基于UG的变速箱设计及CAM技术研究_毕业论文.doc

沈阳航空航天大学毕业设计(论文)摘 要现今，机械行业广泛采用cad/cam技术，并通过数控机床进行加工，大大缩短了产品的开发和制造周期，提高了产品的技术含量，降低了成本。本论文中详细的阐述了变速箱的三维建模和数控编程过程，应用ug实现了零件的三维建模，在ug环境中进行了数控仿真加工，并生成了nc仿真加工程序。论文共分四个部分，在第一部分简单的介绍了cad/cam技术；第二部详细介绍了基于ug的三维实体建模；第三部分详细介绍了基于ug的数控加工技术；第四部分讲述了经济性分析。本课题通过对变速箱箱体零件设计加工过程的分析，以ug软件为基础，对变速箱箱体进行了设计，并对其进行了加工工艺分析，同时运用ug软件对其进行了数控加工，实现了从设计到生产的一体化，对实际生产有一定的指导意义。关键词：cad/cam；变速箱；三维建模；数控加工；仿真模拟；nc代码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 and 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 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 section 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, actual production has some significance. keywords : cad/cam ; gearbox ; three-dimensional modeling ; cnc machining ; processing simulation ; nc code ;目录1 cad/cam技术在产品制造中的应用11.1 cad/cam技术概述11.1.1 cad/cam技术的基本概念11.1.2 cad/cam技术的发展历程21.1.3 cad/cam技术的发展趋势41.1.4 cad/cam技术开发热点51.2 cad/cam技术的应用51.3 ug软件介绍71.3.1 ug nx 系统简介71.3.2 ug的发展现状、应用及其发展前景91.4本课题研究的主要内容102基于ug的变速箱实体模型设计112.1 nx 建模的基本概念112.2 nx 建模流程112.2.1 原创产品设计112.2.2 图纸造型122.2.3 逆向工程132.3 设计思想132.3.1 草图的优化设计142.3.2 合理应用特征建立零件实体模型142.4 基于ug对变速箱进行实体建模142.5 二维工程图纸292.5.1 创建新图纸292.5.2 导入模型视图302.5.3 添加图纸格式322.5.4 添加尺寸343基于ug的零件数控加工技术343.1 数控加工技术的主要内容343.1.1 数控铣削加工技术的工艺适应性353.2数控加工工艺分析363.2.1 数控加工工艺概念363.2.2 数控机床的选用363.2.3 被加工零件的结构材料分析363.2.4零件的加工工序方案制定373.2.5 数控加工中心的工艺适应性393.2.6 零件的加工方案403.2.7 刀具材料的选择及参数确定413.2.8 切削液的选择423.2.9 切削液的选取433.2.10 工件的定位与加紧443.2.11 切削用量的确定463.2.12 数控加工工艺与安排473.3 ug 数控加工493.3.1 进入ug cam加工模块493.3.2 毛坯的导入503.3.3 对变速箱进行数控程序编制513.3.4 数控加工演示633.3.5后处理654经济性分析674.1概述674.2变速箱箱体设计制造的经济性分析67参考文献68致谢69291 cad/cam技术在产品制造中的应用1.1 cad/cam技术概述cad/cam（计算机辅助设计及计算机辅助制造）技术产生于20世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。1989年美国国家工程科学院将cad/cam技术评为当代（19641989）十项杰出的工程技术成就之一。cad/cam技术是制造工程技术与计算机技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点。cad/cam技术是先进制造技术的重要组成部分它的发展和应用使传统的产品设计、制造内容和工作方式等都发生了根本性的变化。cad/cam技术已经成为衡量一个国家科技现代化水平的重要标志之一。50多年来cad/cam技术有了飞速的发展，cad/cam的应用迅速普及。cad/cam技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电，轻工产品的设计和制造中普及。1.1.1 cad/cam技术的基本概念cad即计算机辅助设计(computer aided design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 ,简称cad。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。cam(computer aided manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。cam (computer aided manufacturing，计算机辅助制造)的核心是计算机数值控制是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成铣、钻、铰、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。加工程序的编制不但需要相当多的人工，而且容易出错，最早的cam便是计算机辅助加工零件编程工作。cam系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。cam所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。1.1.2 cad/cam技术的发展历程cad/cam技术的发展与计算机图形学的发展密切相关，并伴随着计算机及其外围设备的发展而发展。计算机图形学中有关图形处理的理论和方法构成了cad/cam技术的重要基础。纵观cad/cam技术的发展历程，主要经历了以下发展阶段： （1）20世纪50年代，计算机主要主要用于科学计算，使用机器语言编程，图形设备仅具有输出功能。美国麻省理工学院（mit）在其研制的旋风i号计算机上采用了阴极射线管（crt）作为图形终端，并能被动显示图形。其后出现了光笔，开始了交互式计算机图形学的研究，也为cad/cam技术的出现和发展铺平了道路。1952年mit首次试制成功了数控铣床，通过数控程序对零件进行加工，随后mit研制开发了自动编程语言（apt），通过描述走刀轨迹的方法来实现计算机辅助编程，标志着cam技术的开端。1956年首次尝试将现代有限元法用于分析飞机结构。20世纪50年代末，出现了平板式绘图仪和滚筒式绘图仪，开始了计算机绘图的历史。此间cad技术处于酝酿、准备阶段。 （2）20世纪60年代，这是交互式计算机图形学发展的最重要时期。1963年mit学者i.e.sutherland发表了题为“人机对话图形通讯系统”的博士论文，首次提出了计算机图形学等术语。由他推出的二维sketchpad系统，允许设计者操作光笔和键盘，在图形显示器上进行图形的选择、定位等交互作业，对符号和图形的存储采用分层的数据结构。这项研究为交互式计算机图形学及cad技术奠定了基础，也标志着cad技术的诞生。此后，出现了交互式图形显示器、鼠标器、磁盘等硬件设备及文件系统和高级语言等软件。并陆续出现了许多商品化的cad系统和设备。例如1964年美国通用汽车公司研制了用于汽车设计的dac-1系统，1965年美国洛克希德飞机公司开发了cadam系统，贝尔电话公司也推出了graphic-1系统等。此间cad技术的应用以二维绘图为主。再制造领域中，1962研制成功了世界上第一台机器人，实现物料搬运自动化，1965年产生了计算机数控机床cnc系统，1966年以后出现了采用通用计算机直接控制多台数控机床dnc系统以及英国莫林公司研制的由计算机集中控制的自动化制造系统。20世纪60年代末，挪威开始了capp技术的研究，并于1969年正式推出第一个capp系统autopros。（3）20世纪70年代计算机图形学理论及计算机绘图技术日趋成熟，并得到了广泛应用。这期间，硬件的性能价格比不断提高；图形输入板、大容量的磁盘存储器等相应出现；数据库管理系统等软件得以应用；以小型、超小型计算机为主机的cad/cam系统进入市场并形成主流，这些系统的特点是硬件和软件配套齐全、价格便宜、使用方便，形成所谓的交钥匙系统（turnkey system）。同时，三维几何建模软件也相继发展起来，出现了一些面向中小型企业的cad/cam商品化系统，法国达索公司率先开发出以表面模型为特点的三维曲面建模系统catia。20世纪70年代中期开始创立capp系统的研究与开发。1976年由cam-i公司开发了capp系统cam-i automated process planning。在制造方面，美国辛辛那提公司研制出了一条柔性制造系统（fms）,将cad/cam技术推向了新的阶段。这一时期各种计算机辅助技术的功能模块已经基本形成，但数据结构尚不统一，集成性差，应用主要集中在二维绘图、三维线框建模及有限元分析方面。（4）20世纪80年代，cad/cam技术及其应用系统得到迅速发展。这期间，出现了微型计算机和32位字长工作站，同时，计算机硬件成本大幅下降，计算机外围设备已逐渐形成系列产品，网络技术也得到应用；cad与cam相结合，形成了cad/cam集成技术，导致了新理论、新算法的大量涌现。在软件方面，不仅实现了工程和产品的设计计算和绘图，而且还实现了工程造型、自由曲面设计、机构分析与仿真等工程应用，特别是实体建模、特征建模、参数化设计等理论的发展和应用，推动cad技术由表面模型到实体建模，再到参数化建模发展，并出现了许多成熟的cad软件。在此期间，为满足数据交换要求，相继推出了有关标准（如 cgi、gks、iges及step等）。20世纪80年代后期，人们认识到计算机集成制造（cim）的重要性，开始强调信息集成，出现了cims，将cad/cam技术推向了更高的层次。（5）20世纪90年代以来，cad/cam技术更加强调信息集成和资源共享出现了产品数据管理技术，cad建模技术日益完善，出现了许多成熟的cad/cae/cam集成化的商业软件，如采用变量化技术的i-deas，应用复合建模技术的ug等。随着世界市场的多变与激烈竞争，随着各种先进设计理论和先进制造模式的发展，随着高档微机、操作系统和编程软件的发展，随着网络技术的迅速发展，cad/cam技术正在经历着前所未有的发展机遇与挑战，正在向集成化、网络化、智能化和标准化发展。1.1.3 cad/cam技术的发展趋势（1）集成化 随着计算机技术的快速发展，cad/cam系统已经从单一简单的功能发展模式转变成为复杂综合的功能集成系统。80年代以来，计算机集成制造(cim：computer integrated manufacturing)技术已成为制造工业应用计算机技术的主要发展方向。利用cim技术建立的计算机集成制造系统(cims)，将制造工厂的产品设计、加工制造和经营管理等项活动集成起来，其目的是在计算机辅助下，利用最小的制造和管理资源，最优地实现企业的发展目标，获得最大的总体效益。 （2）微型化cad/cam正转向采用超级微型计算机。32位超级微型计算机在单机功能上将达到小型机和中型机的水平，多cpu并行处理时的功能将达到大型机的水平。以超级微机为基础的cad/cam系统不断增多，功能也在不断扩大。 （3）网络化伴随着网络技术的飞速发展和广泛应用，微型计算机cad/cam系统发展的一条主要途径是网络化。由于微型机价格低廉，功能较强，可将多台微机工作站连成分布式cad/cam系统。目前，基于网络化的cad/cam技术，需要在能够提供基于网络完善的协同设计环境和提供网上多种cad应用服务等方面提高水平。 （4）智能化设汁制造中全盘自动化固然理想，但在今天还只能是一个追求的目标，近期难以实现。人工智能技术是通向设计制造自动化的重要途径。近年来，人工智能的应用主要集中在引入知识工程，发展专家系统。专家系统的发展可扩大cad/cam的功能有利于创造更高级的cad/cam系统。专家系统具有逻辑推理和决策判断能力，它将许多事实和有关专业的经验、准则结合在一起，应用这些事实和启发规则，根据设计目标不断缩小搜索的范围，使问题得到解决，专家系统是当前研究相当活跃的一个课题。（5）并行工程并行工程（concurrent engineering）是随着cad /cims 技术发展提出的一种新哲理，新的系统工程方法。这种方法的思路，就是并行的集成的设计产品及其开发的过程。他要求产品开发人员在产品设计阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括成本，质量，进度用户要求等，以便更大限度的提高产品开发效率及一次成功率。并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计方法，把串行方法中信息流向的单向性变成双向的。随着市场竞争的日益激烈，并行工程势必引起越来越多的重视，但其实施也绝非一朝一夕的事情，目前应为并行工程的实施创造条件和环境。（6）标准化 随着cad/cam技术的发展和应用，工业标准化问题日益越来越显得重要。目前已制定了一系列相关标准，如面向图形设备的标准计算机图形接口（cgi）、面向图形应用软件的标准gks和phigs、面向不同cad/cam系统的产品数据交换标准iges和step，此外还有窗口标准以及最新颁布的cad文件管理、cad电子文件应用光盘存储与档案管理要求等标准。这些标准规范了cad/cam技术的应用与发展。cad/cam系统的集成一般建立在异构的工作台之上，为了支持异构跨平台的环境，要求cad/cam系统必须是开放的系统，必须采用标准化技术。完善的标准化体系是我国cad/cam软件开发几技术应用与世界接轨的必由之路。1.1.4 cad/cam技术开发热点（1）基于知识工程的cad技术 知识工程 (knowledge based engineering 简称kbe) 的实质是知识捕捉和知识重用。知识工程的最终表现形式是过程引导，在使用kbe时首先进行工程配置再定义工程规则，最后实现产品建模。以最快的速度开发出高知识含量的优质的新产品，这正是知识工程要解决的问题。知识工程的应用是制造业的cad技术的一个质的飞跃。（2）三维超变量化技术 超变量化几何技术是cad建模技术发展的里程碑，他在变量化技术基础上充分利用了形状约束和尺寸约束分开处理以及全约束的灵活性，让设计者针对一个完整的三维产品数字模型，从建模到约束都可以直接以拖动方式实时的进行图形化的编辑操作。因此，vgx技术被业界称为21世纪cad领域具有革命性突破的新技术。1.2 cad/cam技术的应用 （1）我国的cad/cam技术我国cad/cam技术的研发始于20世纪70年代，当时主要集中在少数高校及航空领域等极小范围。80年代初，开始成套引进cad/cam系统，并在此基础上进行开发和应用；同时国家在cad/cam 技术应用开发方面实施重点投资，支持对国民经济有影响的重点机械产品cad进行开发和研制，取得了一些成果，为我国cad/cam技术的发展奠定了基础。通过近30多年坚持不懈的努力，我国cad/cam技术在理论与算法研究、硬件设备生产、支撑软件的开发与商品化、专业应用软件的研制与应用，以及在人才培养与技术普及等方面均取得了丰硕的成果。近年来，我国cad/cam技术发展迅速，应用日趋成熟，范围不断拓宽，水平不断提高，应用领域几乎渗透到所有制造工程领域，尤其机械、电子、建筑、造船、轻工业等行业在cad/cam技术开发应用上有了一定规模，取得了显著成效。我国已自行开发了大量实用的cad/cam软件，国内计算机生产厂家已能够为cad/cam系统提供良好的计算机和工程工作站。少数大型企业已经建立起较完善的cad/cam系统并取得较好的效益，中小企业也开始使用cad/cam技术并初见成效；一些企业已着手建立以实现制造过程信息集成为目标的企业级cims系统，以实现系统集成、信息共享。尽管我国cad/cam技术的应用已取得了巨大成就，但与发达国家相比仍有巨大差距。随着cad/cam技术应用的日益深入，我国制造企业在今后一段时间将面临的问题是：如何将cad技术由二维绘图向三维建模发展，进一步提高设计效率；怎样充分发挥cae技术的作用，提升产品的竞争力；如何尽快将cam/capp技术应用于数控编程及工艺设计上，提高数控设备的应用水平，提高工艺设计及工艺管理的计算机应用水平；如何在现有计算机辅助单元技术应用的基础上，提高cad/cam应用的集成化程度；如何在将来把cad/cam系统与产品数据管理系统有机地结合起来，形成企业级信息集成管理系统；面对先进设计理论和先进制造模式的发展，怎样抓紧时机迎接新的机遇与挑战等。这些都需要在今后的工作中不断的探索和研究cad/cam领域先进技术、不断地吸收及应用cad/cam领域的最新成果。综观先进制造技术的发展，可以看到，未来的制造是基于集成化和智能化的敏捷制造和“全球化”、“网络化”制造，未来的产品是基于信息和知识的产品。cad/cam技术是当前科技领域的前沿课题，它的发展和应用使传统的产品设计方法与生产模式发生了深刻的变化，从而带动制造业技术的快速发展，已经产生并将继续产生巨大的社会效益。（2）数控编程数控编程是指根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息制作成控制介质的整个过程。用数控机床来加工零件，加工前必须按要求编写零件加工程序，加工过程中机床按零件加工程序自己完成加工任务。数控机床编程是数控加工的基础。数控编程就是用特定的符号和规定的语法规则书写的机床数控系统能够识别的计算机程序，该程序指挥机床的不同部分按一定的动作顺序、运动轨迹(包括速度、加速度)、主轴转速等进行工件的切削加工工件。数控机床编程前要对所加工零件进行工艺分析并作必要的数值计算，然后按所使用的数控系统和机床厂家提供的编程手册要求编写零件加工程序。编写好的复杂零件加工程序还要进行仿真、试切等调试工作，才能用于零件的加工。由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其独有特点。数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样、确定加工工艺过程、计算走刀轨迹、得出刀位数据、编写数控加工程序、制作控制介质、校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。1.3 ug软件介绍1.3.1 ug nx 系统简介（1）ug的发展历史unigraphics(简称ug)是集cadcaecam于一体的三维参数化软件，包含计算机辅助工业设计、知识驱动自动化、数据交换和其他特殊应用等功能。从20世纪70年代以来，ug的开发经历了基于图纸（1974年）、基于特征（1988年）、基于过程（1995年）和基于知识（2000年）的发展阶段，功能不断地得到扩展，在cadcaecamplm等领域占有的市场份额不断扩大，具有独领风骚之势。ug nx基于windows平台，是当今世界上最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，广泛应用于航空、汽车、造船、通用机械、模具和家电等领域。（2）ug 系统的特点ug nx 软件具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析、提高了产品设计的可靠性。同时，可用三维模型直接生成数控代码进行加工制造，其后处理程序支持多种类型的数控机床。另外，它可应用多种语言进行二次开发。该软件具有以下特点： 集成的产品开发环境。 产品设计相关性与并行协作。 基于知识的工程管理。 设计的客户化。 采用复杂的复合建模技术，可将各种建模技术融为一体，支持多实体，支持参数化与非参数化。 用基于特征的参数驱动建模和编辑方法作为实体造型基础。 便捷的复杂曲面设计能力。 强大的工程图功能，增强了绘制工程图的实用性。 提供了丰富的二次开发工具。（3）ug nx 常用的应用模块ug nx 系统常用的应用模块有以下几种： 基本环境（gateway）：提供了所有应用模块所共有的常规工具，是必须安装的模块，它为其他应用模块提供支持。 建模模块（moldeling）：提供了设计产品几何结构的工具。 制图模块（drafting）：提供了创建和维护设计模型图纸的工具。 装配模块（assembling）：提供了构造部件装配的工具。 nx钣金（nx sheet metal）：提供了设计直形制动器钣金部件的工具。 加工模块（manufacturing）：提供了交互式编程和后处理铣、钻、车和线切割刀轨的工具。（4）ug nx 6.0 的新增功能本次设计我所使用的是ug nx 6.0 版本，nx 6.0极大地提高了我们的生产力。建立在新的同步建模技术基础之上的ug nx 6.0 的新功能在各个应用模块中都有体现，下面仅列举部分新功能。nx 6.0 整个系统的创新a. 创新性用户界面把高端功能与易用性和易学性结合在一起。b. 屏幕实际使用面积的最大化利用增加了对设计工作的关注。c. 实时着色。nx 6.0 工程过程管理a. teamcenter 项目支持b. 4层客户机支持c. 支持重用方案d. geolus 集成为了提高进行特别形状搜索的功能，nx 6.0 以嵌入式访问为特征，能够搜索可能存在的任何geolus 数据库。该搜索可以基于几何结构特征，比如形状和尺寸； 或者用户也可以创建一些核心的基本几何结构，这些基本几何结构形成形状搜索功能的基础。geolus 搜索结果可以包括nx零件、jt数据或者来自其他系统（比如，solidworks和catia）的数据。 nx 6.0 工业设计和造型a. 在创建自由形状的时候进行立即反馈b. 利用小平面几何结构进行逆向工程的速度更快c. 为设计人员定制的用户界面d. 更快、更简单的几何机构分析e. 更快的可视化 nx 设计a. 由同步建模技术驱动的无约束设计b. 对几何结构编辑的立即反馈c. 提示性选择在需要的时候为设计添加智能d. 三维尺寸驱动的编辑e. 剪贴簿建模d. 同步化（无历史记录模式）e. 替换助手 nx 6.0 的装配设计a. 在处理nx装配时的生产力提高b. 动态剖切改进了装配评审过程 nx 6.0 图纸和创建工具a. 快速的图纸创建工具b. 统一的草图环境c. 更好的模型动态交互操作d. 自动化孔表1.3.2 ug的发展现状、应用及其发展前景近年来，ug机械设计软件被广泛应用于家电生产企业、汽车配件的生产企业、汽车发动机的生产企业、航空航天所需零部件的生产制造企业、医疗器械的生产企业、模具生产企业等。ug中文版是全球最著名的3d机械设计软件之一，该软件自开发以来，凭借强大的功能、易学性和易用性广受设计师们的好评。ug使企业在产品设计中更加直观，更容易检查设计中的错误以及不足。ug机械设计软件还具有无与伦比的性能和价值，它是技术创新领域的先驱，并且还拥有最大的用户群。没有其他cad系统可以像ug那样帮助我们快速准确地完成产品设计工作。目前，在计算机三维机械设计软件市场中，ug属于主流的设计软件，在全球的销量已达到几十万套，位于3d cad软件销售榜首，远远地领先于其它同类产品。ug易学易用的特点使它成为大部分设计人员及从业者的首选设计软件，成为工程应用的通用cad平台。随着cad/cam软件加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，以及这些技术在模具行业中的普及应用，模具设计与制造领域正发生着一场深刻的技术革命，传统的二维设计及模拟加工方式正逐步被基于产品三维数字化定义的数字化制造方式所取代。在这场技术革命中，逐步掌握三维cad/cam软件的使用，并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键。 我国模具工业发展前景非常广阔。国内外模具及模具加工设备厂商己普遍看好中国市场。随着对模具设计质量与制造要求的不断提高，以及cad/cam技术在模具制造业中的大规模推广应用，急需大批熟悉cad/cam技术应用的模具设计与制造的技术人才1.4本课题研究的主要内容本课题的主要任务是对变速箱进行设计并运用ug对变速箱实体建模，在ug软件中加工仿真，以达到cad/cam技术的研究目的。cad/cam技术已经发展成为比较成熟的一项技术，而ug作为一款强大的3d建模软件自然会在此技术中得到广泛应用。本设计通过对变速箱的建模和工艺分析，在ug软件中进行仿真加工，在仿真加工中要对各项工序进行加工参数设置，刀具路径生成及刀具路径检验，最后还要进行后置处理，将计算出的刀轨依照规定的标准格式转化为nc代码并输出保存。本课题实现了零件的三维实体建模及数控编程，对实际生产会有一定的指导意义。具体实现方案为：（1）变速箱的设计和数控加工程序编制的技术现状分析。（2）运用ug软件对变速箱进行三维实体建模。（3）运用ug 进行仿真加工，生成nc代码。2基于ug的变速箱实体模型设计2.1 nx 建模的基本概念nx 建模应用模块提供了一个实体建模系统，可以进行快速的概念设计。用户可以交互式的创建并编辑复杂的、实际的实体模型。可以通过直接编辑实体尺寸的方法或使用其他构造技术对实体进行更改和更新。2.2 nx 建模流程建模造型有三种类型：一是原创产品设计；二是根据已有二维图纸建立模型，即所谓的图纸造型；三是逆向工程，即点测绘造型。2.2.1 原创产品设计原创产品设计流程如图2.1所示：草图曲线成型特征线结构实体模型曲面模型曲面特征工程图装配体 图 2.1 原创产品设计流程2.2.2 图纸造型图纸造型的流程图如图2.2所示：二维图dwg或dxf分析处理导入ug二维曲线编辑、转换曲面特征曲面模型识图分析特征绘制曲线二维图无电子档绘制草图三维线架构成型特征实体图 2.2 图纸造型的流程2.2.3 逆向工程逆向工程流程如图2.3所示： 测绘点导入ug由点构面由点构线线构架曲面模型曲面工具曲面特征实体模型图2.3 逆向工程流程2.3 设计思想所谓的设计思想就是在建模之前做的计划，是产品设计的第一步。它的合理性直接影响以后的建模修改和后续工作。所以设计思想是我们建模的前提，我们要从以下几点来优化我们的设计思想。2.3.1 草图的优化设计草图是位于指定平面上的曲线和点所组成的一个特征，由草图平面、草图坐标系、草图曲线和草图约束组成，一般作为三维实体模型的基础。绘制草图时可先绘制轮廓曲线，再添加几何约束。建立草图几何约束时应注意：（1）添加几何约束线，应先固定某个草图对象；（2）尽量按设计意图添加充分的几何约束；（3）当遇到要频繁更改尺寸时，应按设计意图添加少量约束，以提高修改效率。2.3.2 合理应用特征建立零件实体模型建立一个零件的实体模型往往有很多种不同的途径，怎么样使我们以最少的步骤最佳的效果最简单的特征去建立我们需要的零件模型是我们优化的目的。所以我们在建模时一定要安排好特征的顺序，想好先实现哪一个特征，是先建立凸台还是先挖孔等等，一般我们把大的特征放在前面而像孔，倒角，圆角等小的特征放在后面，这样利于我们修改。 3基于ug的零件数控加工技术3.1 数控加工技术的主要内容数控加工泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床是一种按照输入的数字程序信息进行自动加工的机床。数控加工技术是指高效、优质地实现产品零件特别是复杂形状零件加工的有关理论、方法与现实的技术，它是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制造加工的基础与关键技术。一般来说，数控加工技术涉及数控加工供应和数控编程技术进行加工的全过程。数控加工作为机械制造业中先进生产力的代表，经过十余年的引进与发展，已经在汽车、航空、航天、模具等行业发挥了巨大的作用。它推动了企业的技术进步和经济效益的增长。但是由于多方面原因，国内不同行业在应用数控加工方面表现的差距较大。一方面由于机床刀具软硬件配置等方面的原因，尤其是多坐标控制联动的高速铣削机床，进口设备由于其成本很高，企业不得不考虑其投资效益问题。另一方面多坐标联动高速铣削的cam软件选型、应用编程与开发方面，需要一个长时期的技术积累才能赶上国外先进水平，尤其是对于人员的技术水平要求较高的cam软件应用编程开发方面表现更为明显。 在我的毕业设计当中，用到的数控加工技术主要有：了解数控加工的适用条件和适应范围；能从二维工程图纸和三维实体模型中分析出零件的主要数控加工区域和重难点加工区域；通过对图纸的初步分析，能够比较合理的构思出零件的加工顺序；掌握一门优秀的cam软件，将数控技术与cam软件结合起来，进行数控加工模拟；对数控加工中的一些关键技术要掌握。3.1.1 数控铣削加工技术的工艺适应性根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按工艺适应程度将零件分为下列3类：（1）最适应类 形状复杂，加工精度要求高，用通用加工设备无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件； 用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件； 具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件； 必须在一次装夹中合并完成铣、镗、铰或攻螺纹等多工序的零件。（2）较适应类 在通用机床上加工时易受人为因素干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件； 在通用机床上加工需要制造复杂的专用工装的零件； 需要多次更改设计后才能定型的零件； 在通用机床上加工需要做长时间调整的零件； 用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。（3）不适应类 生产批量大的零件（当然不排除其中个别工序用数控机床加工）； 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件； 加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件； 必须用特定的工艺设备协调加工的零件。3.2数控加工工艺分析3.2.1 数控加工工艺概念数控加工工艺，简单说就是用数控机床加工零件的工艺。它是从毛坯设计到机床工具选择到数控加工编程到加工仿真与优化到生成nc程序到最后进行加工的过程。3.2.2 数控机床的选用 （1）数控机床规格的选用 数控机床的选择应根据要加工零件进行选用。主要规格就是几个数控坐标的行程范围和主轴电动机及进给电动机的功率。本课题加工的工件为630*512*160的变速箱体，所以选取工作台尺寸为700*700的加工中心，以便于安装夹具，定位工件。 （2）选择机床的精度等级，要根据零件关键部位加工精度的要求来定。机床的加工精度项目很多（如单轴定位精度，单轴重复定位精度，铣圆精度等等）但普通型的加工中心一般可以批量加工出8级精度零件，精密型加工中心可以批量加工出6-7 级精度的零件。需要指出的是，要想获得合格的加工零件，选取适用的机床设备只解决了问题的一半，另一半必须采取工艺措施来解决。本课题的变速箱箱体要求最高精度为5级（箱体上有要与d级轴承配合的孔），所以要选用精密型加工中心的机床。3.2.3 被加工零件的结构材料分析 （1）变速箱体结构分析 它的主要结构是由凸台，轴孔，螺纹孔组成。箱体的开口面上的十个m6螺纹孔和两个m10螺纹孔主要用于固定箱体。箱体底面有一个m16的漏油孔。箱体有耳面有两个直径80mm和五个直径62mm的轴孔还有一个直径28mm的轴孔都用于放置轴承，各个轴孔分别存在凸台，凸台上打有螺纹孔，用于固定轴承端盖。无耳面大体与有耳面相同，不再赘述。 （2）变速箱体材料分析 由于变速箱在生产过程中要在数控机床上加工，可能要承受较大的载荷，在满足材料的硬度，强度，刚度等加工条件前提下，又出于经济性的考虑，我们选择了铸钢材料。下面我们将铸钢材料的性能做一下简单介绍：我们这里所说的铸钢指一般工程用的铸造碳钢。铸造碳钢牌号选择zg200-400，它具有良好的塑性，韧性和焊接性能，是变速箱这类要求韧性的机械零件最常选用的材料之一。3.2.4零件的加工工序方案制定在数控机床加工零件，工序应尽量集中，一次装夹尽可能完成大部分工序，数控加工工艺方案的制定有以下几种方法：（1）按加工内容制定工序方案对于加工内容多的零件，按零件结构特征将加工内容分成若干部分，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减少换刀次数，压缩空行程和减少换刀时间，且能降低换刀引起的误差。（3）按粗，精加工制定工序方案 对于容易引起加工变形的零件，通常粗加工后需要进行矫形，这时粗加工精加工作为两道工序，即先粗加工再精加工，可用不同的机床和不同的刀具进行加工。为了便于分析和表达较复杂的工序，在工序内又分为工步，工步的划分主要从加工精度和加工效率两方面考虑。如在零件加工时，对于按粗加工，半精加工，精加工依次完成，整个加工按先粗后精分开进行。数控加工按工步划分后，三检（自检，互检和专检）不好执行，为了防止零件发生批次质量问题，应采用分工步校验，而不是加工完整个工序后再校验。根据变速箱形状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 粗铣凸台（无耳面） 有耳面加工 05 开粗 05.01 粗铣削耳面 05.02 粗铣削凸台面 05.03 粗铣削耳部下端 05.04 粗铣削耳部下端曲面 05.05 粗镗轴孔 10 光刀 10.01 精铣削耳面 10.02 精铣削凸台面 10.03 精铣削耳部下端 10.04 精铣削耳部下端曲面 10.05 精镗轴孔 15 钻削5的螺纹底孔 20 钻削6.8的螺纹底孔 25 攻m6的螺纹 30 攻m8的螺纹 35 倒角 无耳面加工 40 开粗 40.01 粗铣削凸台面 40.02 粗镗轴孔 45 光刀 45.01 精铣削凸台面 45.02 精镗轴孔 50 钻削5的螺纹底孔 55 钻削6.8的螺纹底孔 60 攻m6的螺纹 65 攻m8的螺纹 70 倒角 75 粗铣开口面 80 精铣开口面 85 粗铣漏油孔凸台 90 精铣漏油孔凸台 本方案的优点：充分利用数控加工中心，实现了铣刀，镗刀，钻头，螺纹刀等多种刀具的自动换刀，实现了单面加工的全自动。粗加工无耳面凸台作为有耳面凸台加工的基准面比较完善。本方案的缺点：未实现一次装夹满足加工要求，需要多次装夹完成不同面的加工；由于变速箱箱体的复杂，我们没能在数控加工中心一次装夹完成加工任务，是本次设计的不足，如有充分时间我们可以尝试在夹具上做研究，使在数控加工中心上要加工的内容一次装夹即可完成。3.2.5 数控加工中心的工艺适应性加工中心(computerized numerical control machine )简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。如图3.2是一立式加工中心的基本结构。工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。 加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80左右(普通机床仅为1520)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。3.2.6 零件的加工方案（1）凸台的加工凸台的加工主要是凸台面的加工，这里我们要求尺寸精度为it7。查资料可知：经过粗铣的平面可达it12-it14，经过精铣的平面可达it7it9，所以我们选择铣平面即可达到加工要求。（2）轴孔的加工我们要加工的零件为特殊用途变速箱，轴孔要与d级轴承配合，要求达到的尺寸精度为it5，而精铣尺寸精度最多可达it7，所以这里不能简单的应用铣削加工。查资料可知：磨削和金刚石镗可以达到尺寸精度it5，而这里我们两个大面的孔还有同轴度的要求，磨削难以满足，所以选择金刚镗来加工轴孔。（3）螺纹底孔及螺纹加工 螺纹底孔的加工可在加工中心用相应的钻头加工。对于攻螺纹要根据螺纹孔的大小而定，对于6mm以下的螺纹，不宜在加工中心攻螺纹，应该在加工中心加工完底孔后应用其他手段完成攻螺纹加工。因为攻螺纹不能随机控制加工状态，小直径的丝锥很容易折断。对于6mm-25mm的螺纹可在加工中心进行攻螺纹加工。对于25mm以上的螺纹，可以采用镗刀片镗削加工。 由于变速箱箱体的形状比较复杂，加工时需要多次装夹才能完成对工件的加工内容，本次变速箱体加工综合考虑加工精度和经济性，采用了数控加工中心加工。3.2.7 刀具材料的选择及参数确定（1）刀具材料应具备的性能刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：1）硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须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）强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。3）耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。4）工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能、磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。（2）切削刀