毕业设计（论文）-齿轮热锻模设计及数控加工与仿真.doc

华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）齿轮热锻模设计及数控加工与仿真摘要齿轮是工业生产中的重要基础零件，齿轮加工使用毛坯通常采用锻件，而热锻模是生产齿轮毛坯的重要工艺装备。Pro/E是目前使用最广泛的三维CAD/CAE/CAM软件，其具有强大的实体建模和数控加工仿真功能。本文基于Pro/E进行齿轮热锻模设计及数控加工仿真。首先通过使用草绘工具、拉伸工具、拔模工具和创建基准平面等操作得到了齿轮锻件的三维模型，然后进行了齿轮锻件的热锻模具设计并创建了热锻模的三维模型，并对齿轮热锻模上模进行了数控加工仿真。在数控加工仿真阶段，利用Pro/E进行虚拟仿真加工时，首先根据现实中的加工模型相应地在三维实体模式下建立实体模型，然后在制造模式下规划加工NC序列，进行自动编程，最终在计算机上加工过程仿真。同时对每个序列的刀具行走路线进行模拟得到CL数据和NC检测，看加工过程是否合理，然后进行材料切减，后置处理等过程，得到了相应的程序。关键词：Pro/E；齿轮热锻模；模具设计；数控加工仿真；后置处理DESIGN AND NUMERCIAL CONTROL MACHING SIMULATION OF GEAR HOT FORGING DIE AbstractGear is the important basic parts of industrial production, the blank of gear processing usually use forging, and hot forging die is the important equipment gear of producing blank. Pro/E is the most widely used three dimensions CAD/CAE/CAM software, it has the strong function of solid modeling and numerical control machining simulation function. In this paper, design gear hot forging die and numerical machining simulation are based on the Pro/E software. First got the three-dimensional models of gears forgings by drawing tools, stretch tools, mould out tools and creating datum plane. Then, designed the hot forging die forging gear and create the three dimension model of hot forging die, and the hot forging die gear on module NC machining simulation. In the NC machining simulation stage, when using Pro/E for virtual simulation processing, the first is soild established in dimension entity model according to the reality of processing model, and then planned NC machining sequence in manufacturing mode, programming, and eventually simulate processing process in the computer. At the same time simulate for each sequence of walking line, getting CL data and NC testing, seeing whether reasonable. Finally, it reduces material, and does postprocessing for the CL data,it can obtain the corresponding numerical control processing code.Key words: Pro/E; Gear hot forging die; Mold design; Numerical control machining simulation; PostprocessingII华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题背景11.2 热模锻压力机锻模的概述11.2.1 模锻特点21.2.2 应用范围21.3 锻件分类及模锻工序的选择31.3.1 锻件分类31.3.2 模锻工步的选择31.4 本文主要内容42 齿轮锻件的实体建模62.1 Pro/E建模62.2 新建文件62.3 创建基准草绘72.4 保存文件183 齿轮热锻模的模具设计及三维模型创建193.1 热锻模模具设计193.1.1 分模面的选择193.1.2 拔模斜度193.1.3 余量和公差193.1.4 毛坯尺寸的确定203.1.5 毛坯尺寸的确定213.2 上模的实体建模223.2.1 新建文件223.2.2 创建基准草绘233.1.2 保存文件303.3 下模的实体建模314 齿轮上锻模的数控加工仿真324.1 Pro/E数控加工仿真324.2 新建一个数控制造模型文件334.3 建立制造模型344.3.1 引入参照模型344.3.2 引入工件模型344.4 制造设置354.5 剖面铣削1374.5.1 加工方法设置374.5.2 演示刀具轨迹384.5.3 加工仿真394.5.4 切减材料394.5.5 后置处理404.6 面铣削1444.6.1 加工方法设置444.6.2 演示刀具轨迹454.6.3 加工仿真464.6.4 切减材料464.6.5 后置处理464.7 剖面铣削2474.7.1 加工方法设置474.7.2 演示刀具轨迹484.7.3 加工仿真484.7.4 切减材料494.7.5 后置处理494.8 面铣削2494.8.1 加工方法设置494.8.2 演示刀具轨迹504.8.3 加工仿真514.8.4 切减材料514.8.5 后置处理514.9 体积块铣削524.9.1 加工方法设置524.9.2 演示刀具轨迹534.9.3 加工仿真534.9.4 切减材料544.9.5后置处理544.10剖面铣削3544.10.1加工方法设置544.10.2 演示刀具轨迹554.10.3 加工仿真564.10.4 切减材料564.10.5 后置处理56结论57附录A 剖面铣削159附录B 面铣削161附录C 剖面铣削263附录D 面铣削265附录E 体积块铣削67附录F 剖面铣削369致谢711 绪论1.1 课题背景随着21世纪科学技术的迅速发展，从事模具工程的技术人员迫切需要掌握多方面的技术，才能正确、合理及敏捷地完成整体的模具产品。制约模具行业发展的因素主要有三个方面：质量、成本和工期。为了提高质量、降低成本和缩短工期，提高模具设计和制造水平日显重要。锤上模锻虽然应用最广，但由于其结构和工艺存在不少缺点，限制了它的发展；而热模锻压力机设备的结构和工艺特点可以较好地满足现代工业快速发展对锻件提出的高质量、高精度、大批量和高生产率的要求，是与现代工业发展相适用的发展较快的模锻通用设备，因此，近几十年来在汽车、拖拉机、农业机械、造船、航空、兵器等行业得到了越来越广泛的应用。这也对热模锻设计提出了更高的要求。ProE是美国参数技术公司(PTC)于1988年推出的使用参数化特征造型技术的大型CADCCAE集成软件，具有造型设计、装配设计、二维工程图制作、结构分析、运动仿真、模具设计、钣金设计、数控加工等功能，但是大多数用户仅局限于工程设计（Q）部分3对ProE数控加工功能的使用很有限1-3。其实，ProE不但具有强大的造型设计功能，也具有功能完备的制造模块，它提供了铣削、车削、线切割、钣金等几乎所有的加工制造方式，可以完成从工艺参数设置到刀具路径生成，进而通过后处理生成NC程序的全过程。热锻模是一类常见的模具类型。结构比较复杂，不但具有各式各样的型腔、凸起的岛屿，而且有大小不一的圆角甚至变圆角和拔模斜度，研究ProE环境下热锻模的加工对实际生产具有指导意义。本设计为齿轮热锻模设计及数控加工与仿真。为保证锻件高精度、高质量的大批量生产要求，在设计中拟采用ProE进行设计。Pro/E是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上4-8。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。1.2 热模锻压力机锻模的概述由于热模锻压力机采用整体床身或有预应力框架式机身，宽偏心轴曲柄或斜楔机构传动，导向良好可靠的滑块，行程速度较低，近似静压成形等结构特点，使其具有相应的工艺特点。1.2.1 模锻特点1）锻件精度较锤上模锻精度高。这是由于机架结构封闭、刚性大、变形小，所以上下模闭合稳定，锻件高度方向尺寸较精确；同时由于滑块导向精度高，锻模又可以采用导柱、导套，所以锻件水平方向尺寸也精确；另外由于上下顶出机构从上下模中自动顶出锻件，故模锻件的模锻斜度比锤上模锻的小，在个别情况下，甚至可以锻出不带模斜度的锻件，热模锻压力机上模锻的锻件尺寸稳定，余量变化范围为0.42mm，公差为0.20.5mm，较锤上模锻件小30%50%。因此，常用来热精压、精锻。2）热模锻压力机上模锻件内部变形深透而均匀，流线分布均匀、合理，保证了力学性能均匀一致。锤上模锻时，由于锤头速度大，又是多次打击，金属运动惯性大，而且重复若干次，故金属压入模膛的作用较为强烈。热模锻压力机上模锻时，滑块速度低，惯性作用小，金属充填模膛的能力不及锤上模锻。因此对主要以压入方式成形的锻件，多采用多个模膛过渡，使坯料逐步成形。但在热模锻压力机上模锻，金属变形是在滑块一次行程中完成的，坯料内外层在一次行程中均得到变形，因此比多次锤击变形方式要深透得多。3）可以安排一模多件和多模膛模锻。大平面尺寸台可安排25个工步，如制坯、预终、终锻、切边和冲孔等。由于有顶料机构，一般不设钳夹头。对小锻件可安排26件，生产率可大大提高。4）热锻模压力机锻模具有静压力的特性，金属在模锻内流动较缓慢，这对变形速度敏感的低塑性合金的成形十分有利。5）在模具方面，热模锻压力机模锻时，由于采用多模膛逐步过渡，模具较锤用模具受力情况缓和，因此寿命较长。又由于可实现组合式模具，便于制造、修理和更换，可以节省模具材料降低生产成本。6）由于滑块行程一定，速度低，操作简单，短剑成形受人为因素影响小，对操作者的技术要求不高。1.2.2 应用范围1）对于主要以镦粗放式成形的锻件以及带有杆部或不带杆部的挤压、冲孔件，尤其适宜在热锻模压力机上进行锻模。2）要求精度高，形状比较复杂，大批量连续生产及高生产率的模锻件。3）各类热挤压、温挤压和多项模锻等，这类工艺在模锻锤上不能实现。1.3 锻件分类及模锻工序的选择1.3.1 锻件分类热模锻压力机采用的变形工步分为模锻和制坯两类。模锻工步有预锻和终锻，制坯工步主要有镦粗、成形、压肩、弯曲等。挤压既可作为制坯，也可作为模锻工步。热模锻压力机上采用预锻工步的目的主要是使坯料接近锻件形状，终锻时金属能更好地充满模膛，避免形成折纹、夹层等缺陷。第二、第三类锻件锻后均带有飞边。热模锻压力机上镦粗工步的作用与锤上模锻相同。但较多地用成形镦粗，即在具有一定形状的模膛内进行镦粗。成形镦粗也称为预成形。挤压工步用于第一类第2及第3组锻件。挤压有正挤压和反挤压两种方式。需要进行反挤压的锻件均带有内孔。1.3.2 模锻工步的选择第一类锻件变形工步的选择这类锻件包括轴对称件和平面对称件。在模锻时常采用镦粗变形工步。其作用为去除氧化皮，更重要的是镦粗后的坯料能在变形过程过程中充满模膛和不发生折纹。实际生产中，锻件的形状多种多举，应根据具体情况确定变形工步。例如，直径小于80mm的小齿轮、十字轴等，在一定条件下可采用一杆多件模锻方法，其变形工步可按长轴线锻件确定（见表1.1（h）、（i）、（j）。第二类锻件变形工步的选择这类锻件形状为长形，其模锻工步将按照沿长度方向主要截面的变化而有不同的工艺。沿锻件轴向主要截面面积比小于1.6时，可不采用辊锻制坯，而采用压扁工步。当锻件宽度与毛坯直径之比大于1.62时，应增加压扁工步。若锻件断面的变化不超过10%15%，可采用压肩、终锻或压肩、预锻、终锻工步。当锻件断面沿主轴线变化显著时，可在其他设备上制坯或采用成形毛坯（见表1.1（k）。第三类锻件变形工步的选择这类锻件的特点是分模线或者锻件在平面投影图上呈弯曲形状。弯轴线锻件需要采用弯曲工步。1）分模线呈弯曲现状，形成落差，在设计中应根据锻件的外形考虑平衡落差造成的水平分力，有以下3种方法。 两模件，按落差方向相反排列。 锻件沿落差方向旋转一个角度，使两端处于同一水平位置。但两端要加大拔模斜度，即旋转角度加锻件拔模斜度。 果锻件不允许旋转，采用止推锁扣。2）锻件的平面投影图有急剧弯曲的轴线，必须采用弯曲制坯工步。形状较复杂的，可增加预锻工步。表1.1 各类锻件模锻工步示例注：0表示原始毛坯，16表示变形工步。1.4 本文主要内容齿轮在传递运动和动力过程中，承受着复杂的交变应力，所以要求齿轮具有良好的综合机械性能。为满足使用性能要求，齿坯多采用模锻而成，热锻模就成为齿轮毛坯生产的主要工艺装备。本课题以基于实体特征造型、参数化设计和单一数据库功能的Pro/E软件为三维造型和设计平台，首先进行齿轮齿坯的三维实体造型及热锻模设计，然后利用Pro/E软件的NC模块或Mastercam软件对模具进行数控加工仿真，得到数控加工代码，从而可以实现缩短设计周期、提高设计精确度和降低设计和制造成本等目的。1)了解模具CAD/CAE/CAM技术的发展现状及常用的三维造型软件；2)掌握Pro/E三维造型方法，能够使用其相应的功能模块；3)利用Pro/E软件进行齿轮和齿坯的三维造型设计；4)利用Pro/E软件进行齿坯的热锻模设计；5)利用Pro/E的NC模块对热锻模进行数控加工仿真。2 齿轮锻件的实体建模建立制造模型是Pro/ENGINEER数控加工流程图中的第一步。制造模型包括设计模型和工件。建立制造模型包括以装配方式创建制造模型，以创建方式创建制造模型，从已有制造模型创建制造模型和从组建创建制造模型四种方法。各种方法的操作步骤有所不同，用户可以根据自己的需要使用合适的创建方式。创建制造模型中需要编辑模型的某些特征，比如添加元件、重定义、删除、分类、约束设置等，因此需要使用合适的创建方式9-12。2.1 Pro/E建模Pro/e是美国PTE公司开发的一种先进的参数化实体建模，具有强大的实体建模功能，其最大的特点是采用单一数据库结构、基于特征的设计思想和参数化的设计理念。Pro/e作为应用最普遍的三维设计软件之一，已经广泛应用于机械、航天、电子、工业设计、汽车、模具、家电、玩具等领域。创建一个齿轮锻件，使用草绘工具、拉伸工具、拔模工具和创建基准平面操作；使用拉伸工具创建齿轮齿坯、轮毂特征；使用拔模工具创建轮毂的拔模斜度9-12。2.2 新建文件1）依次执行【文件】|【新建】菜单命令，或者单击【文件】工具栏上的【创建新对象】按钮，打开【新建】对话框。2）在【名称】文本框中输入文件名“DUANJIAN”，单击取消【使用缺省模版】复选框的缺省选中状态，保持对该对话框中其他缺省设置不变，如图2-1所示，单击确定按钮。3）在打开的【新文件选项】对话框中单击选取“mmns_part_solid”选项，单击【确定】按钮，进入零件环境。图2-1 【新建】对话框 2.3 创建基准草绘1）依次执行【插入】|【模型基准】|【草绘】菜单命令，打开【草绘】对话框。2）单击选取“FRONT”面作为草绘平面，如图2-2所示，保持对话框中的其他缺省设置不变，单击【草绘】按钮，进入草绘环境。图2-2 设置草绘平面3）绘制一个任意的直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，如图2-3所示，然后单击按钮，结束基准草绘图元的绘制。图2-3 绘制基准面4）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，单击按钮，如图2-4所示。图2-4 拉伸图形5）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-5所示。图2-5 拔模图形6）依次单击按钮，弹出如图2-6左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-6右所示。图2-6 【草绘】对话框7）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，弹出如图2-7所示对话框，单击按钮，确定去除材料，然后单击按钮，如图2-8所示。图2-7 【切减材料】对话框图2-8 切减后的图形8）单击按钮，先选取所要拔的曲面，弹出如图2-9所示对话框，单击按钮，然后选取另一个基准面，弹出如图2-10所示对话框，确定拔模斜度。再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-11所示。图2-9 【选取拔模曲面】对话框图2-10 【拔模斜度】对话框图2-11 拔模图形9）依次单击按钮，弹出如图2-12左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-12右所示。图2-12 【草绘】对话框10）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，如图2-13所示。图2-13 拉伸图形11）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-14所示。图2-14 拔模图形12）依次单击按钮，弹出如图2-15左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-15右所示。图2-15 【草绘】对话框13）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，确定去除材料，然后单击按钮，如图2-16所示。图2-16 切减后的图形14）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-17所示。图2-17 拔模图形15）依次单击按钮，弹出如图2-18左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-18右所示。图2-18 【草绘】对话框16）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，单击按钮，如图2-19所示。图2-19 拉伸图形17）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-20所示。图2-20 拔模图形18）依次单击按钮，弹出如图2-21左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-21右所示。图2-21 【草绘】对话框19）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，单击按钮，如图2-22所示。图2-22 切减后的图形20）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-23所示。图2-23 拔模图形21）依次单击按钮，弹出如图2-24左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-24右所示。图2-24 【草绘】对话框22）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，如图2-25所示。图2-25 拉伸图形23）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-26所示。图2-26 拔模图形24）依次单击按钮，弹出如图2-27左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-27右所示。图2-27 【草绘】对话框25）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，如图2-28所示。图2-28 切减后的图形26）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-29所示。图2-29 拔模图形27）依次单击按钮，弹出如图2-30左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-30右所示。图2-30 【草绘】对话框28）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，单击按钮，如图2-31所示。图2-31 拉伸图形29）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图32所示。图2-32 拔模图形30）依次单击按钮，弹出如图2-33左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图2-33右所示。图2-33 【草绘】对话框31）单击【拉伸】按钮，确定拉伸方向及高度，单击按钮，单击按钮，如图2-34所示。图2-34 切减后的图形32）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图2-35所示。图2-35 拔模图形2.4 保存文件1）依次执行【文件】【保存】菜单命令，弹出。在弹出的【保存对象】对话框中，单击确定。2）在弹出的保存【对象】对话框中，单击【确定】按钮完成文件的保存。3 齿轮热锻模的模具设计及三维模型创建3.1 热锻模模具设计3.1.1 分模面的选择一般情况下，热模锻压力机模锻件的分模位置的选择与锤上模锻是相同的。但对带粗大头的杆形锻件如图3-1所示矮圆筒类锻件，由于热模锻压力机在模锻后可以采用顶料装置将锻件顶出，因此可选择B-B为锻件的分模面，而锤上模锻则采用A-A为分模面。图3-1 杆形及矮圆筒类锻件的分模方法3.1.2 拔模斜度当采用手工从终锻模膛中取出锻件时，热模锻压力机的模锻斜度与锤上相同。若采用顶杆将锻件顶出，模锻斜度可相应减小23，一般为27或更小。3.1.3 余量和公差热模锻压力机模锻件的余量和公差比锤上要小，当加热条件比较稳定时，可按表2选取。表3.1 热模锻压力机模锻件的单边余量及公差压力机吨位/kN余量公差高度水平高度水平100001.01.51.01.5+0.81.00.5锻件自由公差16000200001.52.01.52.0+1.01.5-0.525000315002.02.52.02.5+1.51.80.540000630002.02.52.03.0+1.52.00.880000120002.03.02.03.0+2.01.0注：确定余量和公差时应考虑加热方式，若采用电加热，锻件精度可适当提高。长度大于500mm的长杆锻件，每加长200mm，其水平余量应加大0.5mm。零件表面粗造度在Ra0.8以上部分，余量应加大0.250.5mm。3.1.4 毛坯尺寸的确定 计算坯料体积V坯首先按下式计算体积。V坯=（V锻+V飞+V连）（1+） （3-1）式中 V坯坯料体积； V锻锻件体积，计算时考虑欠压量，一般按锻件厚度方向正偏差之半计入； V飞飞边体积一般按坯料充满飞边仓部的50%计算；V连冲孔连皮体积；火耗率。注意，在计算飞边体积时，第二类第2组叉类零件内侧飞边按100%充满，其余部分按50%70%充满来计算；其余零件一般按坯料充满飞边仓部的50%计算。 计算坯料尺寸求出坯料体积后，根据各类锻件的形状和变形特点，确定坯料的直径。1）第一类第1组锻件主要以镦粗方式成形，坯料长度L坯与直径D坯的比值应在1.82.2范围内。因此坯料直径为D坯=(0.80.9) （3-2）第一类第2组锻件主要以挤压方式成形，终锻模膛常常是闭式的，不产生飞边。求出坯料体积V坯后，可按L坯/D坯=1.52.0的关系确定坯料直径D坯。对于用正挤压方式成形的锻件，实际采用的毛坯直径D坯应符合下列尺寸关系D坯=（0.80.9）D1（D10.7D2） （3-3）若计算出来的坯料直径D坯较小，不能满足上述关系时，应在挤压前将坯料在封闭的凹模内镦粗至所需尺寸。第一类第3组锻件总是带有飞边，原毛坯体积的确定与第一类第1组相同，但是挤压常常是该组锻件第一道变形工步，所以确定坯料直径D坯的原则与第一类第2组锻件相同。2）第二类、第三类锻件。坯料直径D坯，一般按计算毛坯的最大截面积Fmax确定，即D坯=1.13 （3-4）A坯= （3-5） 坯料选定根据计算的D坯、A坯值，按国际标准的圆钢规格选定。选定坯料后，计算出坯料长度L坯。L坯= （3-6）或方钢L坯= （3-7）合理的坯料尺寸应经实际生产，通过几组不同长度的坯料试锻后，最终选择确定。3.1.5 毛坯尺寸的确定热模锻压力机锻模常用的模膛有终锻模膛、预锻模膛、镦粗模膛、压挤模膛、弯曲模膛、成型模膛。 终锻模膛设计热模锻压力机上模锻的终锻模膛设计内容主要包括确定模膛轮廓尺寸、选择飞边槽型式、设计钳口、设计排气孔和正确布置顶出器。1）飞边槽的选择 热模锻压力机用模锻飞边槽型式和锤用锻模相似，其主要区别是飞边槽没有承击面，在上下模面间留有的高度等于飞边桥部高度的间隙，其目的是防止压力机超载“闷车”。2）排气孔 热模锻压力机上模锻与锤上模锻不同，金属是在滑块的一次行程中完成变形。若模膛有深腔，聚集在深腔内的空气受到压缩，无法逸出，产生很大压力，阻止金属向模膛深处充填。所以，一般在模膛深腔金属最后充填处开设排气孔。排气孔直径d为，孔深为2030mm。 预锻模膛设计热模锻压力机一次行程完成金属变形。因此，热模锻压力机上模锻的一般成形规律是：金属沿水平方向流动剧烈，高度方向流动相对缓慢。这就是使得在热模锻压力机上模锻更容易产生充不满和折叠等缺陷13-18。因此，通常要设计预锻模膛。预锻模膛设计的原则是使预锻后的坯料在终锻模膛中以镦粗方式成形，具体如下。1）预锻模膛比终锻模膛的高度尺寸相应大25mm，宽度尺寸适当减小，并使预锻件的横截面积稍大于终锻件相应的横截面积。2）若终锻件的横截面呈圆形，则相应的预锻件横截面积应为椭圆形，椭圆横截面的长径约比终锻件相应截面直径大4%5%。3）严格控制预锻件各部分的体积，使终锻时多余的金属合理流动，避免由于金属回流而形成折叠等缺陷。4）当终锻时金属不是以镦粗而主要以压入方式充填模膛时，要将预锻模膛的形状设计成与终锻模膛有显著差别，使预锻出来的预锻坯件的侧面在终锻模膛变形的一开始就与模壁接触，限制金属径向流动，迫使其流向模膛深处。 制坯模膛设计热模锻压力机上常用的制坯模膛有镦粗模膛、压挤模膛和弯曲模膛等。1）镦粗模膛 镦粗模膛有镦粗台和成形镦粗模膛两种。镦粗台上、下模的工作面是平面，用于对于原坯料进行镦粗，通常用于镦粗圆形件。成形镦粗模膛的作用是使成形镦粗后的坯料易于在预锻模膛中定位或有利于金属成形。2）压挤模膛 压挤模膛与锤上模锻的滚压模膛相似，其主要作用是沿坯料纵向合理分配金属，以接近锻件沿轴向的断面积。压挤时，坯料主要被延伸，截面积减小，而在某些部位（如靠近长度方向的中部）有一定的聚料作用。压挤还能去除坯料表面氧化皮。3）弯曲模膛 弯曲模膛的作用是将坯料在弯曲模膛内压弯，使其符合预锻模膛或终锻模膛在分模面上的形状。弯曲模膛设计原则与锤上模锻相似，其设计依据是预锻模膛或终锻模膛的热锻件图在分模面上的投影形状。3.2 上模的实体建模3.2.1 新建文件1）依次执行【文件】|【新建】菜单命令，或者单击【文件】工具栏上的【创建新对象】按钮，打开【新建】对话框。2）在【名称】文本框中输入文件名“SHANGMO”，单击取消【使用缺省模版】复选框的缺省选中状态，保持对该对话框中其他缺省设置不变，如图3-2所示，单击【确定】按钮。3）在打开的【新文件选项】对话框中单击选取“mmns_part_solid”选项，单击【确定】按钮，进入零件环境。 图3-2 【新建】对话框 3.2.2 创建基准草绘1）依次执行【插入】|【旋转】菜单命令，或者单击【基础特征】工具栏上的【旋转工具】，激活旋转操作板。2）单击旋转操控板中的【作为实体旋转】，将旋转操作设置为创建实体特征。3）单击旋转操控板中的【位置】，打开位置上滑面板。单击上滑面板中的【定义】按钮，打开草绘对话框。单击选取“FRONT”基准平面作为草绘平面，保持对话框中的其他缺省设置不变，如图3-3所示，单击【草绘】按钮，进入草绘环境。图3-3 设置草绘平面3）单击按钮，绘制一个任意一个任意的长方形，单击按钮，分别确定长方形的长和宽。4）单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图3-4所示。图3-4绘制基准面5）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮， 如图3-5所示。图3-5 拉伸图形6）依次单击按钮，弹出如图3-6所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境。图3-6 【草绘】对话框7）单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，分别确定圆的直径，单击按钮，如图3-7所示。图3-7 确定切减曲面8）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，单击按钮，如图3-8所示。图3-8切减图形9）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图3-9所示。图3-9 拔模图形10）依次单击按钮，弹出如图3-10左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图3-10右所示。图3-10 【草绘】对话框11）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，如图3-11所示。图3-11 拉伸图形12）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图3-12所示。图3-12 拔模图形13）依次单击按钮，弹出如图3-13左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图3-13右所示。图3-13 【草绘】对话框14）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，单击按钮，如图3-14所示。图3-14切减后的图形15）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图3-15所示。图3-15 拔模图形16）依次单击按钮，弹出如图3-16左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图3-16右所示。图3-16 【草绘】对话框17）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，如图3-17所示。图3-17 拉伸图形18）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图3-18所示。图3-18 拔模图形19）依次单击按钮，弹出如图3-19左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图3-19右所示。图3-19 【草绘】对话框20）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，单击按钮，如图3-20所示。图3-20 切减后的图形21）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图3-21所示。图3-21 拔模图形22）依次单击按钮，弹出如图3-22左所示【草绘】对话框，单击【草绘】按钮，进入草绘环境，然后单击按钮，绘制任意一直径的圆，单击按钮，确定圆的直径，单击按钮，结束基准草绘图元的绘制，如图3-22右所示。图3-22 【草绘】对话框23）单击【拉伸】按钮，确定拉伸高度，单击按钮，如图3-23所示。图3-23 拉伸图形24）单击按钮，先选取所要拔的曲面，再选取一个基准面，最后确定拔模斜度，如图3-24所示。图3-24 拔模图形3.1.2 保存文件1）依次执行【文件】【保存】菜单命令，弹出。在弹出的【保存对象】对话框中，单击确定。2）在弹出的保存【对象】对话框中，单击【确定】按钮完成文件的保存。3.3 下模的实体建模参照上模实体建模操作步骤，制出模型如图3-25所示。图3-25 下模模型4 齿轮上锻模的数控加工仿真数控加工技术是制造工业现代化的重要基础，是自动控制生产中的具体应用，是一个国家工业现代化水平高低的重要标志。近年来，由于计算机技术的迅速发展，数控技术的发展也相当迅速。传统的制造技术及制造模式正在被虚拟制造、柔性制造等先进制造技术取代。虚拟制造技术主要包括产品设计过程仿真和加工过程仿真。由于CAD/CAM软件的不断推出和更新，许多软件都具备了虚拟制造技术的功能，其中Pro/ENGINEER能够很好地实现这一点。使用Pro/ENGINEER进行开发设计，比使用其他软件要快得多。利用Pro/ENGINEER进行虚拟仿真加工时，首先根据现实中的加工模型相应的在三维实体模式下建立实体模型，然后在制造模式下规划加工NC序列，进行自动编程，最终在计算机上进行加工过程仿真。利用Pro/ENGINEER进行虚拟仿真加工时，首先根据现实中的加工模型相应地在三维实体模式下建立实体模型，然后在制造模式下规划技工NC序列，进行自动编程，最终在计算机上进行加工过程仿真。4.1 Pro/E数控加工仿真对于齿轮上锻模的数控加工主要采用了铣削加工方法。Pro/NC中提供了如体积块铣削、局部铣削、曲面铣削、表面铣削、轮廓铣削、腔槽加工铣削、轨迹铣削、螺纹铣削、刻模铣削和陷入铣削等多种加工方法。主要介绍以下三种：1）体积块铣削体积块铣削数控加工序列主要用于大量切除材料体积块的粗加工过程中，在创建体积块铣削数控加工之前必须铣削体积块或铣削窗口。体积块NC序列会根据序列设置的加工几何范围数据，如铣削体积块和铣削窗口，配合刀具几何数据、加工数据及制造参数设置，以高分层的方式产生刀具路径数据将加工几何范围的工件材料切除，计算产生的刀具轨迹数据。2）局部铣削局部铣削数控加工序列是指加工已完成的NC序列中未被清除的材料、角落的残料及因为刀具的使用而残留未清除的材料，该序列将以直径较小的刀具，配合制造参数的设置，针对无法加工的范围再加工一次。局部铣削经常用于二次粗加工和清角加工。3）曲面铣削曲面铣削NC序列根据设置的铣削曲面，配合刀具数据、加工数据及制造参数，沿曲面几何外形产生分布在曲面之上的加工路径。在机械零件的加工中，加工工艺的制定非常重要，一般先是进行粗加工，然后再进行精加工。该零件的加工工艺路线设计为：剖面铣削1面铣削1剖面铣削2面铣削2体积块铣削剖面铣削3。4.2 新建一个数控制造模型文件1）设置工作目录。选择下拉菜单【文件】【设置工作目录】命令，将工作目录设置至固定文件夹。2）选择下拉菜单【文件】【新建】，弹出“新建”对话框,在“新建”对话框中，选中【类型】选项组中的【制造】选项，选中【子类型】选项组中的【NC组件】选项，在【名称】后的文本框中输入文件名“SHANGMOFANGZHEN”，取消【使用缺省模版】复选框中的“”号，单击该对话框中的【确定】按钮，如图4-1所示。图4-1 【新建】对话框3）在系统弹出的“新文件选项”对话框中的【模版】选项组中选取mmns_mfg_nc模版，然后在该对话框中单击【确定】按钮，如图4-2所示。图4-2 【新文件选项】对话框4.3 建立制造模型4.3.1 引入参照模型1）在【制造】菜单中，选择【制造模型】【装配】【参照模型】命令。2）从弹出的“文件打开”对话框中，选取三维零件模型shangmomoju.prt作为参照零件模型，并将其打开，弹出“放置”操控板。3）在“放置”操控板中单击【缺省】按钮，然后单击【】按钮，完成参考模型的放置，放置后的效果如图4-3图所示。图4-3 制造模型缺省图4.3.2 引入工件模型1）在【制造】菜单中，选择【制造模型】【装配】【工件】命令。2）从弹出的文件“打开”对话框中，选取三维零件模型maopi.prt作为参照工件模型，并将其打开，出现如图4-4所示。图4-4制造模型和参考模型3）在“放置”操控板中单击【缺省】按钮，然后单击【】按钮，完成参考模型的放置，放置后的效果如图4-5所示。图4-5 参照模型缺省图4）在【制造模型】菜单中选择【完成/返回】命令，完成制造模型的建立。4.4 制造设置1）在【制造】菜单中，选择【制造设置】【操作】命令，此时系统弹出“操作设置”对话框，如图4-6所示。2）机床设置。单击“操作设置”对话框中的按钮，弹出“机床设置”对话框，在【机床类型】下拉中选择【铣削】，在【轴数】下拉列表中选择【5轴】，完成设置后的结果如图35右图所示。3）刀具设置。在“机床设置”对话框的【切削刀具】选项卡中，单击【切削刀具设置】选项组中的按钮，弹出“刀具设定”对话框。图4-6 【操作设置】对话框和【机床设置】对话框4）在弹出的“刀具设定”对话框中设置刀具参数，完成设置后的结果如图4-7所示。设置完毕后，在“刀具设定”对话框中单击【应用】按钮，然后单击【确定】按钮，完成刀具的设置。在“机床设置”对话框中单击【应用】按钮，然后单击【确定】按钮，返回到“操作设置”对话框。图4-7 【刀具设定】对话框5）设置机床坐标系。在“操作设置”对话框的【参照】选项组中单击按钮，弹出【制造坐标系】菜单。6）选择下拉菜单【插入】【模型基准】【坐标系】命令，系统弹出“坐标系”对话框，如图4-8左图所示。依次选择NC_ASM_RIGHT、NC_ASM_TOP基准平面和图4-8右图所示的曲面1作为创建坐标系的三个参照平面，单击【确定】按钮，完成坐标系的创建。图4-8【坐标系】对话框和坐标系的建立7）设置退刀面。在“操作设置”对话框的【退刀】选项组中单击按钮，系统弹出“退刀选取”对话框，如图4-9所示，单击其中的【沿Z轴】按钮，然后在【输入Z深度】文本框中输入值10，最后在“退刀选取”对话框中单击【确定】按钮。图4-9 【退到设置】对话框8）在“操作设置”对话框的【公差】文本框中输入加工的公差值0.02，然后单击【确定】按钮，在【制造设置】菜单中选择【完成/返回】命令，完成制造设置。4.5 剖面铣削14.5.1 加工方法设置1）在系统弹出的【制造】菜单中，依次选择【加工】【NS序列】【辅助加工】【加工】【表面】【5轴】【完成】命令。2）在弹出的【序列设置】菜单中，选择如图4-10左所示的复选项，然后选择【完成】命令。系统弹出【刀具设定】对话框，设置刀具参数，然后单击【确定】按钮，在系统弹出的【制造参数】菜单中，选择【设置】命令。 图4-10 【序列设置】菜单和【参数树】对话框3) 在系统弹出的【参数树】对话框中，设置加工参数，设置如图4-10右所示的参数。在【制造参数】菜单中选择【程序】命令，在弹出的【保存副本】对话框中，将文件命名为milprm1,单击【确定】按钮，保存加工参数的设置。4）在【制造参数】菜单中选择【完成】，在弹出的【曲面拾取】菜单中，选择【铣削曲面】【完成】，系统弹出【定义曲面】菜单。5）定义铣削曲面：a.选择下拉菜单【插入】【制造几何】【铣削曲面】命令。b.选择下拉菜单【编辑】【填充】命令，以如图4-11左所示的模型表面为草绘面，绘制如图4-11右所示的草图，单击按钮，完成曲面在创建。c.在绘图工具栏中单击按钮，完成铣削曲面的定义。图4-11定义草绘平面和截面平面6）在弹出的【方向】菜单中选择【正向】命令。7）在系统弹出的【选取/全选】菜单中选择【选取全部】命令，然后选择【完成/返回】命令，完成曲面的拾取。4.5.2 演示刀具轨迹1)在弹出的【NC序列】菜单中选择【演示轨迹】命令，此时系统弹出【演示路径】菜单。2)在弹出的【演示路径】菜单中选择【屏幕演示】命令，系统弹出【播放路径】对话框，如图4-12所示。图4-12 【播放路径】对话框3)单击【播放路径】对话框中的按钮，可以观察刀具的行走路线，如图4-13所示。单击【CL数据】栏可以查看生成的CL数据。4)演示完成后，单击【播放路径】对话框中的【关闭】按钮。图4-13 刀具行走路线4.5.3 加工仿真1）在【演示路径】菜单中选择【NC检测】命令，观察刀具切割工件的运行情况，检测结果如图4-14所示。图4-14 NC检测结果2)演示完成后，单击软件右上角的关闭按钮来仿真软件。3）在【NC序列】菜单中选择【完成序列】命令，返回【加工】菜单。4.5.4 切减材料1）在系统弹出的【加工】菜单中，依次选择【材料切减材料】【NC序列列表】【1：剖面铣削，Operation:OP010】【材料删除】【自动】【完成】命令。2）单击系统弹出如图4-15所示【相交元件】对话框的中的【自动添加】按钮和按钮，最后单击【确定】按钮。3）在系统弹出的【加工】菜单中选择【完成/返回】命令，返回到【制造】菜单。图4-15 【相交元件】对话框4.5.5 后置处理后置处理程序是自动编程系统中的一个重要组成部分。后置处理程序的功能是根据主程序产生的刀位文件数据文件和机床特性信息，将处理成相应的数控系统能够接受的控制指令代码。也就是根据刀位数据文件中各种不同的加工要求，将刀位数据文件及机床特性信息处理成一个个字，然后把字处理成一个适当的程序段，将其输出。Pro/E所带的后置处理模块读取刀位文件根据机床数据文件进行坐标变换或文件代码变换，生成数控程序段。创建完所有的铣削数控加工工序后，需要对其进行后处理，具体步骤如下：1）在菜单栏中选择【应用程序】|【NC后处理器】命令，系统弹出如图4-16所示的【Option File Generator】对话框。图4-16 【Option File Generator】对话框2）在【Option File Generator】对话框的菜单栏中选择【File】|【New】命令，系统弹出如图4-17所示的【Define Machine Type】对话框，选择【Mill】单选按钮，然后单击【Next】按钮。图4-17 【Define Machine Type】对话框3）系统弹出如图4-18所示的【Define Option File Location】对话框，在【MachineNumber】文本框中输入“01”，然后单击【Next】按钮。图4-18 【Define Option File Location】对话框4）系统弹出如图4-19所示的【Option File Initialization】对话框，选择【System supplied default option fi