目录
第一章 绪论…………………………………………………………………1
1.1变速箱…………………………………………………………1
1.2 机械加工…………………………………………………………2
1.3 数控加工技术……………………………………………………3
1.4 本章小结…………………………………………………………8
第二章 机械加工工艺设计…………………………………………………9
2.1 设计题目…………………………………………………………9
2.2 机械加工工艺……………………………………………………9
2.3 计算生产纲领、确定生产类型…………………………………11
2.4 零件的分析………………………………………………………11
2.5 确定毛坯的制造方法，初步确定毛坯形状……………………14
2.6 工艺规程的设计…………………………………………………15
2.7 确定切削用量基本工时（机动时间）…………………………21
第三章 夹具的设计…………………………………………………………34
3.1 问题的提出………………………………………………………34
3.2 夹具设计的相关计算…………………………………………..34
3.3 夹具结构设计与操作说明………………………………………37
第四章 数控加工编程………………………………………………………38
4.1 零件的数控加工分析……………………………………………38
4.2 应用软件的介绍…………………………………………………39
4.3 零件的造型及导入过程…………………………………………41
4.4 零件的数控加工及仿真校验过程………………………………41
4.5 G代码的生………………………………………………………63
4.6 本章小结…………………………………………………………64
第五章 总结与展望…….……………………………………………………65
5.1 设计的总结………………………………………………65
5.2 展望………………………………………………………………67
参考文献………………………………………………………………………69
附录……………………………………………………………………………71
致谢…………………………………………………………………………..82
第一章 绪论
工艺设计是现代制造业的重要基础工作，是连接产品设计与产品制造的桥梁和纽带。工艺设计的质量和效率直接影响企业制造资源的配置与优化、产品质量、生产组织效率、产品成本与生产周期等方方面面。随着科学技术的迅速发展，机械产品的结构、零件的形状也在不断改进，人们对零件加工质量和加工精度的要求也越来越高。由于产品改型频繁，而且对精度要求高，为了提高生产效率，降低成本，保证产品质量，要求产品不仅有较好的通用性和灵活性，而且应实现加工过程的自动化。采用组合机床、自动机床、仿形机床和自动线，其设备的第一次投资费用高，生产准备时间长，而且不能满足零件形状复杂和改型频繁的要求。于是一种新型的机械加工设备—数控加工机床应运而生。
当前，在机械加工领域数控机床的使用已经非常普及，各个工厂企业都有不少数控机床，数控机床的出现使工业生产设备产生了本质的变革。在机械加工生产中，数控技术的应用不仅减轻了工人的劳动强度，还大大提高了产品质量和精度。
1.1 变速箱[1]
变速箱发展至今，已经有手排档，自动排档的设计，其中自排变速箱更发展出无段变速系统，或手自变速系统，然而，它们都一样有共同的功能：(1)传递引擎的输出动力(2)能变换齿轮的组合以应付不同需求。手排变速箱的基本构造：变速箱输入轴通过离合器，变速箱输入轴跟引擎的曲轴连接在一起，它的功能就是输入引擎的动力。变速箱输出轴变速箱输出轴和汽车的传动装置直接连接在一起，把动力输出使用。排档机构这个机构就是整个变速箱功能的地方，它就是各种齿轮的地方，藉由不同的组合，实现变速箱操作的目的。同步器的目的是帮助变速齿轮能同步咬合，确保变速箱换档操作时的平顺。其实，变速箱是一个精密度相当高且复杂的机械，直到今天，大多数的车厂是不自己生产变速箱的，这些车厂都交给专门在设计变速箱的公司来生产，无论是手排、自排，还是手-自排的变速箱，都有很有名的公司在专司的，如响誉世界的德国zf变速箱公司。
1.1.1 国内外动态
纵览全球变速箱市场，自动变速箱（AT）在北美市场，CVT在日本市场，手动变速箱在欧洲市场各自占有着主导地位。几年前开始出现的双离合器变速箱（DCT），将在一定程度上改变现有的市场的格局。而未来几年，全球的轻型车变速箱市场的竞争将在AT, CVT和DCT之间激烈展开。
在过去的几年内，依靠欧洲已有的手动变速箱生产设施和条件，双离合器变速箱已经被大批量生产，其自动换档的特性以及良好的燃油经济性（相对于传统4速自动变速箱，其燃油消耗量将降低大约10％）使得其逐渐占据了一部分原有的手动变速箱和自动变速箱市场。作为这项技术的先行者，大众公司已经开始了在全球用双离合器变速箱来取代现有的外购自动变速箱的计划。与此同时，双离合器变速箱的产品种类以及应用范围也正在逐渐扩大：干式双离合器变速箱在未来几年将出现在欧洲市场，而小于150N.M的输入扭矩的双离合器变速箱也正在紧锣密鼓的研发当中。未来我们将会看到双离合器变速箱在欧洲市场的快速发展。
在北美，为了沿袭美国消费者传统上对自动变速箱的偏爱，“三大”依然坚持着对自动变速箱的研究和提高，先进的六速变速箱将充分利用现有的四速自动变速箱的设施和基础，而其燃油经济性也将更好（提高大约5％左右）。与此同时，双离合器变速箱也开始引起了“三大”的注意，他们正在寻求外来合作以缩短与竞争对手的差距，。面对变幻莫测的油价，美国消费者在注重乘驾舒适性的同时，开始前所未有的关心各种可以降低燃油消耗的方法：双离合器技术便是其中之一。在未来，我们将会看到：在北美市场上，手动变速箱继续减少，相当部分4速自动变速箱被6速或者更多档位的自动变速箱的逐步取代。
过去的五六年时间里，伴随中国经济的快速飞跃，中国汽车市场在经历了几个“井喷”之后，整车制造商之间的竞争将从以前的竞争不足阶段逐渐过渡到完全竞争时代。在未来几年，随着广大汽车消费者对汽车专业知识的积累以及汽车消费意识的成熟，尤其是当部分消费者在购买了第一辆车后，开始考虑第二辆时，其消费行为将变得理性起来，而市场的竞争将从产品层面的竞争上升到技术层面的竞争。作为动力系统的一部分，变速箱将会成为消费者在买车时重点考虑因素之一。不同的变速箱技术在带给消费者不同体验的时候，也将影响到整车市场的竞争。
由于几乎所有全球整车制造商都已经进入中国市场，中国市场的竞争成为了一个全球汽车市场竞争的缩影，这种列强混战的战火也蔓延到汽车变速箱市场上。全球三大独立自动变速箱生产商均已经杀入中国市场：爱信（Aisin AW）在天津的工厂在以CKD方式为一汽丰田的皇冠和锐志配套的同时，正在招兵买马，准备做零部件深加工，为进一步的国产化做准备；采埃孚（ZF）在向中国市场出口自动变速箱多年以后，最终将自动变速箱的生产转移到中国的合资工厂，而且在引入五速自动变速箱的基础上，六速自动变速箱的引进工作也正在进行中；动作稍慢的JATCO, 长期以来受制于母公司日产，在历经两年的考察后，最终落户广州。而全球最大的手动变速箱生产商格特拉克在中国的合资项目在经历了重重谈判后，终于尘埃落定。对格特拉克而言，手动变速箱只是短期的目标，长远来看，双离合器变速箱才是他们的真正目的。而那些拥有变速箱技术的全球整车制造商们，早就把变速箱生产纳入了自己在中国的市场战略中：较早行动的通用，本田和现代都已经有了自己的自动变速箱生产线或者总装线；野心勃勃的丰田一直在为“2010年中国10％的市场份额”在努力：在爱信（唐山爱信生产手动变速箱，天津爱信生产自动变速箱）的帮助下，丰田解决了绝大部分变速箱的供应问题，接下来的任务是如何提高变速箱的零部件国产化质量，为创造更多的利润和更大的降价空间做准备；按捺不住的福特，正在将四速自动变速箱的生产线转移到中国；捉襟见肘的克莱斯勒，希望借中国本土厂商的力量，通过转让四速自动变速箱技术，在获得可观的转让费的同时，也解决自己车型的配套问题，可谓一举两得，只是不知道他们能否熬过漫长的磨合期。
1.1.2 未来发展趋势
我们也欣慰的看到一些中国本土整车制造商以及独立变速箱生产商在这条路上的努力和前进。在吉利生产出第一台自动变速箱之后，中国没有自主知识产权自动变速箱的空白已经被弥补。与此同时，其他的厂商也在CVT和DCT发展的道路上悄然前进。由于历史的原因和技术的被垄断，中国本土厂商先进变速箱技术的研发之路依然任重而道远，年轻的中国本土厂商需要对变速箱技术加以更多的重视，研究和投入。在未来到2010年，中国轻型车市场对最大输入扭矩为150N.M以下范围的变速箱的需求将超过350万台，而这当中，双离合器变速箱有80％的市场机会去争取。面对如此庞大的一个市场，如何生产与之相配的双离合器自动变速箱，是摆在所有整车制造商和自动变速箱制造商面前的一个重要课题，而这也是中国本土制造商的在这一领域的机会所在。
1.2 机械加工
1.2.1 机械加工生产过程和工艺过程[2]
在制造机器时，由原材料到成品之间的所有劳动过程就是一个生产过程。在机械产品的生产过程中，那些与原材料变为成品直接有关的过程就是一个工艺过程。
1.2.2 国内外动态[3]
工艺水平低下导致生产出的产品不受青睐，这是我国机械产品普遍存在的问题。产品零件精度低、生产效率低、工艺消耗高、环境污染大等是我国机械工业发展的巨大障碍。
工艺水平总体有所提高。随着我国装备制造业的发展，特别是结合国家重大装备研制与技术引进和技术改造，制造业总体工艺水平和综合制造能力得到了新的提高。装备制造业的机床数控化率有了较大的提高，特别是五轴联动数控加工中心的应用，极大地提升了切削加工精度、效率与柔性化水平，产品装配工艺有新的突破。但工艺水平与国外仍有差距。我国机械制造工艺虽然有了长足进步，但与发达国家先进工艺相比，在技术方面还存在着很大的差距。
世界经济在飞速发展，全球经济一体化进程加速，世界产业结构也在调整转移，机械行业也在发生翻天覆地是变化，正向更先进的方向发展。
1.2.3 未来发展趋势
全球工程机械行业的发展趋势有以下几个方面：
1、全球范围内的兼并重组加剧，生产集中度进一步提高。世界范围工程机械生产集中度很高，而且还在继续提高；
2、专业化生产程度提高。越来越多的企业成为组装厂，零部件全部专业化生产，关键零部件基本上是由专业厂生产；
3、区域化和专业化程度提高，缩短了订货和交货时间，让生产接近客户。北美和欧洲的很多国家将一些企业搬到亚洲、拉美等第三世界，他们的产地离客户更近了，这就可以缩短定货和交货时间，就譬如在中国有很多国外企业；
4、小型设备的产量大幅增长。欧美大型土石方施工已经基本完成，工作量下降，一些维修或私人用、家庭用小型机产量上升，主要有：反铲式装载机、滑移与转向装载机和伸缩臂装卸机械。这几个机种我国都有，但应用不广泛，而且产量小。
1.3 数控加工技术[4]
随着计算机技术的高速发展，传统的制造业发生了根本性的变革，各工业发达国家对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测和自动控制等高新技术于一体，是用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法，具有高精度、高效率及柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化及智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性的变革，正由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化的基础上，数控系统实现了超薄型和超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制和神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精及高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
数控加工技术是现代机械制造技术的基础，由于数控加工是将数字化控制技术应用于传统的加工技术之中，因此它覆盖了几乎所有的加工领域，如车、铣、刨、镗、钻、拉和电加工等，它的广泛应用，给机械制造业的生产方式、产品结构带来了深刻的变化。随着数控技术的飞速发展，数控技术的水平和普及程度 已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平的重要标志。
数控加工是机械制造中的先进加工技术。它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构和产业结构带来了深刻的变化，是制造业实现自动化、柔性化和集成化生产的基础，为机械制造行业和国民经济产生了巨大的效益。
1.3.1 数控加工的特点
数控加工是在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但数控加工与传统的加工方法又有明显的区别，数控加工的工序内容比普通机加工的工序内容复杂，加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。与传统的加工方法相比，数控加工具有如下优点：
1、适应性强：数控加工是根据零件要求编制的数控程序来控制设备执行机构的各种动作，当数控工作要求改变时，只要改变数控程序软件，而不需改变机械部分和控制部分的硬件，就能适应新的工作要求；
2、精度高，质量稳定：数控加工本身的加工精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿；数控机床加工零件是按数控程序自动进行，可以避免人为的误差；
3、生产率高：数控设备上可以采用较大的运动用量，有效地节省了运动工时；
4、能完成复杂型面的加工：许多复杂曲线和曲面的加工，普通机床无法实现，而数控加工完全可以完成；
5、减轻劳动强度，改善劳动条件：因数控加工是自动完成，许多动作不需操作者进行，故劳动条件和劳动强度大为改善；
6、有利于生产管理：采用数控加工，有利于向计算机控制和管理生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。
数控加工工艺的主要内容包括以下几个方面：
１．选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容；
２．分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等；
３．调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿；
４．分配数控加工中的容差；
５．处理数控机床上部分工艺指令。
1.3.2 国内外动态
长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器，加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长和加工余量等加工参数无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，很有必要对数控技术实行变革势。
近年来，国内制造业发展迅速，全球制造业向我国转移的趋势十分明显，代表着先进制造技术的数控加工在我国的制造业中日益普及。数控加工技术的发展、常规加工工艺的条件的变更和工艺参数的优化为实现优质、高效、低耗、洁净和灵活的目标奠定了坚实的基础。
目前，数控开放系统有两种基本结构：(1)CNC+PC主板：把一块PC主板插入传统的CNC机器中，PC板主要运行实时控制，CNC主要运行以坐标轴运动为主的实时控制；(2)PC+运动控制板：把运动控制板插入PC机的标准插槽中作实时控制用，而PC机主要作非实时控制。
1.3.3 未来发展趋势
数控技术发展趋势表现在以下几个方面：
1、性能发展方向：
(1)高速高精高效化：速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标，由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片和多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高；
(2)柔性化：柔性化包含两方面，一方面的数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；另一方面是群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能；
(3)工艺复合性和多轴化：以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴和多系列控制功能方向发展；
(4)实时智能化：科学技术的发展，使实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制和前馈控制等。
2、功能发展方向：
(1)用户界面图形化：用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现；
(2)科学计算可视化：科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像和动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量和降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等；
(3)插补和补偿方式多样化：多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等；
(4)内装高性能PLC：数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序；
(5)多媒体技术应用：多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
3、体系结构的发展：
(1)集成化：采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流；
(2)模块化：硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统；
(3)网络化：机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上；
(4)通用型开放式闭环控制模式：采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
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