毕业设计（论文）-基于pro-E的减速器箱体造型和数控加工自动编程.doc

基于pro-E的减速器箱体造型和数控加工自动编程摘要此次毕业设计的主要任务有两个，一个是用pro-E画出减速器箱体的模型，另一个是用pro-E自带的数控程序功能自动加工出零件。在刘老师的帮助下，我掌握了pro-E一功能，并且在老师的支持和辅导下我从最基本的2维、3维造型开始着手，画出它的基本造型。在绘制零件图时，我采用了pro-E的零件模块，而在数控加工中，我则采用了它的制造-NC组件模块。成功的加工出减速器箱体零件。关键词: Pro/ENGINEER ；参数化 、单一数据、基于特性、全相关三维设计和制造目录一、 毕业实践课题介绍 04 （一） 毕业实践的任务04（二） pro-E造型特点05（三） 毕业实践的过程简介06（四） 毕业实践成果简介07二、 减速器箱体零件结构分析 07三、 pro-E数控加工数据的基本设置09（一）建立制造模09（二）创建毛坯10（三） 操作参数基本设置11四、 pro-E数控加工的过程15（一）粗加工序列设置15（二）加工参数设置16（三） 精加工序列设置20五、后置处理22（一） 编制数控加工程序22（二）减速器箱体数控加工程序23六、结束语28附件：减速器箱体的零件图(A2)一、 毕业设计课题介绍随着数控机床在实际生产中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。同时随着机械行业的不断发展，机械生产中的零件产品也日趋复杂，对产品的工艺要求也越来越高，手工编程很难甚至不可能进行对许多复杂零件的编程，于是我们就需要像Pro/E这样的软件来进行辅助编程。它不仅能进行对复杂零件的加工，而且加工的成品质量高、工艺性好，还大大节省了时间和人力，提高了生产率。其实，能进行三维造型设计的专用软件很多，除了Pro/E主要还有Solid Edge、MasterCam、UG等，都能够实现从设计到加工的无图纸化操作。但在与数控的链接方面，Pro/E具有一定的优势。Pro/NC是一种功能十分强大的自动化CAM加工模块，Pro/NC不仅完全支持高速和多轴等高端加工方式，还有自己独特的技术特点，有良好的扩展性。因具备其全相关性，在零件稍有改动时，只需再生一下加工文件就可自动更改加工路径，并且可提供产生精加工零件最佳加工路径控制和智能化加工路径创建。Pro/NC允许CNC编程人员控制整体的加工路径，直到最细节的部分，优点明显。本文的设计就是讲如何运用Pro/NC的强大功能来进行辅助设计，得到我们想要的NC程序，从而制造出零件产品的。（一）毕业实践的任务大学期间最后一学期的毕业实践是实现培养目标的重要教学环节，是学生在校学习期间完成专业人才基本训练的最后的综合性实践教学环节。它既是培养学生综合运用所学的专业知识和基本技能，培养学生分析问题、解决问题能力的教育过程，也是对学生全面素质的检验。搞好毕业实践工作对全面提高教育质量具有重要意义。在本次毕业设计中我主要做了如下设计工作： 了解、分析和确定毕设课题 分析、用pro-E绘制减速器箱体 数控自动加工编制 撰写毕业设计说明书（二）pro-E造型特点随着计算机和信息技术的不断发展，CAD/CAM技术也从二维设计向三维设计发展，以CAD/CAM技术为基础的现代制造技术正迅速地在制造业得到广泛普及和应用。经过五十多年的迅速发展，它已成为一种高新技术，给机械制造业带来了全面的和根本的变化。Pro/ENGINEER (后简称Pro/E)是美国PTC公司于1988年推出的三维CAD/CAE/CAM应用软件，是一套从设计到加工的机械自动化软件。Pro/E是采用参数化设计、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给设计者提供了设计上从未有过的简易和灵活。Pro/E是建立在统一基层上的数据库上，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。这一优点使得设计更优化，成品质量更高。总言之，Pro/E以其参数化 、单一数据、基于特性、全相关等概念及其鲜明的技术特点和强大的工作功能树立于CAD界，成为了广受好评的三维设计和制造软件。（三）毕业实践过程简介我的这次毕业设计的课题，过程大致可分为：零件的造型、操作参数设定、创建NC序列、NC后置处理、生成工艺信息、以及最后的出程序及归档。其实利用Pro/E来设计加工程序的流程与实际加工时的思维逻辑和流程是相似的。为了能先对Pro/NC编程有个大致的了解，我们先来设计一个Pro/NC的流程图。（图1-1）（图1-1）在做这些的过程当中，碰到过许多的困难。也让我了解了更多与之相关的知识。在主要的步骤，设置操作参数时有许多的参数都是要计算来完成，所以经常查阅各种书籍，使我学到了许多的知识。在最后的整理资料，写说明书阶段也让我受益匪浅。（四）毕业实践成果简介毕业实践是大学期间必不可少的一个经历，它既能对自己所学知识作一次重要检测，也可以让自己把所学的知识串联起来，做一个综合的运用。它是专业教学过程中，培养毕业生应职应岗能力的最后一个实践性教学环节，是学生正式走上工作岗位前一次综合性的实践能力训练。在这次的毕业实践过程中，我了解了许多机械方面的知识，也了解了pro-E这款软件的许多功能。其中最大的收获就是：pro-E/NC制造。它能把复杂的零件通过计算机辅助来制造，并且有许多的东西手工加工的话中间的步骤十分的烦琐，也不一定能加工出理想的效果。但通过pro-E来加工的话就非常的方便，并且还能比手工加工更加精确。并且在加工完成之后能自动生成所需要的数控程序。毕业实践的时间虽然很短，但学到的知识却很多，并且在以后的日子里有许多的东西等待着我去学。二、减速器箱体零件结构分析减速器箱体中有许多的零件，各个零件的结构以及起的作用有所不同。比如，箱体的上表面必须做的光滑，为的是与箱盖可以相配合起来，组成一个完整的减速器；中间有两个曲面，是用来存放轴所用；曲面右边有一个凹坑，用来拧紧螺丝，连接箱盖和箱体；箱体的右下角有一个出油口，把减速器里流到底部的油排出到箱体以外，防止积存过多的杂务，破坏减速器的性能；位于底部有一个凹槽，为的是减少受力面积，增加减速器的性能；箱体的左面有一个油仓，用来存放减速器必不可少的润滑油。这些基本上就是减速器箱体上基本的零件结构的方位以及各自的结构作用。（一）箱体的主要功能 (1)、支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 (2)、安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 (3)、使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。 (4)、改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。 （二）箱体结构设计 箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为结构包容法，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。 （三）设计的主要问题和设计要求 箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题： 1、2、3、4、5、满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 2、散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。 3、结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。 4、工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 5、造型好、质量小。 三、pro-E数控加工数据的基本设置 在数控加工数据设置之前，要先创建一个需要加工的零件，我选择的是减速器的下箱体作为参照。单击文件新建命令，在类型选项组中选零件，在子类型选项中点选实体单选钮，然后在名称文本框中输入名称，单位为mmns-part-solid，确定。另外，选定完了之后必须要锁定工件。（一）建立制造模启动Pro/E程序，主菜单里选文件新建指令，弹出新建对话框。选择“制造”，子类型就用NC组件，注意不选择默认的“使用缺省模块”，文件名可以是默认，然后点击确定，弹出“菜单管理器”。然后取出要加工的零件，在NCAssembly（NC组装）子文件格式模式下，Manufacturing Model（制造模型）在创建过程中并不会有太多的限制条件，Ref Model（参考模型）可为一般的Part（零件）文件，也可以是Assembly（组装）文件，Workpiece（毛坯）则视情况可省略，但同时Manufacturing Model中将因为缺少Workpiece数据而无法做实体切削模拟。操作过程为：选则制造模型组装参考模型指令，弹出“打开”对话框。在所要的子目录中选取需要的加工工件，点击打开，工件图形便显示在屏幕上。然后系统弹出“放置元件”对话框，点击合并坐标系图标，最后按确定，要加工的工件模型就放置好了（如图3-1所示）。（图3-1）（二）创建毛坯还是在“菜单管理器”， “制造模型”目录下，点击创建工件（输入工件名）选择加材料拉伸完成。弹出新的对话框，然后点击放置定义进入草绘平面（选择草绘面和参照面）加入参照（工件四条边），然后就可以画上毛坯了。我们可以根据零件大小定义适当的毛坯的长、宽、高，当然毛坯要包裹住加工零件，这样才可以在上面进行加工，切削掉多余的材料。我这个毛坯分别定义为长540cm、宽228cm、高290mm(如图3-2所示)，定义完了就打勾，然后点击完成/返回，毛坯就创建完成了。（图3-2）（三）操作参数设置数控加工众最重要的就是参数的设置了，pro-E数控加工也是如此。在上一步中，设置好毛坯之后就应该选机床以及一些机床的设置。接上一步操作，点击制造设置加工操作定义操作指令。在定义操作菜单中有若干选项，有些选项是默认的，有些是可选择的，还有些一定要更改。比如上面有机床名称、机床类型、轴数和加工零点等选项。像“机床名称”可以自己定义或默认，系统也会自动的选择一些定义如“机床类型” 、“夹具”，当Pro/E读到我们要加工的零件时就知道我们这一零件用的是铣床，并选择了合适的夹具，那么像这类选项就不要去更改了。NC机床用于选取或创建一个执行操作的机床名称。如果在创建操作前已设置一些机床，他们的名称将出现在“NC机床”下拉列表中。要创建机床，单击菜单中的“工作机床”或对话框中的“NC机床”，系统弹出“机床设置”对话框，在此对话框中可以设置机床机床名称、机床类型、机床轴数，为机床设置切削刀具、切削用量、主轴转速等切削加工参数（如图3-3所示）。（图3-3）我们要重点说的是“轴数”，轴数可以自己定义。数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以坐标数据来进行控制的。像数控车床、数控线切割机床等是属于两坐标控制的，数控铣床则是三坐标控制的，还有四坐标轴、五坐标轴甚至更多的坐标轴控制的加工中心机床等。坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。当然也有一些早期的数控机床尽管具有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床。像这类机床就不能获得空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹。要想加工复杂的曲面，只能采用在某平面内进行联动控制，第三轴作单独周期性进给的“两维半”加工方式。当然我们还要综合考虑到成本、加工质量、零件类型等许多因素来选择轴数。一般的加工都只要三轴的就可以了，成本也低，因此外面三轴用的也较多。我这个零件三轴连动就可以了，那我们就照综合因素考虑原则选择三轴。还有“加工零点”的定义，这必须我们设置一下，我们要把零点定义在要加工的毛坯上，这样才能进行对毛坯的加工。否则就会发生现实中的撞刀现象，这在数控加工中是绝对不允许的。点击加工零点选择创建程序（点击在毛坯上，设置三根轴X、Y、Z的方向）定向（Z轴向上）确定，加工零点设置好了。如图（3-4所示）。然后还要设置一个退刀的曲面，弹出一个设置框，选择曲面沿Z轴输入一个退刀量，我选择的是20确定还必须设置一个公差，一般都选0.01，这样机床的基本操作参数就设置好了，点击确定回到菜单管理器。（图3-4）四、pro-E数控加工的过程（一）粗加工序列设置前期的基本参数设置完成之后就开始正式的加工了，再菜单中点击加工NC序列新序列选择要加工的第一各面（一般都为表面）完成，接下来又有许多的参数可以选择，根据实际的要求可以做出选择，我只用到了其中的刀具、参数、曲面这三个命令，所以选取这三条命令打钩。弹出一个设置刀具的对话框，下面就是最重要的几个步骤，刀具、加工参数的设置。粗加工时需要保留一定的余量，防止加工尺寸的误差，可以在精加工中修改。1、刀具设置加工刀具是一项相当重要的设置参数，因为加工刀具的设置选择会直接影响到加工结果，因此在进行加工刀具设置时要特别注意，以避免因设置错误而造成实际加工的失败。（如图4-1所示）（图4-1）在“菜单管理器”选择粗加工体积块加工序列设置刀具。弹出Tool Setup（刀具设置）对话框，可以设置Pocket（编号）、Tool_ID（刀具名称）、Tool Type（刀具形式）、Cutter_Diam（铣刀直径）、Length（铣刀长度）等项目。基本都是以默认的为主，像刀具名为T0001表示第一把刀，刀具类型默认为铣刀，我们都可不要去更改。我们要更改的是刀具的直径以及长度，这是根据我们要加工的零件来定的。我的零件加工的地方有很多，所以要设置多把刀。根据各个加工区域，我设置了5把刀，它们的直径和长度分别为，T0001：直径40、长度200；T0002：直径25、长度150并且因为它是一把球头刀，所以它的角半径为10；T0003：直径20、长度150；T0004：直径31.5、长度150由于这是一把钻孔的刀具，所以它的点角度为118；T0005：直径18.5、长度150、点角度为118；然后点击应用确定。（二）加工参数设置刀具的参数设置完成以后，就应该设置加工时的参数，这些参数直接引响工件加工出来的效果以及尺寸。点击制造参数下的设置，弹出“参数树”对话框，上面有切削速度、进给量、步长深度、跨度、粗加工余量、机床转速、和间隙等参数，都要分别设置一下。切削速度v。提高v也是提高生产率的一个措施，但v与刀具耐用度的关系比较密切。随着v的增大，刀具耐用度急剧下降，故v的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA时，v可采用8m/min左右而用同样的立铣刀铣削铝合金时，v可选200m/min以上。而进口刀v可选1000m/min以上，国产刀v可选10m/min。主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。计算公式为：v=dn/1000。式中，d为刀具或工件直径（mm），=3.14。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。进给速度vF。vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。vF的增加也可以提高生产效率，加工表面粗糙度要求低时，vF可选择得大些。在加工过程中，vF也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。（如图4-2所示）（图4-2）合理选择切削用量的原则是:粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本，一般它的深度深，跨度大；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本，它的深度和跨度一般相对比较小，这就是为了保证加工质量和精度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。现在我们进行的是粗加工，切削速度可设定为100m/min，刀具直径已设定为16mm，切削深度可设为3mm。这样可以提高工作功率，加大切削面积，并能保证有足够的强度进行加工。这样得到n=100*1000/(3.14*16)(r/min)=1990r/min，我们就取整数选择2000 r/min。进给量F=0.2*n=0.2*1990=398mm/r，我们取400 mm/r。由于是粗加工，所以要留适量的余量，一般我们可以在切削余量中设置为0.1mm，这样参数就定义好了。1、生成刀具路径在菜单管理器选择退刀沿Z轴（深度定义）创建体积块草绘拉伸进入草绘界面选择基准面和参照面包裹住毛坯完成裁剪（零件部分）完成序列，这样粗加工就完成了。我们可以通过演示轨迹来检验我们完成的成果在菜单管理器里选择CL检测NC序列曲面铣削点击完成就可以了（如图4-3所示）。（图4-3）加工完成之后，我们可以清楚的看到被铣削掉的一块毛坯。（如图4-4所示）。(图4-4)2、孔的加工孔的加工和一般的表面加工不同，不能一下打到底，必须按照一定的比例，如每次进给3mm等，我的零件中有两个不同的孔，所以必须选择两把不同尺寸的刀具来加工。孔的刀具设置也比较特殊。设置时，系统弹出刀具设定对话框，在名称下拉列表框中输入刀具名称“T0001”，在类型下拉列表中选择刀具类型为钻孔，在单位下拉列表框中选择单位“毫米”。在该对话框的“几何”选项卡的“切割刀具直径”文本框中输入刀具的直径，在长度文本框中输入刀具的长度，在点角度文本框中输入刀具的刀尖角度118，这是最关键的一个参数，其余各项保持不变，单击对话框中的应用按钮确认刀具的定义，然后保存，确定完成对刀具的设定。退刀平面的设置也是必不可少的。单击曲面后的选择创建退刀平面，系统弹出退刀选取对话框。单击沿Z轴按钮，在输入Z深度文本框中输入数据（我输入的为20），单击预览按钮可以观察设置的退刀面是否合适。单击确定。pro-E中有许多孔加工的指令，标准孔、深孔、沉孔、铰孔等，在这里我选择的是深孔。具体的加工方法如下：菜单管理器加工NC序列新序列孔加工深度（注意：一定要选，否则就不能实现每次进给3mm）完成然后选择刀具和参数弹出对话框选择要打的孔的轴要打孔的曲面添加完成（如图4-5所示）。(图4-5)（三）精加工序列设置由于我的零件只有两个半圆精加工，所以只选取它作为事例。与粗加工类似，只是更改切削的深度，把粗加工留下来的0.3mm的余量切除。同样进入加工参数的设置。弹出参数树对话框,要注意的是由于精加工它只走一刀，加工出来的就是成品了，加工工艺相对要求比较高，表面粗糙度一定要小，为了保证加工质量，跨度要小点,转速可适当的加快,这都是为了加工的精度,上文也已经提到过。我把主轴转速设为3000 r/min,跨度为0.1,设置完后保存退出。同样要生成刀具路径。点击要铣削的体积块(这里也可以是曲面)，因为我们是做曲面铣削,只要加工到一个面。如果是体积块,那么就用原来创建的,你也可以自己从新定义一个曲面,为了方便我选择先前的体积块。然后点击CL检测NC序列曲面铣削点击完成就可以了（如图4-6所示）。（图4-6）另外，在上半部分的加工完成之后，必须新建一个坐标系，编号为op0020。（三）后置处理（一）编制数控加工程序这就是最终的目的所在了，也是最后的一步，用前面加工好的模型，编制出数控加工程序。这当中有两种方法可以编制数控程序，一种是每一个加工的区域单一的编制程序；另一种则是用该机床上的所有加工区域一同编制程序，为了具体的表达此次毕业设计的内容，我选择了单一的编制程序。我选择表面铣削作为范例，具体的操作有以下几步：点击NC序列CL数据NC序列面铣削文件MCD文件打勾完成选择61号程序自动生成。另外，在加工完了以后，如何看加工的轨迹也是很重要的一个步骤。单击“演示轨迹”屏幕演示命令，查看一下所定义的粗加工的刀具轨迹。系统显示“播放路径”对话框。（如图4-7所示）（图4-7）它还有一个最大的特点是：如果看到加工出的零件不对，不要紧，它有一个NC检测功能，可以撤销刚才所做的步骤，并且可以保存原来设置好的零件的刀具以及参数，所以，这也是一大特色功能。单击“NC检测”运行命令，系统对模型进行渲染，模拟加工过程。单击保存，将操作系统模拟的加工结果以图片的形式保存起来，在后续的NC序列操作中再进行NC检测时可以调用此“图片”使NC检测更具真实性。确认无误后，单击“完成返回”“完成序列”。（二）减速器箱体数控加工程序我们可以通过先前设置的工作路径,找到保存的文件, 用记事本的方式打开后缀名为tap的文件,就能看到自动生成的NC程序（程序如下）。因为程序复杂，我将多数省略，基本都是计算机计算的坐标点，只选取其中的一段。O0001;（平面）N0005 G90 G54;N0010 S600 M03 G00 X0 Y0 Z30.;N0020 S800 M03;N0025 G00 X255. Y-70.;N0030 Z1.;N0035 G01 Z-8. F200.;N0040 X172.321;N0045 X175. Y-80.;N0050 X255.;N0055 Y-90.;N0060 X175.;N0065 Y-100.;N0070 X255.;N0075 Y-240.;N0080 X175.;N0085 Y-250.;N0090 X255.;N0095 Y-260.;N0100 X175.;N0105 Y-270.;N0110 X255.;N0115 Y-280.;N0120 X175.;N0125 Y-290.;N0130 X255.;N0135 Y-300.;N0140 X175.;N0145 Y-310.;N0150 X255.;N0155 Y-32