毕业设计论文.docx
《毕业设计论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文.docx（64页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业设计论文
基于CAD/CAM的一级减速器数控编程与加工吉林工程技术师范学院钟鑫
吉林大学
吉林工程技术师范学院
毕业设计
钟鑫
2012年6月
基于CAD/CAM的一级减速器
数控编程与加工
BasedontheCAD/CAMareducerNC
programmingandmachining
专业：
机械设计制造及其自动化
姓名：
钟鑫
班级：
机自0844班
学号：
40号
指导教师:
王桂萍
职称：
副教授
摘要
本设计将用CAXA画图软件进行减速器的制造及加工工艺规程设计，综合运用产品机械制造技术、数控编程、CAXA制造工程师等相关课程的理论及生产实践的知识去分析和解决减速器设计的问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。
进一步学习工艺规程设计的一半方法，了解和掌握常用的计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。
通过计算和绘图，学会运用标准、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养工艺设计的基本技能。
CAXA制造工程师不仅是一款高效易学，具有很好的工艺性的数控加工编程软件，而且还是一套Windows原创风格、功能强大的三维造型、曲面实体完美结合的CAD/CAM一体化软件。
CAXA制造工程师提供的后置处理器，无需生成中间文件就可直接输出G代码指令。
系统不仅可以提供常用的数控系统后置格式，用户还可以自定义专用数控系统的后置处理格式。
关键词:
CAD/CAMCAXA制造工程师、工艺规程、减速器、后置处理
Abstract
ThisdesignwillbeusedCAXAdrawingsoftwarereducermanufacturingandprocessplanning,integrateduseoftheproductmachinerymanufacturingtechnology,CNCprogramming,CAXAmanufacturingengineers,andothercoursesrelatedtothetheoryandproductionofpracticalknowledgetoanalyzeandsolvereducerdesignandprofessionalknowledgetofurtherconsolidateanddeepen.Furtherhalfofthelearningprocessplanning,theabilitytounderstandandmasterthecommonlyusedmethodofcalculation,todevelopthecorrectdesignthinkingandanalysis,problemsolving,inparticular,theoveralldesignandcomputingpower.Learnhowtousecomputingandgraphicsstandards,manuals,Atlas,andaccesstotherelevanttechnicalinformation,trainingthebasicskillsofprocessdesign.
CAXAmanufacturingengineerisnotonlyanefficientandeasytolearn,hasagoodprocessofNCprogrammingsoftware,butalsoasetofWindowsoriginalstyle,andpowerful3Dmodeling,surfaceentitiesperfectcombinationofCAD/CAMintegrationsoftware.TheCAXAmanufacturethepostprocessorengineersdonotneedtogeneratetheintermediatefilecanbedirectlyoutputtheGcodeinstructions.ThesystemcannotonlyprovidetheCNCsystemsetformat,userscanalsocustomizethedefinitionofspecialNCsystemprocessingformat.
KeyWords:
CAD/CAM;CAXAManufcturingEngineer;Processoforder;Reducer;Post-processing
第1章绪论
机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。
生产的发展和产品更新换代速度的加快，对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，也就对机械加工工艺等提出了要求。
在实际生产中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同，针对某一零件，往往不是单独在一种数控机床上用某种单一加工方法就能完成的，而是需要经过一定的加工编程和工艺方法。
因此，我们不仅要根据零件具体要求，选择合适的加工方法进行编程，还要合理地安排加工顺序，进而使零件在数控机床中一步一步地把零件加工出来。
1.1机械加工工艺规程制订
1.1.1生产过程与机械加工工艺过程
生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。
它包括原材料的运输、保管于准备，产品的技术、生产准备、毛坯的制造、零件的机械加工及热处理，部件及产品的装配、检验调试、油漆包装、以及产品的销售和售后服务等。
机械工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为零件的全过程。
机械加工工艺过程的基本单元是工序。
工序又由安装、工位、工步及走刀组成。
规定产品或零件制造过程和操作方法等工艺文件，称为工艺规程。
机械加工工艺规程的主要作用如下：
1.机械加工工艺规程是生产准备工作的主要依据。
根据它来组织原料和毛坯的供应，进行机床调整、专用工艺装备的设计与制造，编制生产作业计划，调配劳动力，以及进行生产成本核算等。
2.机械加工工艺规程也是组织生产、进行计划调度的依据。
有了它就可以制定进度计划，实现优质高产和低消耗。
3.机械加工工艺规程是新建工厂的基本技术文件。
根据它和生产纲领，才能确定所须机床的种类和数量，工厂的面积，机床的平面布置，各部门的安排。
1.1.2机械加工工艺规程的种类
机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件。
对于检验工序还有检验工序卡片；自动、半自动机床完成的工序，还有机床调整卡片。
机械加工工艺过程卡片是说明零件加工工艺过程的工艺文件。
机械加工工序卡片是每个工序详细制订时，用于直接指导生产，用于大批量生产的零件和成批生产中的重要零件。
1.2数控机床技术
1.2.1数控机床技术发展趋势
目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。
当今数控机床正在朝着几个方向发展：
高速度、高精度化。
速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工功率和产品质量。
目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。
同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态影响特性相当优越。
采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。
为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电动机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。
目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。
1.多功能化。
配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。
数控系统由于采用了cpu结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。
为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实习数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。
2.智能化。
现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。
具有自诊断，自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对cnc系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。
一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。
还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。
为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势的采用人工智能专家诊断系统。
3.数控编程自动化。
随着计算机应用技术的发展，目前CAD/CAM图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。
它是利用CAD绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生产NC零件加工程序，以实现CAD与CAM的集成。
随着CIMS技术的发展，当前又出现了CAD/CAPP/CAM集成的全自动编程方式，它与CAD/CAM系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的CAPP数据库获得。
4.可靠性最大化。
数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。
数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。
通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既要提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。
还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。
利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部位采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种以外时，自动进行相应的保护。
控制系统小型化。
数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。
目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。
而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。
这样可以方便的将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。
1.2.2数控机床的特点
数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。
与普通机床相比，数控机床有如下特点：
●加工精度高，具有稳定的加工质量；
●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；
●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；
●机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；
●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；
●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。
数控机床一般由下列几个部分组成：
●主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。
他是用于完成各种切削加工的机械部件。
●数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。
●驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。
他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。
当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。
●辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。
它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。
●编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。
自从1952年美国麻省理工学院研制出世界上第一台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。
1.2.3数控编程的内容与步骤
在普通机床上加工零件时，首先应由工艺人员对零件进行工艺分析，制定零件加工的工艺规程，包括机床、刀具、定位夹紧方法及切削用量等工艺参数。
同样，在数控机床上加工零件时，也必需对零件进行工艺分析，制定工艺规程，同时要将工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式记录在控制介质上，将此控制介质上的信息输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。
我们将从零件图样到制作数控机床的控制介质并校核的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程。
数控编程是数控加工的重要步骤。
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的利用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。
一般来讲，数控编程过程的主要内容包括：
分析零件图样、工艺处理、数值计算、编写加工程序单、制作控制介质、程序校验和首件试加工
数控编程的具体步骤与要求如下：
1．分析零件图
首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机床上加工。
同时要明确加工的内容和要求。
2．工艺处理
在分析零件图的基础上，进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等）、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（如主轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数。
数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，而数控编程就是将数控加工工艺内容程序化。
制定数控加工工艺时，要合理地选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数等；同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效能；尽量缩短加工路线，正确地选择对刀点、换刀点，减少换刀次数，并使数值计算方便；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳；避免刀具与非加工面的干涉，保证加工过程安全可靠等。
3．数值计算
根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。
对于形状比较简单的零件（如由直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，如果数控装置无刀具补偿功能，还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。
对于形状比较复杂的零件（如由非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完成。
4．编写加工程序单
根据加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿量、机床辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单，并校核上述两个步骤的内容，纠正其中的错误。
5．制作控制介质
把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息。
通过程序的手工输入或通信传输送入数控系统。
6．程序校验与首件试切
编写的程序单和制备好的控制介质，必须经过校验和试切才能正式使用。
校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控系统中，让机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否正确。
在有CRT图形显示的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验更为方便，但这些方法只能检验运动是否正确，不能检验被加工零件的加工精度。
因此，要进行零件的首件试切。
当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正，直至达到零件图纸的要求。
1.3CAD/CAM技术
用CAD/CAM技术实现加工的过程：
首先，在后置处理中配置好机床。
这是正确输出代码的关键；
其次，利用CAD技术进行工件的设计、分析和造型；
然后，通过CAM技术对CAD模型数据产生刀位轨迹；
最后，在后处理中自动生成NC代码，再经程序校验和修改形成加工程序，并通过接口传给CNC机床。
整个过程直观方便，所有的运算由计算机完成，可保证程序的编制快速而准确。
该种方法适用于制造业中的CAD/CAM集成系统。
目前以CAD/CAM一体化集成形式的软件已成为数控加工自动编程系统的主流。
如本书介绍的我国北航海尔软件公司的CAXA系列加工软件CAXA-ME、CAXA数控车及美国CNC公司的MasterCAM、PTC公司的Pro/E、EDC公司的UG、以色列的Cimarron系统等。
这些CAD/CAM集成软件可以采用人机交互方式对零件的几何模型进行绘制、编辑和修改，产生零件的数据模型。
然后对机床和刀具进行定义和选择，确定刀具相对于零件表面的运动方式、切削加工参数，便能生成刀具轨迹。
最后经过后置处理，即按照特定机床规定的文件格式生成加工程序。
甚至利用加工轨迹的仿真功能对生产加工过程进行动态图像模拟，以检验走刀轨迹和加工程序的正确性。
1.4CAXA制造工程师2008—CAM
CAXA制造工程师是我国自主开发的CAD/CAM一体化的数控加工编程软件。
其技术集成了几何建模、工艺设计、刀轨生成与编辑、加工仿真、NC生成及丰富的数据接口等一整套面向回转类零件和复杂工、模具零件的自动编程功能。
1.两轴到三轴的数控加工
两轴到两轴半加工方式：
可以直接利用零件的轮廓曲线生成刀位轨迹而无须建立其三维模型；提供区域加工工能，加工区域内允许任意形状和数量的岛。
可分别指定加工轮廓和岛的拔模斜度，自动进行分层加工。
三轴加工方式：
丰富多样的加工方式可以安排从粗加工、半精加工、到精加工的加工路线，高效生成刀位轨迹。
2.支持高速切削
支持高速加工，提高产品精度，降低代码数量，大大提升产品制造的加工层次。
3.参数化轨迹编辑和轨迹批处理
CAXA制造工程师的“轨迹再生成”可实现轨迹参数化的适实编辑，用户只需选中已有的NC刀位轨迹，修改已定义的相关工艺参数表，即可重新生成加工轨迹。
CAXA制造工程师可以先定义加工轨迹参数而不立即生成轨迹。
工艺设计人员可以将大批加工轨迹参数事先定义而在某一集中时间内批量生成，从而合理地优化了工作流程。
4.加工工艺控制
CAXA制造工程师提供了丰富的工艺控制参数及刀轨编辑功能。
它可以方便地控制加工过程，提高机床的进给速度，从而使编程人员的经验得到淋漓尽致地发挥。
5.加工轨迹仿真
CAXA制造工程师提供了加工过程仿真以检验NC程序的正确性。
可以通过实体图像动态模拟加工过程，展示加工零件的任意截面，显示加工轨迹。
6.通用后置处理
CAXA制造工程师提供的后处理器，无须生成中间文件就可直接输出G代码控制指令。
而且系统不仅可以提供常见的FANUC、SIEMENS系统的后置格式，用户还可以定义专用数控系统的后置处理格式。
7.生成加工工序单
CAXA制造工程师可自动按照加工的先后顺序产生加工工艺单。
诸如必要的零件信息、刀具信息、代码信息、加工时间信息等，方便了编程者与机床操作者之间的交流，以减少加工中错误的产生。
8.丰富的数据接口
CAXA制造工程师不但实现与数控机床的数据通信，同时还有丰富的数据接口：
包括基于曲面的DXF和IGES标准图形接口等以保证和当今世界流行的CAD/CAM软件如Pro/E、UG等实现双向数据交换。
9.CAXA数控车
CAXA数控车是在CAXA制造工程师平台上开发的CAM软件。
它去掉了CAXA制造工程师的三维部分。
将制造工程师的铣刀刀具库改为车刀刀具库。
提供车削专用功能：
内外轮廓的粗精车削、端面车削、车床切槽、螺纹车削等以及相应的车削机床后置功能。
除此之外，CAXA制造工程师还提供了智能化的知识加工模板。
即针对复杂曲面的三维造型，知识加工库大量运用工艺前辈的加工经验，综合基于留量以及海量加工的基本原理，为用户提供一种整体加工思路。
第2章总体方案的拟定
2.1零件的工艺分析
（1）数控加工工艺的主要内容
（2）数控加工工艺的基本特点
（3）数控加工零件的合理选择
（4）加工方法的选择与加工方案的确定
（5）工序与工步的划分
（6）零件的安装与夹具的选择
（7）刀具的选择与切削用量的确定
（8）对刀点和换刀点的确定
（9）加工路线的确定
2.2 程编中工艺指令的处理
在数控机床上加工零件的动作都必须在程序中用指令方式事先予以规定，在加工中由机床自动实现。
我们称这类指令为工艺指令。
这类指令有国际标准，即准备功能指令G辅助功能指令M两大类。
在编制加工程序时，必须按程编手册正确选用和处理。
第3章推动架数控加工工艺拟定
3.1零件图的工艺分析
图3-1推动架示意图
3.1.1零件图样
图3-2推动架实体图
3.1.2精度分析
由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。
由零件图可知，φ32、φ16的中心线是主要的设计基准和加工基准。
该零件的主要加工面可分为两组：
1）φ32mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：
φ32mm的两个端面及孔和倒角，φ16mm的两个端面及孔和倒角。
2）以φ16mm孔为加工表面
这一组加工表面包括，φ16mm的端面和倒角及内孔φ10mm、M8-6H的内螺纹，φ6mm的孔及120°倒角2mm的沟槽。
这两组的加工表面有着一定的位置要求，主要是：
①φ32mm孔内与φ16mm中心线垂直度公差为0.10；
②φ32mm孔端面与φ16mm中心线的距离为12mm。
由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。
由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
3.1.3确定毛坯种类
对于形状复杂的毛坯宜用铸件。
用于铸件的材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸钢、有色金属等。
工件属于支座类零件，同时灰铸铁具有良好的吸震，抗压等力学性能，因此工件材料选择HT200。
通过计算和查询资料可知，毛坯重量约为0.72kg。
生产类型为大批量，可采用一箱多件砂型铸造毛坯。
由于φ32mm的孔需要铸造出来，故还需要安放型心。
此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效进行处理。
铸件的基本尺寸是机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。
生产类别为大批生产，铸造方法为砂型铸造机器造型和壳型，公差等级选择CT10，加工余量等级为F级，对于圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工情况下，机械加工余量（RMA）应该加倍，毛坯铸件的基本尺寸可根据如下公式进行推倒
R=F+2RMA+CT/2……………外圆面作机械加工
R=F+2RMA+CT/2……………内腔面作机械加工
式中：
R—毛坯铸件的基本尺寸F—最终机械加工后
升级会员 