)高校與航空領域等極小圍。80年代初，開始成套引進CAD/CAM系統(tǒng)，并在此基礎上進行開發(fā)和應用；同時國家在CAD/CAM技術應用開發(fā)方面實施重點投資，支持對國民經(jīng)濟有影響的重點機械產(chǎn)品CAD進行開發(fā)和研制，取得了一些成果，為我國CAD/CAM技術的發(fā)展奠定了基礎。通過近30多年堅持不懈的努力，我國CAD/CAM技術在理論與算法研究、硬件設備生產(chǎn)、支撐軟件的開發(fā)與商品化、專業(yè)應用軟件的研制與應用，以與在人才培養(yǎng)與技術普與等方面均取得了豐碩的成果。近年來，我國CAD/CAM技術發(fā)展迅速，應用日趨成熟，圍不斷拓寬，水平不斷提高，應用領域幾乎滲透到所有制造工程領域，尤其機械、電子、建筑、造船、輕工業(yè)等行業(yè)在CAD/CAM技術開發(fā)應用上有了一定規(guī)模，取得了顯著成效。我國已自行開發(fā)了大量實用的CAD/CAM軟件，國計算機生產(chǎn)廠家已能夠為CAD/CAM系統(tǒng)提供良好的計算機和工程工作站。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技術并初見成效；一些企業(yè)已著手建立以實現(xiàn)制造過程信息集成為目標的企業(yè)級CIMS系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)集成、信息共享。盡管我國CAD/CAM技術的應用已取得了巨大成就，但與發(fā)達國家相比仍有巨大差距。隨著CAD/CAM技術應用的日益深入，我國制造企業(yè)在今后一段時間將面臨的問題是：如何將CAD技術由二維繪圖向三維建模發(fā)展，進一步提高設計效率；怎樣充分發(fā)揮CAE技術的作用，提升產(chǎn)品的競爭力；如何盡快將CAM/CAPP技術應用于數(shù)控編程與工藝設計上，提高數(shù)控設備的應用水平，提高工藝設計與工藝管理的計算機應用水平；如何在現(xiàn)有計算機輔助單元技術應用的基礎上，提高CAD/CAM應用的集成化程度；如何在將來把CAD/CAM系統(tǒng)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，形成企業(yè)級信息集成管理系統(tǒng)；面對先進設計理論和先進制造模式的發(fā)展，怎樣抓緊時機迎接新的機遇與挑戰(zhàn)等。這些都需要在今后的工作中不斷的探索和研究CAD/CAM領域先進技術、不斷地吸收與應用CAD/CAM領域的最新成果。綜觀先進制造技術的發(fā)展，可以看到，未來的制造是基于集成化和智能化的敏捷制造和“全球化”、“網(wǎng)絡化”制造，未來的產(chǎn)品是基于信息和知識的產(chǎn)品。CAD/CAM技術是當前科技領域的前沿課題，它的發(fā)展和應用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計方法與生產(chǎn)模式發(fā)生了深刻的變化，從而帶動制造業(yè)技術的快速發(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要求、工藝要求，將零件加工的工藝順序、工序的工步安排、刀具相對于工件運動的軌跡與方向、工藝參數(shù)與輔助動作等，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)的整個過程。用數(shù)控機床來加工零件，加工前必須按要求編寫零件加工程序，加工過程中機床按零件加工程序自己完成加工任務。數(shù)控機床編程是數(shù)控加工的基礎。數(shù)控編程就是用特定的符號和規(guī)定的語法規(guī)則書寫的機床數(shù)控系統(tǒng)能夠識別的計算機程序，該程序指揮機床的不同部分按一定的動作順序、運動軌跡(包括速度、加速度)、主軸轉(zhuǎn)速等進行工件的切削加工工件。數(shù)控機床編程前要對所加工零件進行工藝分析并作必要的數(shù)值計算，然后按所使用的數(shù)控系統(tǒng)和機床廠家提供的編程手冊要求編寫零件加工程序。編寫好的復雜零件加工程序還要進行仿真、試切等調(diào)試工作，才能用于零件的加工。由此可見，數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本一樣，但數(shù)控加工的整個過程是自動進行的，因而又有其獨有特點。數(shù)控編程是數(shù)控加工準備階段的主要容之一，通常包括分析零件圖樣、確定加工工藝過程、計算走刀軌跡、得出刀位數(shù)據(jù)、編寫數(shù)控加工程序、制作控制介質(zhì)、校對程序與首件試切。有手工編程和自動編程兩種方法?？傊?，它是從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程。1.3UG軟件介紹1.3.1UGNX系統(tǒng)簡介（1）UG的發(fā)展歷史Unigraphics(簡稱UG)是集CAD\CAE\CAM于一體的三維參數(shù)化軟件，包含計算機輔助工業(yè)設計、知識驅(qū)動自動化、數(shù)據(jù)交換和其他特殊應用等功能。從20世紀70年代以來，UG的開發(fā)經(jīng)歷了基于圖紙（1974年）、基于特征（1988年）、基于過程（1995年）和基于知識（2000年）的發(fā)展階段，功能不斷地得到擴展，在CAD\CAE\CAM\PLM等領域占有的市場份額不斷擴大，具有獨領風騷之勢。UGNX基于Windows平臺，是當今世界上最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件之一，廣泛應用于航空、汽車、造船、通用機械、模具和家電等領域。（2）UG系統(tǒng)的特點UGNX軟件具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設計功能，而且可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析、提高了產(chǎn)品設計的可靠性。同時，可用三維模型直接生成數(shù)控代碼進行加工制造，其后處理程序支持多種類型的數(shù)控機床。另外，它可應用多種語言進行二次開發(fā)。該軟件具有以下特點：①集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。②產(chǎn)品設計相關性與并行協(xié)作。③基于知識的工程管理。④設計的客戶化。⑤采用復雜的復合建模技術，可將各種建模技術融為一體，支持多實體，支持參數(shù)化與非參數(shù)化。⑥用基于特征的參數(shù)驅(qū)動建模和編輯方法作為實體造型基礎。⑦便捷的復雜曲面設計能力。⑧強大的工程圖功能，增強了繪制工程圖的實用性。⑨提供了豐富的二次開發(fā)工具。（3）UGNX常用的應用模塊UGNX系統(tǒng)常用的應用模塊有以下幾種：①基本環(huán)境（Gateway）：提供了所有應用模塊所共有的常規(guī)工具，是必須安裝的模塊，它為其他應用模塊提供支持。②建模模塊（Moldeling）：提供了設計產(chǎn)品幾何結(jié)構的工具。③制圖模塊（Drafting）：提供了創(chuàng)建和維護設計模型圖紙的工具。④裝配模塊（Assembling）：提供了構造部件裝配的工具。⑤NX鈑金（NXSheetMetal）：提供了設計直形制動器鈑金部件的工具。⑥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）UGNX6.0的新增功能本次設計我所使用的是UGNX6.0版本，NX6.0極提高了我們的生產(chǎn)力。建立在新的同步建模技術基礎之上的UGNX6.0的新功能在各個應用模塊中都有體現(xiàn)，下面僅列舉部分新功能。①NX6.0整個系統(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性結(jié)合在一起。b.屏幕實際使用面積的最大化利用增加了對設計工作的關注。c.實時著色。②NX6.0工程過程管理a.Teamcenter項目支持b.4層客戶機支持c.支持重用方案d.Geolus集成為了提高進行特別形狀搜索的功能，NX6.0以嵌入式訪問為特征，能夠搜索可能存在的任何Geolus數(shù)據(jù)庫。該搜索可以基于幾何結(jié)構特征，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，這些基本幾何結(jié)構形成形狀搜索功能的基礎。Geolus搜索結(jié)果可以包括NX零件、JT數(shù)據(jù)或者來自其他系統(tǒng)（比如，SolidWorks和CATIA）的數(shù)據(jù)。③NX6.0工業(yè)設計和造型a.在創(chuàng)建自由形狀的時候進行立即反饋b.利用小平面幾何結(jié)構進行逆向工程的速度更快c.為設計人員定制的用戶界面d.更快、更簡單的幾何機構分析e.更快的可視化④NX設計a.由同步建模技術驅(qū)動的無約束設計b.對幾何結(jié)構編輯的立即反饋c.提示性選擇在需要的時候為設計添加智能d.三維尺寸驅(qū)動的編輯e.剪貼簿建模d.同步化（無歷史記錄模式）e.替換助手⑤NX6.0的裝配設計a.在處理NX裝配時的生產(chǎn)力提高b.動態(tài)剖切改進了裝配評審過程⑥NX6.0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.更好的模型動態(tài)交互操作d.自動化孔表1.3.2UG的發(fā)展現(xiàn)狀、應用與其發(fā)展前景近年來，UG機械設計軟件被廣泛應用于家電生產(chǎn)企業(yè)、汽車配件的生產(chǎn)企業(yè)、汽車發(fā)動機的生產(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機械設計軟件之一，該軟件自開發(fā)以來，憑借強大的功能、易學性和易用性廣受設計師們的好評。UG使企業(yè)在產(chǎn)品設計中更加直觀，更容易檢查設計中的錯誤以與不足。UG機械設計軟件還具有無與倫比的性能和價值，它是技術創(chuàng)新領域的先驅(qū)，并且還擁有最大的用戶群。沒有其他CAD系統(tǒng)可以像UG那樣幫助我們快速準確地完成產(chǎn)品設計工作。目前，在計算機三維機械設計軟件市場中，UG屬于主流的設計軟件，在全球的銷量已達到幾十萬套，位于3DCAD軟件銷售榜首，遠遠地領先于其它同類產(chǎn)品。UG易學易用的特點使它成為大部分設計人員與從業(yè)者的首選設計軟件，成為工程應用的通用CAD平臺。隨著CAD/CAM軟件加工與快速成型等先進制造技術的不斷發(fā)展，以與這些技術在模具行業(yè)中的普與應用，模具設計與制造領域正發(fā)生著一場深刻的技術革命，傳統(tǒng)的二維設計與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。在這場技術革命中，逐步掌握三維CAD/CAM軟件的使用，并用于模具的數(shù)字化設計與制造是其中的關鍵。我國模具工業(yè)發(fā)展前景非常廣闊。國外模具與模具加工設備廠商己普遍看好中國市場。隨著對模具設計質(zhì)量與制造要求的不斷提高，以與CAD/CAM技術在模具制造業(yè)中的大規(guī)模推廣應用，急需大批熟悉CAD/CAM技術應用的模具設計與制造的技術人才1.4本課題研究的主要容本課題的主要任務是對變速箱進行設計并運用UG對變速箱實體建模，在UG軟件中加工仿真，以達到CAD/CAM技術的研究目的。CAD/CAM技術已經(jīng)發(fā)展成為比較成熟的一項技術，而UG作為一款強大的3D建模軟件自然會在此技術中得到廣泛應用。本設計通過對變速箱的建模和工藝分析，在UG軟件中進行仿真加工，在仿真加工中要對各項工序進行加工參數(shù)設置，刀具路徑生成與刀具路徑檢驗，最后還要進行后置處理，將計算出的刀軌依照規(guī)定的標準格式轉(zhuǎn)化為NC代碼并輸出保存。本課題實現(xiàn)了零件的三維實體建模與數(shù)控編程，對實際生產(chǎn)會有一定的指導意義。具體實現(xiàn)方案為：（1）變速箱的設計和數(shù)控加工程序編制的技術現(xiàn)狀分析。（2）運用UG軟件對變速箱進行三維實體建模。（3）運用UG進行仿真加工，生成NC代碼。2基于UG的變速箱實體模型設計2.1NX建模的基本概念NX建模應用模塊提供了一個實體建模系統(tǒng)，可以進行快速的概念設計。用戶可以交互式的創(chuàng)建并編輯復雜的、實際的實體模型。可以通過直接編輯實體尺寸的方法或使用其他構造技術對實體進行更改和更新。2.2NX建模流程建模造型有三種類型：一是原創(chuàng)產(chǎn)品設計；二是根據(jù)已有二維圖紙建立模型，即所謂的圖紙造型；三是逆向工程，即點測繪造型。2.2.1原創(chuàng)產(chǎn)品設計原創(chuàng)產(chǎn)品設計流程如圖2.1所示：草圖曲線草圖曲線成型特征線結(jié)構實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)品設計流程2.2.2圖紙造型圖紙造型的流程圖如圖2.2所示：二維圖dwg或dxf二維圖dwg或dxf分析處理導入UG二維曲線編輯、轉(zhuǎn)換曲面特征曲面模型識圖分析特征繪制曲線二維圖無電子檔繪制草圖三維線架構成型特征實體圖2.2圖紙造型的流程2.2.3逆向工程逆向工程流程如圖2.3所示：測繪點測繪點導入UG由點構面由點構線線構架曲面模型曲面工具曲面特征實體模型圖2.3逆向工程流程2.3設計思想所謂的設計思想就是在建模之前做的計劃，是產(chǎn)品設計的第一步。它的合理性直接影響以后的建模修改和后續(xù)工作。所以設計思想是我們建模的前提，我們要從以下幾點來優(yōu)化我們的設計思想。2.3.1草圖的優(yōu)化設計草圖是位于指定平面上的曲線和點所組成的一個特征，由草圖平面、草圖坐標系、草圖曲線和草圖約束組成，一般作為三維實體模型的基礎。繪制草圖時可先繪制輪廓曲線，再添加幾何約束。建立草圖幾何約束時應注意：（1）添加幾何約束線，應先固定某個草圖對象；（2）盡量按設計意圖添加充分的幾何約束；（3）當遇到要頻繁更改尺寸時，應按設計意圖添加少量約束，以提高修改效率。2.3.2合理應用特征建立零件實體模型建立一個零件的實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。所以我們在建模時一定要安排好特征的順序，想好先實現(xiàn)哪一個特征，是先建立凸臺還是先挖孔等等，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3.1數(shù)控加工技術的主要容數(shù)控加工泛指在數(shù)控機床上進行零件加工的工藝過程。數(shù)控機床是一種按照輸入的數(shù)字程序信息進行自動加工的機床。數(shù)控加工技術是指高效、優(yōu)質(zhì)地實現(xiàn)產(chǎn)品零件特別是復雜形狀零件加工的有關理論、方法與現(xiàn)實的技術，它是自動化、柔性化、敏捷化和數(shù)字化制造加工的基礎與關鍵技術。一般來說，數(shù)控加工技術涉與數(shù)控加工供應和數(shù)控編程技術進行加工的全過程。數(shù)控加工作為機械制造業(yè)中先進生產(chǎn)力的代表，經(jīng)過十余年的引進與發(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。它推動了企業(yè)的技術進步和經(jīng)濟效益的增長。但是由于多方面原因，國不同行業(yè)在應用數(shù)控加工方面表現(xiàn)的差距較大。一方面由于機床刀具軟硬件配置等方面的原因，尤其是多坐標控制聯(lián)動的高速銑削機床，進口設備由于其成本很高，企業(yè)不得不考慮其投資效益問題。另一方面多坐標聯(lián)動高速銑削的CAM軟件選型、應用編程與開發(fā)方面，需要一個長時期的技術積累才能趕上國外先進水平，尤其是對于人員的技術水平要求較高的CAM軟件應用編程開發(fā)方面表現(xiàn)更為明顯。在我的畢業(yè)設計當中，用到的數(shù)控加工技術主要有：了解數(shù)控加工的適用條件和適應圍；能從二維工程圖紙和三維實體模型中分析出零件的主要數(shù)控加工區(qū)域和重難點加工區(qū)域；通過對圖紙的初步分析，能夠比較合理的構思出零件的加工順序；掌握一門優(yōu)秀的CAM軟件，將數(shù)控技術與CAM軟件結(jié)合起來，進行數(shù)控加工模擬；對數(shù)控加工中的一些關鍵技術要掌握。3.1.1數(shù)控銑削加工技術的工藝適應性根據(jù)數(shù)控加工的優(yōu)缺點與國外大量應用實踐，一般可按工藝適應程度將零件分為下列3類：（1）最適應類①形狀復雜，加工精度要求高，用通用加工設備無法加工或雖然能加工但很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的零件；②用數(shù)學模型描述的復雜曲線或曲面輪廓零件；③具有難測量、難控制進給、難控制尺寸的不開敞腔的殼體或盒型零件；④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）較適應類①在通用機床上加工時易受人為因素干擾，零件價值又高，一旦質(zhì)量失控便造成重大經(jīng)濟損失的零件；②在通用機床上加工需要制造復雜的專用工裝的零件；③需要多次更改設計后才能定型的零件；④在通用機床上加工需要做長時間調(diào)整的零件；⑤用通用機床加工時，生產(chǎn)率很低或體力勞動強度很大的零件。（3）不適應類①生產(chǎn)批量大的零件（當然不排除其中個別工序用數(shù)控機床加工）；②裝夾困難或完全靠找正定位來保證加工精度的零件；③加工余量很不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上無在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐標位置的零件；④必須用特定的工藝設備協(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，簡單說就是用數(shù)控機床加工零件的工藝。它是從毛坯設計到機床工具選擇到數(shù)控加工編程到加工仿真與優(yōu)化到生成NC程序到最后進行加工的過程。3.2.2數(shù)控機床的選用（1）數(shù)控機床規(guī)格的選用數(shù)控機床的選擇應根據(jù)要加工零件進行選用。主要規(guī)格就是幾個數(shù)控坐標的行程圍和主軸電動機與進給電動機的功率。本課題加工的工件為630*512*160的變速箱體，所以選取工作臺尺寸為700*700的加工中心，以便于安裝夾具，定位工件。（2）選擇機床的精度等級，要根據(jù)零件關鍵部位加工精度的要求來定。機床的加工精度項目很多（如單軸定位精度，單軸重復定位精度，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級精度零件，精密型加工中心可以批量加工出6-7級精度的零件。需要指出的是，要想獲得合格的加工零件，選取適用的機床設備只解決了問題的一半，另一半必須采取工藝措施來解決。本課題的變速箱箱體要求最高精度為5級（箱體上有要與D級軸承配合的孔），所以要選用精密型加工中心的機床。3.2.3被加工零件的結(jié)構材料分析（1）變速箱體結(jié)構分析它的主要結(jié)構是由凸臺，軸孔，螺紋孔組成。箱體的開口面上的十個M6螺紋孔和兩個M10螺紋孔主要用于固定箱體。箱體底面有一個M16的漏油孔。箱體有耳面有兩個直徑80mm和五個直徑62mm的軸孔還有一個直徑28mm的軸孔都用于放置軸承，各個軸孔分別存在凸臺，凸臺上打有螺紋孔，用于固定軸承端蓋。無耳面大體與有耳面一樣，不再贅述。（2）變速箱體材料分析由于變速箱在生產(chǎn)過程中要在數(shù)控機床上加工，可能要承受較大的載荷，在滿足材料的硬度，強度，剛度等加工條件前提下，又出于經(jīng)濟性的考慮，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單介紹：我們這里所說的鑄鋼指一般工程用的鑄造碳鋼。鑄造碳鋼牌號選擇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械零件最常選用的材料之一。3.2.4零件的加工工序方案制定在數(shù)控機床加工零件，工序應盡量集中，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）按加工容制定工序方案對于加工容多的零件，按零件結(jié)構特征將加工容分成若干部分，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于容易引起加工變形的零件，通常粗加工后需要進行矯形，這時粗加工精加工作為兩道工序，即先粗加工再精加工，可用不同的機床和不同的刀具進行加工。為了便于分析和表達較復雜的工序，在工序又分為工步，工步的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，對于按粗加工，半精加工，精加工依次完成，整個加工按先粗后精分開進行。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)量問題，應采用分工步校驗，而不是加工完整個工序后再校驗。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（無耳面）有耳面加工05開粗05.01粗銑削耳面05.02粗銑削凸臺面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精銑削凸臺面10.03精銑削耳部下端10.04精銑削耳部下端曲面10.05精鏜軸孔15鉆削φ5的螺紋底孔20鉆削φ6.8的螺紋底孔25攻M6的螺紋30攻M8的螺紋35倒角無耳面加工40開粗40.01粗銑削凸臺面40.02粗鏜軸孔45光刀45.01精銑削凸臺面45.02精鏜軸孔50鉆削φ5的螺紋底孔55鉆削φ6.8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90精銑漏油孔凸臺本方案的優(yōu)點：充分利用數(shù)控加工中心，實現(xiàn)了銑刀，鏜刀，鉆頭，螺紋刀等多種刀具的自動換刀，實現(xiàn)了單面加工的全自動。粗加工無耳面凸臺作為有耳面凸臺加工的基準面比較完善。本方案的缺點：未實現(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雜，我們沒能在數(shù)控加工中心一次裝夾完成加工任務，是本次設計的不足，如有充分時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容一次裝夾即可完成。3.2.5數(shù)控加工中心的工藝適應性加工中心(ComputerizedNumericalControlMachine)簡稱CNC，是由機械設備與數(shù)控系統(tǒng)組成的使用于加工復雜形狀工件的高效率自動化機床。加工中心又叫電腦鑼。加工中心備有刀庫，具有自動換刀功能，是對工件一次裝夾后進行多工序加工的數(shù)控機床。加工中心是高度機電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同工序自動選擇、更換刀具、自動對刀、自動改變主軸轉(zhuǎn)速、進給量等，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間、測量和機床調(diào)整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟效果。如圖3.2是一立式加工中心的基本結(jié)構。工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡與其他輔助機能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。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換刀，減少了工件的裝夾、測量和機床調(diào)整等時間，使機床的切削時間達到機床開動時間的80％左右(普通機床僅為15～20％)；同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟效果。加工中心適用于零件形狀比較復雜、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）凸臺的加工凸臺的加工主要是凸臺面的加工，這里我們要求尺寸精度為IT7。查資料可知：經(jīng)過粗銑的平面可達IT12-IT14，經(jīng)過精銑的平面可達IT7~IT9，所以我們選擇銑平面即可達到加工要求。（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級軸承配合，要求達到的尺寸精度為IT5，而精銑尺寸精度最多可達IT7，所以這里不能簡單的應用銑削加工。查資料可知：磨削和金剛石鏜可以達到尺寸精度IT5，而這里我們兩個大面的孔還有同軸度的要求，磨削難以滿足，所以選擇金剛鏜來加工軸孔。（3）螺紋底孔與螺紋加工螺紋底孔的加工可在加工中心用相應的鉆頭加工。對于攻螺紋要根據(jù)螺紋孔的大小而定，對于6mm以下的螺紋，不宜在加工中心攻螺紋，應該在加工中心加工完底孔后應用其他手段完成攻螺紋加工。因為攻螺紋不能隨機控制加工狀態(tài)，小直徑的絲錐很容易折斷。對于6mm-25mm的螺紋可在加工中心進行攻螺紋加工。對于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雜，加工時需要多次裝夾才能完成對工件的加工容，本次變速箱體加工綜合考慮加工精度和經(jīng)濟性，采用了數(shù)控加工中心加工。3.2.7刀具材料的選擇與參數(shù)確定（1）刀具材料應具備的性能刀具材料的選擇對刀具壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等的影響很大。刀具切削時要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動等作用。因此，刀具材料應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）強度和韌性。刀具材料應具備較高的強度和韌性，以便承受切削力、沖擊和振動，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)濟性。刀具材料應具備好的鍛造性能、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格比。（2）切削刀具材料與加工對象的物理性能匹配具有不同物理性能的刀具，如，高導熱和低熔點的高速鋼刀具、高熔點和低熱脹的瓷刀具、高導熱和低熱脹的金剛石刀具等，所適合加工的工件材料有所不同。加工導熱性差的工件時，應采用導熱較好的刀具材料，以使切削熱得以迅速傳出而降低切削溫度。金剛石由于導熱系數(shù)與熱擴散率高，切削熱容易散出，不會產(chǎn)生很大的熱變形，這對尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說尤為重要。1)各種刀具材料的耐熱溫度：金剛石刀具為700～800℃、PCBN刀具為1300～1500℃、瓷刀具為1100～1200℃、TiC(N)基硬質(zhì)合金為900～1100℃、WC基超細晶粒硬質(zhì)合金為800～900℃、HSS為600～700℃。2)各種刀具材料的導熱系數(shù)順序：PCD>PCBN>WC基硬質(zhì)合金>TiC(N)基硬質(zhì)合金>HSS>Si3N4基瓷>A1203基瓷。3)各種刀具材料的熱脹系數(shù)大小順序為：HSS>WC基硬質(zhì)合金>TiC(N)>A1203基瓷>PCBN>Si3N4基瓷>PCD。4)各種刀具材料的抗熱震性大小順序為：HSS>WC基硬質(zhì)合金>Si3N4基瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬質(zhì)合金>A1203基瓷。（3）切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學親和性、化學反應、擴散和溶解等化學性能參數(shù)要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。1)各種刀具材料抗粘接溫度高低（與鋼）為：PCBN>瓷>硬質(zhì)合金>HSS。2)各種刀具材料抗氧化溫度高低為：瓷>PCBN>硬質(zhì)合金>金剛石>HSS。3)各種刀具材料的擴散強度大?。▽︿撹F）為：金剛石>Si3N4基瓷>PCBN>A1203基瓷。擴散強度大小（對鈦）為：A1203基瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金剛石。（4）本課題箱體加工刀具材料的選擇刀具在工作中要承受很大的壓力和沖擊力。同時由于切削時產(chǎn)生的工件材料塑性變形以與在刀具，切屑，工件相互接觸表面產(chǎn)生的強烈摩擦，使刀具切削刃上產(chǎn)生很高的溫度和受到很大的應力。因此切削不同材料選擇不同材料刀具很重要。按材料刀具可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具和涂層刀具。這里我們的箱體為鑄鋼材料，所以加工刀具材料選擇了硬質(zhì)合金。3.2.8切削液的選擇（1）切削液的種類數(shù)控機床常用的切削液有兩大類：1）乳化液：乳化液是把乳化油用90％～98％（質(zhì)量分數(shù)）的水稀釋而成。這類切削液比熱容較大，粘度小，流動性好，可以吸收大量的熱量。使用這類切削液主要是為了冷卻數(shù)控車床刀具和工件，延長刀具壽命，減少熱變形。但因其量是水，所以潤滑和防銹性能較差。2）數(shù)控機床切削油：切削油是由礦物油和少量添加劑組成，其主要成分是礦物油，少數(shù)采用動物油和植物油。這類切削液比熱容較小，粘度較大，流動性差，主要起潤滑作用。（2）切削液的選擇方法切削液選擇的一般原則是：1）根據(jù)加工性質(zhì)選用a）粗加工時，加工余量和切削用量較大，產(chǎn)生大量的切削熱，因而會使刀具磨損加快，這時應選用以冷卻為主的乳化液。b）精加工時，主要為了保證數(shù)控機床工件的精度和表面粗糙度，延長刀具的使用壽命，最好選用切削油或高濃度的乳化液。c）數(shù)控機床鉆削、鉸削時，刀具在半封閉狀態(tài)下工作，排屑困難，切削熱不能迅速傳散，容易使切削刃燒傷并增大工件表面粗糙度。應選用粘度較小的乳化液和切削油，并應加大流量和壓力，一方面進行冷卻、潤滑，另一方面把切屑沖洗出來。2）根據(jù)工件材料選用鋼件粗加工一般用乳化液，精加工用切削油。鑄鐵、銅與鋁等脆性材料，由于切屑碎末會堵塞冷卻系統(tǒng)，容易使機床磨損，所以一般不加切削液。但精加工時為表面粗糙度值，可采用粘度較小的煤油或質(zhì)量分數(shù)較小的乳化液。切削有色金屬和銅合金時，不宜采用含硫的切削液，以免腐蝕工件。切削鎂合金時，不能用切削液，以免燃燒起火，必要時，使用壓縮空氣。（3）使用切削液還必須注意一下幾點：1）乳化液必須用水稀釋（一般加質(zhì)量分數(shù)的水）后才能使用。2）切削液必須澆注在切屑形成區(qū)或刀頭上。3）硬質(zhì)合金刀具因耐熱性好，一般不加切削液，必要時也可采用低濃度的乳化液。但切削液必須從開始切削就連續(xù)充分地澆注，如果斷續(xù)使用，硬質(zhì)合金刀片會因驟冷而產(chǎn)生裂紋。3.2.9切削液的選取切削液的作用有：（1）冷卻作用（2）潤滑作用（3）清洗排屑作用（4）防銹作用考慮到本工件的材料和數(shù)控加工的要求，本零件加工中用到的切削液為普通乳化液。3.2.10工件的定位與加緊定位：工件在機床上加工時，首先要把工件安放在機床工作臺上或夾具中，使它和刀具之間有相對正確的位置，這個過程稱為定位。在討論工件定位的合理性問題時應研究下面兩個主要問題：1、保證滿足工件加工面位置度要求所必須限制的自由度；2、根據(jù)承受的切削力進行夾緊機構的設計。常見的定位失效有①欠定位：根據(jù)工件加工面位置尺寸要求必須限制的自由度沒有得到全部限制或者說約束點不足，這樣的定位稱為欠定位。欠定位是不允許的。②過定位：工件在定位時，同一個自由度被兩個或兩個以上約束點約束，這樣的定位被稱為過定位(或稱定位干涉)。過定位是否允許，應根據(jù)具體情況進行具體分析。常用定位方法與定位元件：（1）工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位。夾具上常用的支承元件有以下幾種：1）固定支承：固定支承有支承釘和支承板兩種形式。2）可調(diào)支承：支承點位置可以調(diào)整的支承稱為可調(diào)支承。3）自位支承（浮動支承）：自位支承在定位過程中，支承本身可以隨工件定位基準面的變化而自動調(diào)整并與之相適應。4）輔助支承：輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，其高度是由工件確定的，因此它不起定位作用，但輔助支承鎖緊后就成為固定支承，能承受切削力。輔助支承的結(jié)構形式很多，圖3.3是其中的3種。在加工箱體類零件時經(jīng)常采用一面兩孔組合(一個大平面與與該平面相垂直的兩個圓孔組合)定位、夾具上相應的定位元件是一面兩銷。為了避免由于過定位而引起的工件安裝時的干涉，兩銷中一個應采用菱形銷。菱形銷的寬度可以通過簡單的幾何關系導出。（2）對夾緊裝置的要求：1）在夾緊過程中能保持工件正確定位；2）夾緊應可靠和適當：夾緊機構要有自鎖作用，保證在加工過程中不產(chǎn)生松動或振動。夾緊工件時，工件不產(chǎn)生變形和表面損傷。3）夾緊裝置應操作方便、省力、安全；4）夾緊裝置的復雜程度和自動化程度應與工件的生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應。結(jié)構設計應力求簡單、緊湊，并盡可能采用標準化元件。夾緊力大小的估算：夾緊力不能過小或過大。夾緊力不足，會使工件在切削過程中產(chǎn)生位移并容易引起振動；夾緊力過大又會造成工件或夾具不應有的變形或表面損傷。夾緊力的大小可根據(jù)作用在工件上的各種力：切削力、工件重力的大小和相互位置方向來具體計算，確定保持工件平衡所需的最小夾緊力；為安全起見將最小夾緊力乘以安全系數(shù)k，可得到所需要的夾緊力。夾具設計時，其夾緊力一般比理論值大2～3倍。本課題中在數(shù)控加工中心用壓板和可調(diào)墊鐵定位夾緊。在加工中心壓板壓在大面上，以另一個大面上的凸臺平面為基準面定位，加工凸臺。3.2.11切削用量的確定切削用量包括切削速度、進給速度和背吃刀量。選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選取切削深度或切削寬度，其次決定進給量，最后決定切削速度。（1）切削深度①在工件表面粗糙度值要求為Ra1.6~12.5um時，可分為粗銑和半精銑兩步進行。粗銑后留0.5mm~1.0mm余量，在半精銑時完成。②在工件表面粗糙度值要求為Ra0.8~3.2um時，可分為粗銑、半精銑和精銑三步完成。半精銑時切削深度取1.5mm~2mm；精銑時切削深度取0.5mm~1mm。（2）切削速度Vc。影響切削速度的因素有很多，其中最主要的是刀具的材質(zhì)。表3-1給出了不同材料刀具的最高切削速率。因為工件的材料為鑄鋼，所以所用刀具的材料全為硬質(zhì)合金，這樣選擇既能滿足技術要求，又符合經(jīng)濟性要求。在粗加工走刀時，刀具可以采用接近40m/min的切削速率。在精加工走刀時，切削速率應該盡量的大，所以在本零件的設計中，精加工采用了接近40m/min的切削速率。確定了刀具的切削速率和刀具的半徑，就可以計算出主軸的轉(zhuǎn)速，其計算公式為：n=（v為線速度，單位為m/min；d為主軸直徑，單位為mm，n表示每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)）（3）進給量進給量有進給速度、每轉(zhuǎn)進給量f和每齒進給量三種表示方法。銑刀轉(zhuǎn)速為n，銑刀齒數(shù)為z.每齒進給量的選取主要取決于工件材料的力學性能、刀具材料和工件表面粗糙度等因素。工件材料的強度和硬度越高，每齒進給量越?。环粗畡t越大。進給速率是