特种车后桥主减速器壳建模工艺及制造论文

摘 要I摘 要机械加工工艺设计在现代机械制造领域中占有重要的地位，它与产品设计和产品制造密切相关。现代制造工艺技术是先进制造技术的重要组成部分，也是最有活力的部分。产品从设计到现实是必须通过加工才能完成，工艺是设计和制造的桥梁，设计的可行性往往会受到工艺的制约。CAD（Computer Aided Design） ，即计算机辅助设计。特别是三维建模技术，能够大大减轻设计人员的负担，及时发现设计中的错误，提高设计效率。CAM（Computer Aided Manufacturing） ，即计算机辅助制造。主要是指计算机辅助编程技术，它利用 CAD 技术生成的模型，输入的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。课题选取 Unigraphics 为开发平台，以箱体类零件为研究对象，结合机械厂现有的装备情况，详细介绍了其加工工艺设计过程，简要介绍如何在 UG NX4 的 CAD 模块下进行特征建模，以及如何在 UG NX4 的 CAM模块下进行设置，生成零件的加工轨迹和刀轨源文件及 NC 代码。关键词：机械加工工艺，箱体类零件，数控，UG，CAD/CAMAbstractIIAbstractMachining process design in the field of modern machinery manufacturing played an important role, it is product design and is closely related to product manufacturing. Modern manufacturing processes and technology are advanced manufacturing technology an important component of, but also some of the most dynamic. Products from design to reality is to be completed through processing, process design and manufacture of bridges, the feasibility of the design process is often subject to constraints.CAD, that is computer-aided design. In particular three-dimensional modeling technology, designers can significantly reduce the burden, to detect design errors, improve the design efficiency.CAM, that is computer-aided manufacturing. Mainly refers to computer-aided programming technique, which uses CAD technology to generate the model, type of information is part of the process route and process the contents of the output information is processed at the time of the tool trajectory (Tool paper), and NC program.Unigraphics select topics for the development platform to box-type parts for the study, combined with the existing mechanical plant and equipment, the details of the design process of its processing technology, a brief introduction on how the CAD module UG NX4 under the feature-based modeling, as well as UG NX4 how the CAM module under the settings, to generate machining tool path trajectory and source files and NC code.Keywords: Machining process design, Box-type machining parts, CNC technology , UG, CAD / CAM.目 录III目 录摘 要 IABSTRACT.II目 录 .III第一章 绪 论 11.1 CAD/CAM 技术 11.2 UG 简介 .21.3 机械加工工艺概述 41.4 数控加工工艺基础 41.5 传统的机械加工工艺设计 61.6 计算机辅助工艺过程设计 61.7 本课题的来源及意义 7第二章 后桥主减速器壳建模 82.1 UG NX 4.0 建模模块简介 .82.2 后桥主减速器壳模型的建立 8第三章 机械加工工艺规程的设计 103.1 主减速器壳的工艺分析及生产类型的确定 103.2 选择毛坯、确定毛坯尺寸 123.3 拟定后桥主减速器壳工艺路线 143.4 机床设备及工艺装备的选用 .173.5 加工余量、工序尺寸和公差的确定 193.6 切削用量的计算 26第四章 工装夹具的设计 37目 录IV4.1 数控立式车床夹具设计 374.2 加工中心夹具设计 38第五章 UG/CAM 输出刀轨及 NC 代码 44总 结 48参考文献 49致 谢 50第一章 绪 论1第一章 绪 论1.1 CAD/CAM 技术1.1.1 基本概念CAD/CAM 是计算机辅助设计与制造(Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing)的英文缩写，是一项利用计算机软、硬件协助人完成产品的设计与制造的技术，它是传统设计与制造技术与现代计算机技术的有机结合。CAD/CAM 技术产生于 20 世纪 50 年代末、60 年代初，高速发展于20 世纪 80 年代至 90 年代。自 20 世纪 80 年代初以来，计算机的应用日益广泛，几乎深入到生产过程的全部领域，并形成了许多计算机辅助的分散系统。仅在制造业的产品设计与制造过程中就出现了如下分散系统：CAD、 CAM、CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程分析 )、CAPP(Computer Aided Process Planning，计算机辅助工艺过程设计 )、CAQ(Computer Aided Quality，计算机辅助质量管理 )、CAFD(Computer Aided Fixture Design，计算机辅助夹具设计)等。这些独立的分散系统分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化等方面起到了重要的作用。但是，采用这些各自独立的分散系统不能实现系统之间信息的自动传递和交换。例如，一个分散的CAD 系统设计的结果既不能直接为 CAPP 系统接受，有关几何建模的技术信息也无法直接传递给一个独立的 CAM 系统，从而降低了计算机在产品设计和制造过程中的使用效率。为此，提出 CAD/CAPP/CAM 集成的概念，进而产生了一批基于 CAD/CAPP/CAM 集成化的计算机辅助设计与制造商用软件，其中以美国的 Unigraphics(简称 UG)软件最具代表性。目前UG 软件已经在汽车、航空航天、机械制造等领域得到越来越广泛的应用。所谓的 CAD/CAM 集成，是指在 CAD、CAPP 和 CAM 各模块之间有关信息的自动传递和交换。集成化的 CAD/CAM 系统能够借助于公共的工程数据库、网络通信技术、以及标准格式的中性文件接口，把分散于机第一章 绪 论2型各异的计算机中的 CAD/CAM 模块高效地集中起来，实现软、硬件资源共享，保证系统内信息的流动畅通无阻。1.1.2 CAD/CAM 系统的组成通常一个完整的 CAD/CAM 系统应具备:快速数字计算及图形处理功能、几何建模功能、处理数控加工信息的功能、大量数据和知识的存储及快速检索与操作功能、人机交互通信的功能、输入和输出信息及图形功能、工程分析功能等。CAD/CAM 应由人、硬件、软件三部分组成，其中硬件包括计算机及其外部设备，广义上讲硬件还包括用于数控加工的机械设备和机床等。软件一般包括系统软件、支撑软件和应用软件三类。系统软件主要负责管理硬件资源及各种软件资源，它面向所有用户，是计算机的公共底层管理软件，即系统开发平台;支撑软件运行在系统软件之上，是实现CAD/CAM 各种功能的通用性应用基础软件，是 CAD/CAM 系统专业性应用软件的开发平台;专业性应用软件则是根据用户具体要求，在支撑软件平台上进行二次开发的专用软件。计算机系统的硬件为系统工作提供物资基础，而系统功能的实现由系统中的软件运行来完成。随着 CAD/CAM 系统功能的不断完善和提高，软件成本在整个 CAD/CAM 系统中所占比重越来越大。目前国外引进的一些高档软件，其价格己经远远高于系统硬件的价格。由于企业技术水平及生产能力不同，在 CAD/CAM 技术的应用及其系统的构建上可以有不同的形式。由于 CAD/CAM 系统的投资相对较大，如何科学、合理地选择适合本企业的系统，必须经过充分的论证，这也是当前我国在推广应用信息化技术改造和提升传统制造业企业技术水平的过程中需要重视的问题。随着软硬件技术和网络技术的发展，CAD/CAM 系统的总体趋势是向着集成化、智能化、标准化和网络化方向发展。1.2 UG 简介1.2.1 UG 简介UG 是美国 EDS 公司开发的 CAD/CAM/CAE 系统，是当前国际流行第一章 绪 论3的工业设计平台。作为一款实用的工业设计软件包，UG 为用户提供了强大的复合建模手段，包括实体建模(Solid Modeling)、自由曲面建模(Free form Modeling)、特征建模(Feature Modeling)。装配建模(Assembly Modeling)等基本建模功能。同时还具有加工仿真、有限元分析、饭金设计，NC 编程操作、电气配线、空间管路设计、注塑模分析等专有模块。另外，UG 提供了强大的数据交换功能，其基于标准的 IGES 和 STEP 产品被公认为在数据交换方面处于世界领先地位。UG 提供了自由的建模功能和易于操作的编辑、分析工具，大大减轻了设计人员的工作量，让他们有更多的精力用于创造性设计上。其无与伦比的 CAM 技术，使虚拟产品开发成为可能，大大缩短了产品开发周期，可提高产品质量，为企业节约大量资金，进而带来显著的经济效益，因而在全世界范围内拥有庞大的用户群。1.2.2 UG 应用现状UG 是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM 高端软件。作为一个集成的全面产品工程解决方案，UG 软件家族使得用户能够数字化地创建和获取三维产品定义。UG 软件被当今许多世界领先的制造商用来从事概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真和数字化的制造等各个领域。UG 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过程的知识工程的组合，显著地改进了汽车、航天、航空、机械、消费产品、医疗仪器和工具等工业的生产。UG 为各种规模的企业带来了显而易见的价值:更快地递交产品到市场 ;使复杂产品的设计简化:减少产品成本和增加企业的竞争实力。它已成为世界上最优秀公司广泛使用的系统。这些公司包括:通用汽车、波音飞机、通用电气，普惠发动机、爱立信、飞利浦、松下、精工和柯达。如今通用在全球已拥有 17000 多个客户。UG 自 1990 年进入中国市场以来，发展迅速，己经成为中国航空航天、汽车、机械、计算机及外设、家用电器等领域的首选软件。目前在上海、北京、广州、成都、深圳、香港设有分公司和办事处，在全国设有第一章 绪 论413 个授权培训点。大连机车车辆厂、天津汽车研究所、长春光机所、上海飞机制造厂、北京福田汽车股份有限公司都是使用 UG 的成功范例，许多知名的家电企业，如海尔、海信、科龙、康佳、长虹、小鸭，利用 UG开发自身的系列化产品，获得了显著的经济效益。国内外有关 UG 的应用研究资料表明，UG 应用包括两种类型，一是直接利用 UG 软件进行产品的建模、分析、制造，二是在 UG 平台上进行二次开发。二次开发的内容涉及标准零件库、行业产品特征库、零件的自动化生成、零件成型与分析自动集成、典型产品的专家系统研究等。1.3 机械加工工艺概述机械制造工艺(Machine Building Technology)是各种机械的制造方法和过程的总称，而工艺过程(Process) 是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使之成为成品或半成品的过程。工艺设计(Process Design)是编制各种工艺文件和设计工艺装备等过程。在机械加工工艺设计过程中，需要分析和处理大量信息:既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸、公差、材料、批量等方面的信息，又要了解制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本、工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。各信息之间的关系又极为错综复杂，在设计工艺过程时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。机械加工工艺设计的主要任务包括：(1) 确定毛坯；(2) 确定零件的加工方法，安排合理的加工路线，选择定位基准；(3) 确定各工序所采用的设备、刀具、夹具、量具及辅助工具；(4) 确定加工余量，计算工序尺寸和公差，绘制工序图；(5) 选用合理的切削用量；(6) 计算时间定额和加工成本；(7) 编制包含上述所有资料的工艺文件。第一章 绪 论51.4 数控加工工艺基础数控加工工艺过程的特点：由于数控机床比普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因而在同等条件下，所采用的切削用量通常比普通机床大，加工效率也较高。选切削用量是要充分考虑这些特点。由于数控机床复合化程度越来越高，因此，工序相对集中式现代数控加工工艺的特点，明显表现为工序数目少，工序内容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序，所以数控加工的工序内容要比普通机床加工的内容复杂。由于数控机床加工的零件比较复杂，因此确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具和夹具、工件的干涉问题。在数控机床上加工时，具体的工艺问题，不仅仅成为数控工艺设计时必须认真考虑的内容，而且还必须作出正确的选择并编入加工程序中。不像通用机床加工中，可有操作者根据自己的实践经验和习惯自行决定。数控机床自动化程度高，但自适应能力差。数控加工工艺设计时，必须注意加工中的每一个细节（包括一个小数点活逗号） ，力求准确无误。不可由操作者在加工中自行决定。数控加工工艺过程的主要内容：（1）选择确定进行数控加工的内容；（2）对零件图样进行数控加工工艺分析；（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定；（4）数控加工工艺方案的确定；（5）工步、进给路线的确定；（6）选择数控机床的类型；（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；（8）切削参数的确定；第一章 绪 论6（9）加工程序的编写、校验与编写；（10）首件试加工与现场问题处理；（11）数控加工工艺技术文件的定型归档。1.5 传统的机械加工工艺设计传统的机械加工工艺设计是通过工艺师手工逐件设计的，一般需要经过以下步骤:即由工艺师对零件逐个进行工艺过程设计，然后填写工艺卡片，画出工序图，校核，誊写，描图，晒图，最后装订成册。传统的工艺设计方法远不能适应现代机械制造业发展的要求，具体表现为：（1）传统的工艺设计由人工编制，劳动强度大，效率低，且因人而异。（2）设计周期长，不能适应市场瞬息多变的需求。（3）设计质量在很大程度上依赖于工艺设计人员的水平。（4）人工工艺设计很难作到最优化、标准化。（5）工艺设计人员主要进行重复性繁琐的工作，缺少对创新工艺工作的研究。1.6 计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计(Computer Aided Process Planning CAPP)是通过向计算机输入被加工零件的几何信息如表面形状、表面间的相互位置关系、尺寸及其公差等)和加工工艺信息(如毛坯特征、加工精度、表面粗糙度、材料、热处理、批量、配合与啮合关系以及相应的技术要求等)，由计算机自动输出零件的工艺路线和工艺文件等工艺信息的过程。应用计算机辅助工艺设计，具有重要的意义，主要表现在:（1）可将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，转而从事新工艺的开发工作。（2）可大大缩短工艺设计周期，提高产品对市场的响应能力。（3）有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行总结和继承。第一章 绪 论7（4）有利于工艺设计的优化和标准化。（5）为实现 CIMS 等先进的生产模式创造条件。计算机辅助工艺设计的出现，使传统的人工工艺设计方法转变为自动化和半自动化的生产方式，使传统的生产技术产生了一次重大变革。利用计算机，应用 UG 软件辅助工艺设计的必要性己被越来越多的企业所认识，目前，计算机技术的应用已深入工厂企业的各个领域，通过计算机进行工艺辅助设计己成为可能。1.7 本课题的来源及意义来源：曾为泰安航天特种车有限公司加工的某种型号军用特种车上的零件。要求：用 UG 软件绘制三维零件图、编写加工工艺规程、设计工装夹具、选择出合适的刀具、利用 UG/CAM 出刀具路线并最终生成 NC 程序。目的及意义：毕业设计是工科学生的最后一个实践性环节。通过对零件的建模、工艺规划、工装设计、NC 编程，使学生能够熟练地运用所学的基础理论知识，初步掌握本专业课题研究的一般方法，独立完成课题设计，为毕业后深造打下良好的基础。第二章 后桥主减速器壳建模8第二章 后桥主减速器壳建模2.1 UG NX 4.0 建模模块简介在 UG NX 4.0 软件中，建模模块（modeling）是最基本的模块。草图的绘制，曲面、片体的生成和三维实体建立都在此模块进行。几何模型建立后，可在装配、制图、高级仿真、运动仿真、加工等模块做进一步操作，生成装配体、二维工程图，有限元分析、三维运动、加工导轨和工艺文档及 NC 代码的输出。建模模块主要的命令是草图，成形特征（包括拉伸、旋转，扫略、孔、圆台、腔体、长方体等、圆柱体等） ，特征操作（包括倒圆角、倒斜角、抽壳、布尔运算等） ，曲面（包括直纹面，通过曲线组、通过曲线网格、桥接、N 边曲面、偏置曲面等） 。2.2 后桥主减速器壳模型的建立该后桥主减速器壳结构复杂，应在仔细看懂工程图纸的基础上，弄懂各部分的几何关系，规划好建模的先后顺序，否则将给后续的操作带来麻烦，甚至会不得不返工重画。建模过程要仔细看图，不要标错尺寸。此建模的难点就在于建模的先后顺序安排、曲面的绘制（因为图纸给定的尺寸对于曲面的描述是远远不够的） 、布尔运算的操作（经常遇到无法求和、求差的地方） ，此外与 250 孔相对应的轴承座的支撑部分也要理解和把握好。规划好建模顺序后，运用最基本的命令就能完成全部建模过程。先运用草图命令绘制出中间板的轮廓，在此基础上进行拉伸，生成实体。在随后中，以这一实体为基体，进行后续的圆柱、凸台的添加，最后进行打孔、布尔运算、倒角、倒圆角等操作。其中的曲面部分是运用“通过曲线网格”命令，对截面曲线进行拉伸，生成片体，再把片体缝合成实体，最后与基体求和。由于建模步骤繁多，本人不在对建模过程作进一步阐述。由于建模过程中未及时抓取相关图片，现在已经无法进行回放操作，在此表示道歉。第二章 后桥主减速器壳建模9以下是最终建立好的后桥主减速器壳三维实体效果图：图 2.1图 2.2第三章 机械加工工艺规程设计10第三章 机械加工工艺规程的设计3.1 主减速器壳的工艺分析及生产类型的确定3.11 主减速器壳的用途顾名思义，该后桥主减速器壳是泰安航天特种车有限公司 5380 军用特种车上的零件，用以封装变速齿轮和润滑油，其中轴承座用以固定轴承和支撑轴。由于本人学的不是车辆专业，故不再做进一步介绍。零件中的配合面 T 和 T1，以及轴承座是加工的重点。两个配合面应达到图纸给定平面度、平行度和表面粗糙度的要求，以便和其他壳体正确良好的配合，避免润滑油的泄露。其他 250 孔、88 孔等孔也是加工的重点，设计工艺规程是应重点予以保证。3.12 主减速器壳的技术要求将该后桥主减速器壳的全部技术要求列于下表：表 3.1 后桥主减速器壳技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm 及精度等级表面粗糙度/m 形位公差/mm基准面 T 3.2上表面 T10.58IT7-IT8 3.2轴承座顶面 .07IT7-IT8 3.2 250 孔 .462()HIT7 3.225 孔 0.73458EIT8 6.388 孔 .50()IT8 6.3 83 孔 83 25 第三章 机械加工工艺规程设计1180 孔 80 25 28 凸台 22 12.5 15 孔*20 15 25M1 内螺纹 *12 M14-7H 12.5130 轴承座 0.12837()KIT7 3.2 M132 内螺纹 M132*1.5-6H 12.5 140 孔 140 刮平 25 135 槽 底 135 25 10 孔 0.218()HIT8 6.3 8 定位销孔 .3609IT9 3.2M16 内螺纹孔 2-M16-7H 12.5M16 内螺纹孔 2-M16-7H 12.528 侧面孔 0.328()HIT8 3.2 22 孔 .0IT8 3.2 M8 侧螺纹孔 3*M8-7H-L 12.5R27 内圆面0.27RIT12 25 三角形侧表面 3.2 注：其中 130 轴承座孔、M132 内螺纹、140 孔、135 槽、10 孔、28 侧面孔、22 孔要求合上轴承盖后加工。从上表看出，配合面 T 和 T1，250 孔、88 孔、130 轴承座孔第三章 机械加工工艺规程设计12等是主要配合和加工表面，设计者给与了较高尺寸精度要求、形位公差要求以及表面粗糙度要求。而 15 螺栓孔、28 凸台、135 槽和所有的螺纹孔等加工表面则给与了一般公差的要求。所以该零件各项技术要求制定较合理，符合该零件在使用中的要求。3.13 主减速器壳的工艺性分析 该减速器壳形状复杂，孔系繁多，属于典型的箱体类零件。其中两个配合面 T 和 T1 有较高的尺寸精度和平面度和平行度的要求，但配合面处于零件的中间，且面积不大，所以在加工时必须把轴承座垫起来。为此必须设计专门的夹具，用以定位和支撑配合面 T。由于零件重量较大，壳体较薄，在加工中容易产生变形。从这一点来说，工艺性并不是很好。该主减速器壳上孔系繁多，精度要求高且多尺寸不等，加工时需要很多不同的定尺寸刀具，从这一点来说，工艺性也不是很好。以上仅从加工角度分析，并未考虑零件各部分用途。总的来说，小批量加工该主减速器壳，设计和制造进度较高的专用夹具和选用精度较高的机床是必须的。从设计角度讲，零件的主要加工表面和非主要加工表面是清楚分开的，即主次分明，未注明公差的加工表面，经过粗加工或半精加工就能满足精度要求。从这里讲，该零件的工艺性良好。3.14 确定主减速器壳的生产类型依据设计题目可知生产类型为小批量生产。3.2 选择毛坯、确定毛坯尺寸3.2.1 选择毛坯由于该主减速器壳结构复杂，选用铸造毛坯。材料选用要求为球墨铸铁 QT600-3，采用砂型铸造和机器造型。毛坯是原厂家给定的，大量生产，精度较高。3.2.2 确定毛坯尺寸和机械加工余量由于毛坯已给定，铸造精度较高，加工余量较为均匀。经过对现有毛坯的测量，各加工表面均取 5mm 的加工余量，足够保证重要表面的精加工余量。第三章 机械加工工艺规程设计133.2.3 绘制三维毛坯模型运功 UG NX 4.0D 建模模块和先前建好的零件模型，运用拉伸等命令，绘制毛坯三维毛坯如图：图 3.1图 3.2第三章 机械加工工艺规程设计143.3 拟定后桥主减速器壳工艺路线3.3.1 箱体类零件的工艺特点1. 加工顺序先面后孔箱体类零件的加工顺序均为先加工面，以加工好的平面定位再来加工孔。因为箱体孔的加工精度高、加工难度大，先以孔为粗基准加工好平面，在以平面为精基准加工孔，这样既能为孔的精加工提供稳定可靠的的基准，同时可以使孔的加工余量均匀。另外，先加工平面，可切去铸件表面凹凸不平及夹砂等缺陷，有利于孔的加工，有利于保护刀具、对刀和调整。2. 加工阶段粗、精分开箱体的结构复杂，壁厚不均，刚性不好，而加工精度要求又高，故箱体主要加工表面都要划分为粗、精加工两个阶段。单件小批量生产的箱体加工，如果从工序上也安排粗、精分开，则机床、夹具数量要增加，工件转运也费力，所以实际生产中将粗、精加工在一道工序内完成。但从工步上讲，粗、精加工还是分开的。如在粗加工后将工件松开一点，然后再用较小的夹紧力夹紧工件，使工件因夹紧力而产生的弹性变形在精加工前得以恢复。3. 工序间安排时效处理箱体零件比较复杂，铸造内应力较大，故一般都应当在铸造后安排一次去应力处理，减少变形，保证精度的稳定。对于铸件是人工时效（或称去应力退火） 。3.3.2 定位基准的选择1. 精基准的选择根据该零件的技术要求，选择基准 T 表面、250 孔、基准 T1 表面做为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们做基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。基准 T 是基准 T1 的设计基准，选用其作为基准 T1的精加工基准，遵循了“基准重合”原则，保证了基准 T1 的平行度要求。同样，选用基准 T 和 250 孔的轴线作为加工 25 孔，第三章 机械加工工艺规程设计1580、83、88 孔，15 孔也遵循了“基准重合”原则。加工基准 T和 T1 时，采用互为基准，反复加工的方法，以保证基准 T 表面的加工余量、平面度和尺寸的要求，即遵循“互为基准”的原则。2. 粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。在此选用基准 T 的毛坯面作为粗基准，首先加工上表面，保证了 T 表面加工余量的均匀和它们相互位置的要求。3.3.3 表面加工方法的确定表 3.2 后桥主减速器壳个表面加工方案加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度/m 加工方案基准面 T 3.2 粗铣-半精铣-精铣上表面 T1 IT7-IT8 3.2 粗车-半精铣-精铣轴承座顶面 W IT7-IT8 3.2 粗铣-半精铣-精铣250 孔 IT7 3.2 粗镗-半精镗-精镗25 孔 IT8 6.3 钻-镗- 铰88 孔 IT8 6.3 粗镗-半精镗-精镗83 孔 25 粗镗80 孔 25 粗镗28 凸台端面 12.5 铣15 孔*20 25 钻M14 内螺纹*12 12.5 钻-攻丝130 轴承座孔 IT7 3.2 粗镗-半精镗-精镗M132 内螺纹 12.5 铣140 孔 25 粗镗135 槽 25 粗镗第三章 机械加工工艺规程设计1610 孔 IT8 6.3 钻-铰8 定位销孔 IT9 3.2 钻-铰M16 内螺纹孔 12.5 钻-攻丝M16 内螺纹孔 12.5 钻-攻丝28 侧面孔 IT8 3.2 钻-镗- 铰22 孔 IT8 3.2 钻-镗- 铰M8 侧面螺纹孔 12.5 钻-攻丝半径 27 内圆面 IT12 25 粗镗三角形侧凸台表面 3.2 粗铣 -半精铣3.3.4 加工阶段的划分该零件加工质量要求较高，加工难度加大，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工、精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。3.3.5 工序的集中与分散选用工序集中的原则安排零件的加工工序。该零件的生产类型为小批量生产，根据机械厂现有的设备条件，除了粗车 T1 面和 250 孔在数控立式车床加工外，其余工序都在 vs1575 立式加工中心上加工。采用专用夹具。由于该零件加工表面较多，工序集中可尽量减少装夹次数，不但可减少辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于各加工表面的相对位置要求。3.3.6 工序顺序的安排1机械加工顺序（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。第三章 机械加工工艺规程设计17（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要大的表面，后加工次要表面。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工基准平面，后加工面上的孔。2热处理工序本工件属于外协加工，所给毛坯已经进行了去应力退火处理，故不再考虑。对于粗加工带来的残余应力，利用工序间停留时间进行自然时效，足以满足精度要求。3辅助工序半精加工后，安排去毛刺和和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺。清洗和中间；各工序间要给与足够的冷却时间，是工件恢复变形。3.3.7 确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序的基础上，下表列出了后桥主减速器壳的工艺路线。表 3.3 后桥主减速器壳工艺路线及设备、工装的选用1 粗车上表面 T1 数控立式车床 机夹可转位车刀 游标卡尺2 粗镗 250 孔 数控立式车床 机夹可转位车刀 游标卡尺3 粗铣基准面 T 立式加工中心 可转位面铣刀 游标卡尺4 半精铣上表面 T1 立式加工中心 可转位面铣刀 游标卡尺5 半精铣，精铣基准面 T 立式加工中心 可转位面铣刀 游标卡尺6 精铣上表面 T1 立式加工中心 可转位面铣刀 游标卡尺7 粗镗，半精镗，精镗 250 孔 数控立式车床 硬质合金镗刀 游标卡尺8 钻，镗，铰 25 孔 立式加工中心麻花钻、铰刀、镗刀 内径百分表9 粗镗，半精镗，精镗 88 孔 立式加工中心 硬质合金镗刀 内径百分表10 粗镗 80，83 孔 立式加工中心 硬质合金镗刀 内径百分表11 钻孔，攻丝 M14 内螺纹 立式加工中心 麻花钻、丝锥 螺纹塞规12 铣 28 凸台 立式加工中心 立铣刀 游标卡尺13粗铣，半精铣，精铣轴承座顶面 立式加工中心 可转位面铣刀 深度尺14 钻，铰 8 定位销孔 立式加工中心 麻花钻、铰刀 塞规15 钻，攻丝 M16 内螺纹 立式加工中心 麻花钻，丝锥 螺纹规16 钻 15 孔 立式加工中心 麻花钻 第三章 机械加工工艺规程设计1817粗镗半精镗精镗 130 轴承座孔 立式加工中心 硬质合金镗刀 内径百分表18 粗镗 140 端面 立式加工中心 硬质合金镗刀 游标卡尺19 铣 135 沟槽 立式加工中心 三面刃铣刀 内径百分表20 铣螺纹 M132 立式加工中心 螺纹铣刀 螺纹塞规21 粗铣、半精铣三角形侧面 立式加工中心 可转位面铣刀 22 钻，镗，铰，28 测面孔 立式加工中心麻花钻、铰刀、镗刀 内径百分表23 钻，镗，铰，22 孔 立式加工中心麻花钻、铰刀、镗刀 内径百分表24 钻，铰 10 孔 立式加工中心 麻花钻、铰刀 塞规25 钻，攻丝 M8 内螺纹 立式加工中心 麻花钻、丝锥 螺纹塞规注：其中 130 轴承座孔、M132 内螺纹、140 孔、135 槽、10 孔、28 侧面孔、22 孔在加工中心第四轴加工。3.4 机床设备及工艺装备的选用3.4.1 机床设备的选用在中小批量的生产条件下，可以选用精度较高通用机床，结合我机械厂的实际设备状况。首选 VS1575 立式加工中心，满足零件对工作台尺寸、机床行程和功率的要求。考虑到提高加工效率，减轻加工中心的负担，选用 CK5112B/5 数控立式车床，进行 T1 表面的粗加工和 250 孔的全部加工工序。华东数控 VS1575 立式加工中心参数： 三轴行程：X 1500 mm，Y750 mm，Z650 mm；主轴鼻端到工作台面的距离：200-850mm。工作台尺寸：650X1700 mm；T 型槽宽度 18mm，数量 5，间距125mm；工作台最大载荷：1800kg主轴转速： 60-5000 r/min；主轴马达功率：11/15kW；主轴锥度：BT50 ；电机与主轴连接方式：直连。X、Y、Z 轴伺服马达功率：4/4/4kW；X、Y、Z 轴伺服马达扭矩22N.m；三轴快移速度：20 m/min ；切削进给率 1-5000m/min；手动进给第三章 机械加工工艺规程设计19率 0-2000m/min。三轴定位精度：0.016 mm；三轴重复定位精度：0.008mm。换刀方式：机械手式换刀；刀库容量：24 把；刀具最大直径：127mm；长度：300mm，重量 15kg；自动换到时间：5s。标准配置 FANUC 0i-MC 数控系统； 四轴联动。大连瓦机 CK5112B/5 数控立式车床参数：工作台直径 1000 mm，立刀架最大切削直径 1250mm，工件最大高度1000 mm，工件最大重量 3200 kg。工作台最高转速范围 500 r/min ，工作台最大扭矩 10000 Nm，立刀架最大切削力 20000 N。立刀架进给量范围 1-500 mm/min，立刀架快速移动速度 4000 mm/min。立刀架最大行程 水平 850 mm，垂直 850mm。横梁升降行程 1050 mm，横梁升降速度 660 mm/min。刀杆截面尺寸（宽高）3232 mm。主电机功率 22 kw ，进给电机扭矩 22 Nm。控制系统：Sinumerik 802D。3.4.2 工艺装备的选用1. 夹具的选用由于该零件结构复杂，工序繁多，设计专门的定位定位体和定位元件，选用标准通用的夹紧件，满足加工工序对定位精度的要求。夹具的详细设计和说明在后面中介绍。2. 刀具和量具的选用刀具质量的高低直接影响到数控机床加工效率的高低和加工质量的好坏。刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、以加工表面的质量和刀具消耗及加工成本。正确的选择刀具材料是选用刀具的重第三章 机械加工工艺规程设计20要内容之一。硬质合金具有高硬度，高红硬性，高耐磨性，高切削效率等特点的，在数控刀具中得到广泛应用，是数控刀具的主要材料。本工艺设计在平面铣削和内控的镗削中普遍选用硬质合金可转位刀具，保证工件的高效切削加工。硬质合金牌号选用 YG8 和 YG6，分别用于球墨铸铁的粗加工和精加工。在内孔和螺纹加工中，结合我厂实际，选用普遍应用的高速钢麻花钻、高速钢机用铰刀等定尺寸刀具，降低成本，提高加工精度。小批量生产中，采用高精度的通用量具，如游标卡尺、深度游标卡尺。内径百分表等，足以满足尺寸检验的需要。3.5 加工余量、工序尺寸和公差的确定3.5.1 工序 1 和工序 36，加工基准面 T 和上表面 T1 至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的确定。第 1，36 工序的加工过程为：1）以基准面 T 定位，粗车上表面 T1，保证工序尺寸 P1；2）以上表面 T1 定位，粗铣基准面 T，保证工序尺寸 P2；3）以基准面 T 定位，半精铣上表面 T1，保证工序尺寸 P3；4）以上表面 T1 定位，半精铣，精铣基准面 T，保证工序尺寸P4，p5；5）以基准面 T 定位，精铣上表面 T1，保证工序尺寸 P6。加工尺寸链如图 3.2 所示：第三章 机械加工工艺规程设计21P123P456ZZZT图 3.21. 从图中所知，P6= 。0.582. 从图中所知，P5=P6+Z6，其中 Z6 为精加工余量，查表确定Z6=1mm，则 P5=85+1=86mm。由于工序尺寸 P5 是在精铣加工中保证的，查表确定，精铣工序的经济加工精度等级为 IT10，其公差值为 0.14mm，故 P5=860.07。3. 从图中所知，P4=P5+Z5，其中 Z5 为精加工余量，查表确定Z5=1mm，则 P4=86+1=87mm。由于工序尺寸 P4 是在半精铣加工中保证的，查表确定，半精铣工序的经济加工精度等级为 IT11，其公差值为0.22mm，故 P4=870.11。4. 从图中所知，P3=P4+Z4，其中 Z4 为半精铣余量，查表确定Z4=1.5mm，则 P3=87+1.5=88.5mm。由于工序尺寸 P3 是在半精铣加工中保证的，查表确定，半精铣工序的经济加工精度等级为 IT11，其公差值为 0.22mm，故 P3=88.50.11。5. 从图中所知，P2=P3+Z3，其中 Z3 为半精铣余量，查表确定Z3=1.5mm，则 P2=88.5+1.5=90mm。由于工序尺寸 P2 是在粗精铣加工中保证的，查表确定，粗铣工序的经济加工精度等级为 IT12，其公差值为第三章 机械加工工艺规程设计220.35mm，故 P2=900.175。6. 从图中所知，P1=P2+Z2，其中 Z2 为粗铣余量，查表确定Z2=2.5mm，则 P1=90+2.5=92.5mm。由于工序尺寸 P1 是在粗铣加工中保证的，查表确定，粗铣工序的经济加工精度等级为 IT12，其公差值为0.35mm，故 P1=92.50.175。为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。1. 余量 Z6 的校核，= =86+0.07(850.05)=1.12mmmax6Zax5Pmin= =860.07(85+0)=0.93mmininax2. 余量 Z5 的校核，= =87+0.11(860.07)=1.18mmmaxax4min= =870.11(86+0.07)=0.82mmin5inax3. 余量 Z4 的校核= =88.5+0.11(870.11)=1.72mmmaxZax3Pmin= =88.50.11(87+0.11)=1.28mmin4inax4. 余量 Z3 的校核= =90+0.175(88.50.11)=1.785mmmaxax2min= =900.175(88.5+0.11)=1.215mmin3inax5. 余量 Z2 的校核= =92.5+0.175(900.175)=2.85mmmaxZax1Pmin= =92.50.175(90+0.175)=2.15mmin2inax余量校核表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。将工序尺寸按“入体原则”表示：P6= mm，P5= mm，P4= mm，P3= mm，P20.580.148670.28710.2861= mm，P1= mm。.3917.3592第三章 机械加工工艺规程设计233.5.2 工序 2，7粗车，半精车，精车 250 孔的加工余量、工序尺寸和工差的确定查表“按照 7 级与 9 级公差加工预先铸出或热冲出的孔” ，确定各工序的基本尺寸为，247mm，249.3mm，250mm，即粗车余量 =7，半Z粗 车精车余量 =2.3mm，精车余量 =0.7mm。 查表得各工序可达Z半 精 车 Z精 车的经济精度等级为 IT12， IT10，IT7。查标准公差数值表得相应公差值分别为 0.46mm，0.185mm，0.046mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，粗车 ，0.4627半精车 ，精车 。0.18524930.4627()H3.5.3 工序 8钻，半精镗，精铰 25 孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定查表“基孔制 7、8、9 级孔的加工余量”可得，各工序的基本尺寸为23mm，24.8mm，25mm，即钻孔余量 =23mm，半精镗余量Z钻=1.8mm，精铰余量 =0.2mm。查表得各工序可达的经济精Z半 精 镗 精 铰度等级为 IT12，IT10 ，IT8。查标准公差数值表得相应公差值分别为0.21mm，0.084mm，0.033mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，钻孔 ，0.213半精镗 ，精铰 。0.8420.734258()E3.5.4 工序 9粗镗，半精镗，精镗 88 孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定查表“按照 7 级与 9 级公差加工预先铸出或热冲出的孔”确定，各工序的基本尺寸为，86mm，87.3mm，88mm，即粗镗余量 =8mm，半Z粗 镗精镗余量 =1.3mm，精镗余量 =0.7mm。 查表得各工序可达Z半 精 镗 Z精 镗的经济精度等级为 IT12， IT10，IT8。查标准公差数值表得相应公差值分别为 0.35mm，0.14mm，0.054mm。综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，粗镗 ，0.3586半精镗 ，精镗 。0.148730.548()H第三章 机械加工工艺规程设计243.5.5 工序 10粗镗 83，80 孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定按毛坯孔直径 78mm 计算，两孔的余量均不大，故都各粗镗一次，达到要求尺寸，粗镗余量分别为 5mm，2mm。查表得粗镗的经济加工精度为 IT12，查标准公差数值表得相应公差值为 0.35mm 和 0.3mm。确定工序尺寸为 830.175mm，800.15mm。3.5.6 工序 11，15，25钻，攻丝 M14，M16，M8 螺纹孔加工余量、工序尺寸和公差的确定由于所有的螺纹孔的尺寸精度和表面粗糙度要求都不高，故采用一次钻孔后攻丝的方法加工，查表“攻螺纹前钻孔用麻花钻直径”可得，攻丝前钻孔用麻花钻直径分别为 12mm，14mm，6.8mm。即钻孔余量分别为12mm，14mm，6.8mm。攻丝是一次成形加工，故不再做加工余量的确定。3.5.7 工序 12铣 28 凸台的加工余量、工序尺寸和公差的确定每个凸台均在一次进给切削中完成，即切掉全部余量 5mm，由于本工序主要保证凸台面和基准面 T 的平行要求，尺寸精度靠机床和夹具保证，故不再予以考虑。3.5.8 工序 13粗铣，半精铣，精铣轴承座上表面的加工余量、工序尺寸和公差的确定该工序是以上表面 T1 为定位基准，在一次装夹中加工完成的。查表可得，粗铣余量 =2.5mm，半精铣余量 =1.5mm，精铣余量Z粗 铣 Z半 精 铣=1mm。查表得各工序可达的经济精度等级