1、中北大学毕 业 设 计箱体类零件三维造型及数控加工程序设计作 者： 宋 金 旺 学院（系）： 中北大学继续教育学院 专 业： 机电一体化 目 录1 绪论11.1 背景简介1 1.2 目的意义21.3 CATIA软件介绍21.4 研究内容及工作流程32 传统箱体工艺特点的分析52.1 零件的作用52.1 零件工艺分析52.3 加工定位基准的选择与确定62.4 加工工序路线的选择与确定72.5 孔系的加工83 数控加工工艺的特点分析93.1 数控加工的特点93.2 数控加工工艺加工阶段的划分103.3 工序划分的原则113.4 工序划分的方法123.5 粗基准的选择133.6 精基准的选择143.
2、7 切削用量的选取一般步骤154 工序安排165 软件操作175.1 三维建模175.2 数控加工22总结39致谢40参考文献41中北大学继续教育学院 2012届毕业论文第 0 页 共 41 页1 绪论1.1 背景简介数控机床是非常高效的自动化加工的设备，它是集成了机、电、液、气、光等高度一体化的产品，它严格的按照编写的加工程序，自动的完成工件加工。在我国，数控机床的推广使用已经将近有二十年的历史，而目前的主要情况却是，数控机床主要还是集中在单机使用上。现代数控机床作为机电一体化的典型产品，是最新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。数控加工是根据零件图样及工艺要求等原始条件编制数控加
3、工程序，并输入数控系统，以数字与符号构成的信息控制机床，实质自动转动的方法，也就是控制数控机床中刀具与工件的的相对运动，从而完成零件的方法。近年来，随着计算机技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于于工业控制的各个领域，尤其是机械制造业中，高自动化、高精度、高效率的数控机械已经代替了传统机械。目前，外国机械设备的数控化率已达到 85以上，但我国的机械设备的数控化率却难以达到 20%，随着我围机械制造行业新技术的革新与应用，我国这个世界制造业加工中心地位已逐渐形成，数控机床的使用、维修、维护人次在各城市都非常紧缺，再结合数控加工人员从业面非常广的困素，数控人员可在现代制造业的模具、中小制造业五金行
4、业、钟表业 、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计、模具设计与制造、加工中心操作、电火花及线切割工作，所以目前我国现有的数控技术人才无法满足制造业的需求，而且人才市场上的这类人才储备不足，在人才市场上，企业要寻觅比较合适满意的人才显得比较困难，以至于数控编程、CAD/CAM 工程师、导致模具设计、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。随着产品结构的凋整、产业布局，就业结构也即将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。而借助国外的发展经验来看，产品结构调整时期，当进入产业和局，与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高素质的职业人才，成为迫切要求。在模具行
5、业，掌握数控技术与加工过程中的高低已经成为企业是价有竞争力的象征，数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造系统的制造，CAD/CAM 技术在工业发达国家应经得到了广泛的应用，近年来在我国的应用也越来越普及，中北大学继续教育学院 2012届毕业论文第 1 页 共 41 页也成为实现制造业技术进步的一种必然趋势。箱体类零件是现代化工业中最常见的一种零件，研究其数控加工，对零件的精度，效率，经济等多方面都有重大的影响。1.2 目的意义数控机床作为一种高精度、柔性、灵活的生产工具，想要发挥其优辨和特点，就须要获得数控程序的有力支持，而数控机床则是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的方法
6、。这种技术凭借高精度、高柔性化、高效率、商自动化的特性已成为制造业生存、发展的关键技术之一。数控技术的应用给机械制造业带来了产品结构、产业结构、制造方式及管理模式等并方面的深刻变化，是国民经济发展的原动力。数控技术是数控机床的核心技术，机械自动化的基础，其水平的高低知己影响着国家战略地位和综合实力水平，数控技术随着信息技术、微电了技术、自动化技术和自动检测技术等各种先进科学技术的发展而发展，CADCAM 技术已经显示出非常容易在计算机上构造零件的三维模型、模型修改、配合检查和实现模型信息的共享。数控加工以其高精度、高柔性、高效率的特点得到广泛应用，在加工一些复杂曲面，或者工序集中和普通机床无法
7、加工的零件时，具有难以替代的地位。本课题拟利用 CATIA软件来实现变速箱箱体的三维建模与数控加工。1.3 CATIA软件介绍CATIA是法田 Dassault System公司于 1975年起开始发展的的CAD/CAE/CAM 一体化软件，它的内容涵盖了产品从概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟仿真、工程图的生产到及工程产品的全过程。CATIA居世界 CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于机械制造、电子电器、航空航天、汽车制造、造船、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。CATIA 提供方便的解决方案，迎合各个工业领域的各类企业的需要。达到大型的波音
8、 747飞机、火箭发动机，小到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。CATIA 源于航空航天业，是业界无可争议的领袖，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克菜斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。中北大学继续教育学院 2012届毕业论文第 2 页 共 41 页Boeing飞机公司在 Boeing 777项目中，应用 CATIA设计了除发动机以外的 100%的机械零件。并将包括发动机在内的 100%的零件进行了预装配。波音飞机公司使用 CATIA完成了整个波音 777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了 CAT
9、IA在 CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。CATIA 不但包含设计功能，还有制造功能。DassaultSystem 产品的强大功能使其应用于产品设计与制造的广泛领域。1.4研究内容及工作流程研究内容：在分析已有的传统工艺基础上，运用现代制造的方法及理论，基于 CATIA的 CAD，CAM 技术，对变速箱箱体制造（加工路径选择、工序排定、刀具选用、切削用量选取、后处理程序等）进行新的分析和研究，用特征化参数法实现零件的三维实体造型和数挖加工并完成 NC程序的输出。工作流程：1了解箱体结构的设计方法2学习 CATIA软件的基本功能，并能对任意一常见零件的三视图，建造其三维模型3掌握箱体零件加
10、工工艺过程，仔细分析变速箱箱体的工艺过程4比较传统加工与数控加工过程的工艺，并在传统加工的工艺基础上完成数控加工，其数控加工过程如图 1.1所示：5输出 NC程序中北大学继续教育学院 2012届毕业论文第 3 页 共 41 页创建另建模型 加工工艺性分析设置加工参数设置加工参数生成刀具路径检验刀具路径 生成数控程序不符合要求加工仿真 符合要求设置几何参数设置刀具参数设置进给参数设置刀具路径 设置进刀 驱动机床图表 1-1中北大学继续教育学院 2012届毕业论文第 4 页 共 41 页2 传统箱体工艺特点的分析2.1零件的作用箱体类零件是各种机器的基础零件，它将机器和零件内部的轴、套、齿轮等有关
11、零件连接起来成整体，并且使之保持正确的相对位置，以传递扭矩和改变转速来完成规定的运动，以便他们能正确、协调统一的工作。因此，箱体的加工质量将直接影响整台机器的使用性能、精度和寿命。变速箱箱体的主要作用是支承各传动轴，并且必须保证各轴之间的中心距和平行度，保证变速箱部位与发动机相对位置的正确安装。因此其加工质量尤为重要，不但间接影响变速箱的运动精度和装配精度，而且还会影响其工作精度、使用性能和寿命。而变速箱主要是实现变速已达到其要求。2.2零件工艺分析箱体类零件的加工特点，零件的精度要求较高（尤其是主要孔的尺寸精度，位置精度） ，加工部位多，加工工序多，工艺路线长等特点。中北大学继续教育学院 2
12、012届毕业论文第 5 页 共 41 页变速箱箱体是一个簿壁壳体零件，它的外表面上有五个平面需要进行加工。前后，左右各表面均有一个支撑孔，因此将其分为两类加工，其结果如下： 1一顶面为主要表面的加工面，顶面的铣削加工，粗糙度 6.3两个精度为 0.4的定44mm 位销孔，4 个 M6-7H螺孔。2 以32H7mm，55H7mm45H7mm，55H7mm 为支撑孔的加工面，主要加工面有32H7mm，55H7mm，45H7mm，55H7mm 内孔面，其粗糙度要求 1.6和端面，其粗糙度要求为 3.2以及其端面上的螺孔，l 1个 M6-7H的螺孔， 1个 M8-7H的螺孔，1 个 M24-7H的螺纹
13、孔， 4个9mm 的孔以及左侧端面的两 个凹槽。在加工过程中，支撑孔的精度要求尤为重要，除孔自身的尺寸、形状、位置精度外，同轴孔系的同轴度，平面孔系的平行度，孔与面垂直度均要严格的要求。2.3加工定位基准的选择与确定大部分箱体好的孔系设计基准都是箱体的主要装配面及某一外形面。加工中，以这一平面作为定位基准，方便实现基准重合原则，安装定位误差较小，容易保证各零件的各类精度要求。1.“基准重合”与“基准统一”原则。当箱体的孔系较为复杂时，很难在一道工序上全部加工，这几必须选择并确定一个加工标准，使各道工序采用这道基准，这就是箱体的“基准重合”与“基准统一”原则。当箱体加工多次使用同一定位基准时，改
14、定为基准采用完全定位，即六点定位方式，生产中常用“一面两孔” ，的定位块方法，并尽量满足基准重合原则。2粗基准与精基准分开。箱体毛坯大多数为铸造，其加工余最大，精度低， 。在开始时需要选择一个粗加工基准，并以这个加工出精基准。在单件、小批量零件生产中，由于毛坯中北大学继续教育学院 2012届毕业论文第 6 页 共 41 页铸造精度差，多采用划线法安装，以划线作为粗基准找正工件， ，这样虽能满足定位平面的加工要求，但对人工要求较高，生产率低。在大批量生产中，毛坯质量较好，主要采用轴承铸孔作为主要粗基准(限制四个自由度)距次要轴承铸造孔（或选另一适当的平面）限制一个转动自由度的定位方法。所以以轴承
15、铸造孔为粗基准，既能保证各轴承扎的足够加工余量，又能保证定位平面与内腔垂直的要求。常用精基准一般有两种选择：“一面两孔” ， “三基面定位” ， “一面两孔”相比较有以下特点：1)定位可靠。 “一面两孔”定位很简单可靠地消除了工件的 6个自由度。若以“三基面定位”往往因限制两个自由度的定位侧面和限制一个自由度的定位端面，不能很好的与定位元件接触，从而影响定位精度。2)可同时加工的面多。 “一面两孔”定位中占用箱体的一个定位平面，再一次装夹中，其余的面都可同时加工，便于工序集中，有利于保证各加工面的位置精度。3)易于实现基准统一，从而大大减少夹具设计和制造的工作量。4)易于实现自动化。有“一面两孔”定位加紧结构简单，定位可靠，装夹方 便，从而为实现自动化提供了条件。采用“ 一面两孔”定位时，定位平面最好选择箱体零件的设计基准，以减少定位误差。若作为定位平面的安装面积太小，应增设工艺凸台，以保证装夹可靠。本文选择“一面两孔”的定位方式。3充分利用工艺基准。有些平面并不能采用一面两孔的方式，在加工中可以考虑预先设置一个定位基准，即工艺基准。实际上箱体的定位基准的选择是十分灵活的，没有唯一的确定方式，关键是应根据某一箱体的特点，选择一切实可行，方便可靠，符合实际的定位方案。2.4加工工序路线的选择与确定
