轴类零件的模拟加工与仿真.docx

1、轴类零件的模拟加工与仿真 毕 业 设 计 题目：轴类零件的模拟加工与仿真姓 名 所在系部 机械技术系 专业班级 数控技术 指导老师 2011 年 4 月 毕业设计任务书设计（论文）题目：轴类零件的模拟加工与仿真指导教师：xxx职称：讲师类别：毕业设计1、设计的主要任务 通过撰写本论文，使学生能根据给定的图纸，制定出零件的数控生产工艺并列出工艺图表，生成相关结构的加工程序，完成毕业设计说明书一份。2、设计的主要内容 轴的三维造型； 轴的数控加工工艺分析； 轴的数控加工仿真； 完成毕业论文一份3、设计的基本要求 （1）具有收集参考资料加以消化、归纳的能力（2）具有调研、收集、查阅资料、分析判断确定

2、设计/论文方案的能力（3）具有归纳、整理技术资料，撰写技术文件的能力（4）具有阐述论证设计/论文成果及其技术答辩的能力（5）正确对待毕业设计，精心准备，认真完成（6）独立思考完成毕业设计内容，按时进行设计进度汇报，以便进行中期检查（7）保证毕业设计的质量，按期答辩4、主要参考文献 UG造型、数控加工方面的参考书5、毕业设计时间安排 2010年10月14日10月31日：毕业设计任务布置、分析、前期准备2010年11月01日12月01日：学习UG软件、进行制图国标定制2010年12月01日 ：中期检查2010年12月02日12月31日：撰写毕业论文2011年4月：撰写、修改毕业论文，答辩 备注注：

3、1、此表一式三份，系部、指导教师、学生各一份。2、类别是指毕业论文或毕业设计，类型指应用型、理论研究型和其他。摘要随着计算机技术和机床制造业的不断发展，CAD/CAM图形交互式的应用成为数控技术发展的新趋势。数控编程在CAD /CAM系统在中最能明显发挥效益的环节之一，而PDM与UG的结合，让CAD/CAM的设计过程变得容易管理和控制，实现了时间的节约，大大的有助于实现设计加工自动化，提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等。关键词 UG ； CAD；车床加工 ； 数控工艺 ； 仿真加工 前 言现在制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的本钱缩减和收入和利润的慢慢增加的要求之间

4、取得平稳。为了真正地支持革新，必需评审更多的可选设计方案，而且在开发进程中必需依照以往体会中所取得的知识更早地做出关键性的决策。机电产品的结构变得愈来愈复杂、功能变得愈来愈繁多、研制时刻变得愈来愈短促、更新换代变得愈来愈急速，这些进展趋势都对机电产品的设计与制造提出新的要求。为了适应新形势下的新任务，人们能够借助CAD/CAM 技术的卓越功能来实现机电产品现代设计与制造的全然目标， NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它能够通过进程变更来驱动产品革新。 NX 独特的地方是其知识治理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以制造出更大的利润。 NX 能够治理生产和系统性能知识，依照已

5、知准那么来确认每一设计决策。 NX 成立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功体会基础之上，这些解决方案能够全面地改善设计进程的效率，削减本钱，并缩短进入市场的时刻。通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新， NX 的成功已经取得了充分的证明。这些目标使得 NX 通过无可匹敌的全范围产品查验应用和进程自动化工具，把产品制造初期的从概念到生产的进程都集成到一个实现数字化治理和协同的框架中（）在产品设计方面，NX 包括了世界上最壮大、最普遍的产品设计应用模块。 NX 具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以知足客户设计任何复杂产品的需要。 NX 优于通用的设计

6、工具，具有专业的管路和线路设计系统、模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。（）在仿真、确认和优化方面，NX 许诺制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发进程。通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商能够改善产品质量，同时减少或排除关于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，和对变更周期的依托。我这次的毕业设计确实是要求熟悉UG软件，学习UG软件的利用，运用UG进行轴类零件的加工模拟与仿真，进而通过对ug的二次开发来完成pdm系统所需的数据。课题确实是“基于UG的CAD/CAM/PDM系统集成平台开发-轴类零件数控加工”。本次毕业设计中我进行了充分的课题调查并参考和借

7、阅的大量的科技文献，给我的设计提供了大量的理论依据。第一章 实例：轴的三维建模与装配 UG NX简介 UG技术概述UGS(Unigraphics Solutions)是全世界进展最快的机械CAX(即CAD、CAE、CAM等的总称)公司之一。它的产品Unigraphics(简称UG)软件是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和进程知识工程的组合。UG软件能够为各类规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给市场；能够使复杂的产品设计与分析简单化；能够有效地降低企业的生产本钱并增加企业的市场竞争实力。

8、正是由于该软件的高度集成化和优越的性能，使之成为目前世界上最优秀公司普遍利用的系统，如波音飞机、通用汽车、惠普发动机、飞利浦、松下、精工和爱立信等。该软件目前也普及到机械、医疗设备和电子等行业，并发挥着愈来愈显著的作用。UG产品要紧包括运算机辅助工业设计、工程设计、工程分析和制造，和知识驱动自动化的工具与专门进程的导向。 UG软件的特点UnigraphicsCAD/CAE/CAM系统提供了一个基于进程的产品设计环境，使得产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品与制造。UG面向进程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术。在面向进程驱动技术的环境里，用户的全数产品及精准的数据

9、模型能够在产品开发的各个环节维持相关，从而有效地实现了并行工程。UG不仅有壮大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图的设计功能，而且在设计进程中能够进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的精准性和靠得住性。同时，可用成立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其处置程序支持多种类型的数控机床。另外，它提供的二次开发语言UD/OPEN、GRIP、UG/OPENAPI简单易学，实现功能多，便于用户开发专用的CAD系统，具体来讲，该软件具有以下特点：一、具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据互换的自由切换，可实施并行工程。二、采纳复合建

10、模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。3、基于特点（如：孔、凸台、型腔、沟槽、倒角等）的建模和编辑方式作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方式，并能用参数驱动。4、曲线设计采纳非均匀有理B样线条作为基础，可用多样方式生成复杂的曲面造型，专门适合于汽车、飞机、船舶、汽轮机叶片外形设计等外形复杂的曲面造型。五、出图功能强，能够十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准标注名义尺寸、尺寸公差、形位公差汉字说明等，并能直接对实体进行局部剖、旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各类剖视图，增强了画图功能的有效性。六、以Parasolid为实

11、体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前闻名的CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型的基础。7、具有良好的用户界面，绝大多数功能都能够通过图标实现，进行对象操作时，具有自动推理功能，同时在每一个步骤中，都有相应的信息提示，便于用户作出正确的选择。轴类零件的建模中间轴的建模 实例减速器分有三根轴，这三根轴的UG建模大体上相同，下面着重介绍中间轴的UG三维建模，其他轴能够类推。一、新建部件文件。启动进入UG 后，系统显示“标准”工具栏，如图1-2所示。单击“新建”按钮或单击菜单“文件”“新建”命令系统将弹出“新建部件文件”对话框，如图1-2所示。图1-2 UG NX4开始环境指定文件放置位

12、置，在“文件名”文本框中输入文件名“zhongjianzhou”,文件类型为“*.prt”，选择单位“毫米”，然后单击“确信”按钮，系统就进入了“大体环境”模块（注：寄存*.prt文件的目录及其各级父目录均不能含有中文字符）。二、进入“建模”模块。模型一新建成功后就会自动进入建模模块，假设没进入可单击“标准”工具栏中的“起始”按钮，弹出下拉菜单。单击“建模”按钮，系统进入建模工作界面，开始建模。3.添加圆柱体，找到特点操作按钮圆柱体，单击可显现如下图的对话框类型选择“轴、直径和高度”指定矢量为X轴，那个地址之因此选X轴是为了以后轴的加工仿真的方便。指定点，是圆柱体底面圆心所在的点，能够选择坐标

13、原点。直径填35mm，高度填206mm，布尔运算无，如以下图1-4所示。生成的轴如图1-5 图1-4圆柱的拉伸 图1-5轴拉伸实体 4利用拉伸操作来拉出各段轴。单击拉伸按钮，弹出如图1-6所示的拉伸菜单，依照提示输入所需的尺寸并选择所需的特点。生成的拉伸体如图1-7所示，图1-6拉伸菜单 图1-7拉伸实体同理通过拉伸能够生成轴的各个轴段。最终生成的轴如图1-8所示。图1-8轴段实体 5倒角，倒圆。通过，按钮完成倒角和倒圆的操作，最终图形如图1-9所示。图1-9倒角与倒圆实体6轴齿轮的生成，通过草图拉伸和圆形阵列实力特点生成轴齿轮如图1-10所示 图1-10齿轮轴利用特点操作键槽操作生成键槽再将

14、没必要要的线隐藏掉即可生成中间轴的最终三围模型如图1-11所示 图1-11键槽低速轴和高速轴的建模同中间轴的建模进程相似，建成的模型如图1-12和图1-13所示。 图1-12低速轴图1-13高速轴轴类零件的装配 整个装配进程能够从各个组件的装配开始，第一找到低速轴的三维模型，打开他，进入装配模式。1.键的装配。单击按钮，找到键的三维造型，定位模式选择配对，如图1-14 所示 图1-14配合键槽单击确信按钮，跳出配对条件对话框，如图1-15所示，然后通过面对齐和中心对齐能够完成键的装配。然后装配另一个键 图1-15 图1-16 图1-17 图1-18 键槽装配2.轴套的装配。找到轴套的三维模型，

15、然后添加，配对类型选择配对，操作与键的装配相同，然后通过中心对齐和面对齐即可安装好安装后如图1-19所示。图1-19键槽的安装同理安装轴承和齿轮，最终如图1-20所示。图1-20轴承与齿轮的安装第二章 轴的加工工艺设计数控加工工艺概述数控（NC）是指用数字化信号对机床运动及其加工进程进行操纵的一种方式。数控机床具有自动化程度高、加工精度高、加工的零件质量稳固、加工对象适应性强、生产效率高、易实现CAD/CAM一体化等优势。数控机床加工工艺是依照数控机床的特点，以机械制造的工艺大体理论为基础，制定的数控加工工艺文件，其中很多内容遵循传统工艺规程设计的原那么。 数控加工工艺设计的内容一、确信数控加

16、工零件或内容。形状复杂、加工精度高的零件，带有可用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓的零件，一次装夹可完成铣、镗、铰、攻螺纹等多工序的零件，研制的新产品零件。二、零件图样的数控工艺分析。审查和分析零件图样中的尺寸标注方式是不是适应数控加工的特点，零件图样中轮廓几何元素的条件是不是充分，定位基准是不是靠得住等。3、数控加工工艺线路设计。工序的划分和顺序的安排，数控加工工序与一般工序的衔接。4、数控加工工序设计。确信进给线路和安排工步顺序，确信定位基准和夹紧方案，刀具和夹具的选择，切削用量的选择，确信对刀点与换刀点。五、数控加工工艺文件的编制。数控加工工序卡片，数控刀具卡片，数控刀具数据表，数控机床

17、刀具运动轨迹图。 数控加工工艺的特点一、工序最大限度的集中。一次装夹完本钱台数控机床所能加工的全数表面。二、装夹方式和夹具选择。定位、装夹迅速方便，工件夹紧均匀，加工部位开阔，夹具便于和谐工件和机床坐标的尺寸关系。3、刀具的选择。刀具要求有更高的强度、刚度和更好的刀具利用寿命，刀具切削部份与非切削部份都要有较高的尺寸精度要求，加工中心一样采纳7:24标准圆锥刀柄（GB10944-89），及HSK（1:10）短锥空心柄，刀具装夹部份经常使用TSG82工具系统及TMG28模块式工具系统。4、切削用量的选择。数据机床主轴转速与进给速度一样都是无级变速，可依照需要直接取值；精加工时背吃刀量比一般机床小

18、。 数控机床的要紧加工对象表3-1列出了数控机床的一样类型和要紧加工对象。表3-1 数控机床的要紧加工对象类 型加 工 对 象数控车床加工精度与表面粗糙度要求高的回转体零件，表面形状复杂的回转体零件，带特殊螺纹的回转体零件。数控铣床各种平面类零件，变斜角类零件，曲面类零件钻削中心多孔类零件，以孔为主的钻、铣联合加工类零件，阀体类零件，多工步凸轮类零件加工中心铣、镗、钻联合加工类零件，结构形状复杂的零件，外形不规则的异形零件，加工精度要求较高的中小批量零件，新产品试制中的零件零件的工艺分析零件的功用、结构及特点 第一要求3000/年，单班制。这次设计的减速器的轴和蜗杆都是轻型零件属于中批量生产。

19、中批生产的工艺特点：（1）零件互换性，普遍具有互换性，局部情形配对修配。（2）毛胚制造及加工余量，部份用金属模或模锻，毛胚余量及精度中等。 该零件为减速器的低速轴，要紧功用是传动，因此要求有必然的强度刚度和韧性，结构比较简单，加工精度在6到7级之间。2.要紧加工表面及要求 轴的外圆直径尺寸，圆跳动和表面粗糙度，键槽的对称度。毛胚的选择A.确信毛胚的类型，制造方式和尺寸及公差（a）轴类零件的毛坯 轴类零件可依照利用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。关于外圆直径相差不大的轴，一样以棒料为主；而关于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，如此既节约材料又减少机械加工的工

20、作量，还可改善机械性能。 （b）45钢是轴类零件的经常使用材料，它价钱廉价通过调质（或正火）后，可取得较好的切削性能，而且能取得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC综合选择材料是45号钢，属于中碳钢用于车削应选择棒料B.确信毛胚的技术要求(a)调质处置，表面硬度220250HBW，毛胚留余量3mm（双边余量）基准的选择各个外圆是车削加工，毛胚选择了棒料，用三抓卡盘装夹，基准选择外圆。一样轴齿轮加工选择两头轴的外圆，关于键槽加工各个轴如下表3-2所示表3-2 基准选择序号加工部位基准选择低速轴左键槽55外圆和端面右键槽48外圆和端面中间轴键槽32外圆和端面高速轴键槽3

21、5外圆和端面拟订机械加工工艺线路1.确信各个部份的加工方式 因加工精度公差要求在6-7级，因此各个外圆部份能够选择粗车半精车精车。 各个键槽为初铣精铣。轴齿轮为初滚齿精滚齿加工。2.确信机械加工余量各个外圆尺寸在30至90之间因此依照机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表540能够确信车削半精加工余量取双边余量精加工余量取双边余量，键槽加工初铣后精铣的双边余量。有表5-51能够确信精滚齿的加工余量为（双面余量）3.选择机床设备及工艺装备有机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5-90选择选择车削中心LB400M型数控车床其要紧的技术参数为：最大车削直径420mm，最大车削长度600/125

22、0mm，主轴转速353500r/min-1 快进速度（X/Y)20/25m/min,主轴电动机功率22/15kw，旋转刀具转速3000rmin-1,旋转刀具电动机功率。有机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5-91选择北京第一机床厂生产的立式加工中心VRA400型，其要紧技术参数为：工作台尺寸900400mm;三坐标行程（x，y，z）600，450，450mm;主轴转速20020000rmin-1；快速移动速度x，y：40z：30mmmin-1；最大进给速度10mmmin-1；定位精度；重复定位精度；刀柄BT40（JB/GQ5066中规定的7：24圆锥工具柄部的40号锥柄）；刀库容量16把

23、；刀具最大长度300mm换刀时刻秒；最大繁重350kg；坐标操纵三轴联动。有机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5-35可查选滚齿机YBA3120型。其要紧技术参数为：最大加工直径模数（mmmm）2004；滚刀至工作台最小中心距离10mm；加工范围齿宽160mm，螺旋角45，加工齿数5250；工作台直径210mm；主轴转速63315r/min-1工作精度品级7，表面粗糙度um.各个部份加工所用的机床如下表各个部份所用机床列表轴内容设备低速轴右边部分外圆数控车床左边部分外圆数控车床键槽数控铣床高速轴右边外圆数控车床左边外圆数控车床中间齿轮滚齿床键槽数控铣床中间轴右边部分外圆数控车床左边部分外

24、圆数控车床中间齿轮 滚齿机键槽数控铣床各个轴的加工工艺的制定 依照各个加工要求，拟定各个轴的加工工艺，下面为各个轴的加工工艺表低速轴的工艺拟定低速轴加工工艺线路产品名称或者代号零件名称低速轴工序号内容设备工艺装备10车各个外圆到指定尺寸车削中心LB400-M型三抓卡盘结合活动顶尖20铣键槽到指定尺寸立式加工中心VRA400型专用夹具70修整80清洗90检验低速轴数控加工刀具卡片产品名称或者代号零件名称低速轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工部位备注1T0185外圆车刀1车右端面及初车右边轮廓左偏刀2T025中心钻1钻中心孔3T0355菱形车刀1精车右边轮廓左偏刀4T0485外圆车刀1初车左

25、边轮廓右偏刀5T0555菱形车刀1精车左边轮廓右偏刀6T0614直铣刀1铣键槽7T0716直铣刀1 铣键槽8T084mm割刀1 割断低速轴数控加工工序卡片（工厂）数控加工工序卡片零件名称材料零件图号低速轴45号钢工序号程序编号夹具名称使用设备车间10三抓卡盘和活动顶尖 车削中心LB400-M型工步号工步内容刀具号刀具规矩/mm主轴转速/rmin-1进给速度/mmmin-1背吃刀量/mm备注1平右边端面T012525300701手动2钻5中心孔T02530070手动3顶尖夹紧工件手动4粗车右边各个外圆到制定尺寸，留半精加工余量1mmT012525500801自动5半精车右边各个外圆到指定尺寸留精

26、加工余量T03252560080自动6精车右边各个外圆到指定尺寸T03252580040自动7粗车左边各个外圆到指定尺寸留半精加工余量1mmT042525500801自动8半精车左边各个外圆到指定尺寸留精加工余量T05252560080自动9精车左各个外圆到指定尺寸T05252580080自动中间轴的工艺拟定中间轴加工工艺线路产品名称或者代号零件名称中间轴工序号内容设备工艺装备10车各个外圆到指定尺寸车削中心LB400-M型三抓卡盘结合活动顶尖20铣键槽到指定尺寸立式加工中心VRA400型专用夹具30滚齿轮到指定尺寸滚齿机YBA312070修整80清洗90检验中间轴数控加工刀具卡片产品名称或者

27、代号零件名称中间轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工部位备注1T0185外圆车刀1车右端面及初车右边轮廓左偏刀2T024中心钻1钻中心孔3T0355菱形车刀1精车右边轮廓左偏刀4T0485外圆车刀1初车左边轮廓右偏刀5T0555菱形车刀1精车左边轮廓右偏刀6T0612直铣刀1铣键槽7T074mm割刀1 割断8T0810mm割刀1 割槽9T09齿轮滚刀1滚削轴齿轮中间轴数控加工工序卡片（工厂）数控加工工序卡片零件名称材料零件图号中间轴45号钢工序号程序编号夹具名称使用设备车间10三抓卡盘和活动顶尖 车削中心LB400-M型工步号工步内容刀具号刀具规矩/mm主轴转速/rmin-1进给速度/mm

28、min-1背吃刀量/mm备注1平右边端面T012525300701手动2钻5中心孔T02530070手动3顶尖夹紧工件手动4割退刀槽，从左端面向左40mm区域，留直径32T081030080自动5粗车右边各个外圆到制定尺寸，留半精加工余量1mmT0125255008010自动6半精车右边各个外圆到指定尺寸留精加工余量T03252560080自动7精车右边各个外圆到指定尺寸T03252580080自动8粗车左边各个外圆到指定尺寸留半精加工余量1mmT04252550080自动9半精车左边各个外圆到指定尺寸留精加工余量T05252560080自动10精车左各个外圆到指定尺寸T05252580080自动11从左端面处割断T07252530070自动（工厂