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圆柱齿轮机械加工工艺与三维造型设计,设计
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无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书无锡职业技术学院毕业设计（论文）题目圆柱齿轮机械加工工艺与三维造型设计英文并列题目CYLINDRICALGEARMACHININGTECHNOLOGYANDTHREEDIMENSIONALMODELLINGDESIGN院系机械技术学院班级数控11232学生姓名黄磊学号1010123207指导老师（1）王自建职称讲师指导老师（2）职称答辩委员会主任主答辩人二零一五年四月无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书I摘要本次毕业设计是通过应用UG软件、机械设计资料以及所学的知识对圆柱齿轮进行加工的工艺分析、三维造型、数控加工编程及实体加工。工艺分析是设计产品很重要的一部分；三维造型和数控加工编程是UG软件的重点所在，UG软件具有操作简单和修改方便等优点；加工是对所设计的产品进行检测。关键词UG软件、工艺分析、建模、编程、加工ABSTRACTTHEGRADUATIONPROJECTISTHROUGHTHEAPPLICATIONOFUGSOFTWARE,MECHANICALDESIGNINFORMATIONANDKNOWLEDGELEARNEDINTHECAVITYOFTHEDOUBLESIDEDDOCUMENTSFORPROCESSANALYSIS,THREEDIMENSIONALMODELING,NCPROGRAMMINGANDMACHININGPROCESSANALYSISISTODESIGNPRODUCTPRIORITIESTHREEDIMENSIONALMODELING,NCPROGRAMMINGISTHEFOCUSOFUGSOFTWARE,ISSIMPLEANDEASYANDMODIFIEDPROCESSINGOFPRODUCTSISDESIGNEDTODETECTKEYWORDUGSOFTWARE，PROCESSANALYSIS，MODELING，PROGRAMMING，PROCESSING无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书II无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第3页共30页目录第一章绪论4第二章圆柱齿轮工艺分析与设计421零件图的工艺分析4211读图和审图5212数控加工内容的选择5213零件结构的工艺性6214重要部位加工精度分析622毛坯6221毛坯种类的选择6222加工余量723基准的选择724夹具的选择825机床的选择826齿形加工定位基准927齿形加工切削用量的确定9271车端面和凹槽9272镗孔和插键槽13273滚齿13274剃齿1428工艺路线15281工序、工步的划分15282加工顺序的安排15283工艺路线1629切削用量、刀具及切削液16291粗铣基准A、B表面16292粗、精车凹槽17293粗、精绞孔17294镗孔17294切削液的选择17第三章UG造型编程及加工1731三维造型1832数控加工编程2033加工前机床检查25结论25无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第4页共30页第一章绪论UNIGRAPHICS（简称UG）是西门子公司推出的集CAX（CAD/CAM/CAE的总称）于一体的三维参数化软件。UG软件从20世纪70年代开发以来，经历了基于图样（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，功能不断扩展，在CAX等领域的应用不断扩大。UG软件包括CAD/CAE/CAM计算机铺助工业设计、知识驱动自动化、数据交换和其他特殊应用等功能。UG软件在CAD方面的建模和造型分为两个模块实体造型和自由曲面造型。在造型功能方面，除其他软件所具有的通用功能外，它还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细腻的动画渲染和快速的原型工具，仅复合建模就可以让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征的参数建模中任意选择，使设计者可根据工程设计实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。在加工功能方面，UG针对计算机铺助制造的实用性，适应性和效能性，通过覆盖制造过程，实现制造的自动化、集成化和用户化，从而在产品制造周期、产品制造成本和产品制造质量等方面提供了极大的效益。UG是UNIGRAPHICS的缩写，这是一个交互式CAD/CAM计算机辅助设计与计算机辅助制造系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UGNX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。一个给定过程的有效模拟需要来自于应用领域自然科学或工程、数学分析和数值数学及计算机科学的知识。然而，所有这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个人能够管理的范围。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第5页共30页第二章圆柱齿轮工艺分析与设计21零件图的工艺分析在数控铣削加上中，对零件图的工艺分析的主要包括零件结构工艺性分析、选择数控铣削的加工内容、零件毛坯的工艺性分析和加工方案分析。目的在于，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。211读图和审图图21零件图1该零件图表达完整、清晰，尺寸、公差、表面粗糙度及有关技术要求齐全、明确。2该零件A面的粗糙度要求为32，对面的粗糙度要求为63，圆柱齿轮圆周粗糙度为16。参数合理，利于加工。3该零件的定位基准为中心轴，必须满足装夹过程中轴跳动的大小。4该零件选用的材料为45钢，价格低廉，加工难度不大，能够保证零件件的各方面要求。零件的技术要求有未注尺寸公差为IT13。加工要素有平面和孔类加工。主要加上无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第6页共30页内容包括上下平面、孔类加工。212数控加工内容的选择该零件加工内容主要是平面、侧壁和孔类等的加工，如果采用普通机床，像曲面（球面）、曲线等，难加工，质量难以保证，而且效率低，工人手工操作劳动强度大，故将全部采用数控机床加工，此次的零件采用CA6140车床进行加工。213零件结构的工艺性该圆柱齿轮工艺分析该零件采用铸件，材料为45钢，需时效处理、球化处理；1面为键槽面，表面粗糙度为RA125，一次能完成精度要求；C面为内孔面，表面粗糙度为RA16，需要精镗才能达到精度要求；D面表面粗糙度为RA16，需要先滚齿后剃齿达到所需精度要求；经济精度在715级之间。214重要部位加工精度分析该零件结构虽然看似简单，但是加工起来稍微有些困难。根据图纸上的标注，该零件的尺寸精度（尺寸精度限制加工表面与其基准间的尺寸误差不超过一定的范围）在IT79之间；位置精度（位置精度限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等）是要保证38、64、172、108、192圆心所在的118与左端面的垂直度。22毛坯221毛坯种类的选择制造机械零件（或产品）所选用的毛坯有铸件、锻件、型材等。该材料选用的是球墨铸铁45钢，故该零件力学性能要求较高。该零件的毛坯主要由棒料、锻件和铸件；也可以直接铸出圆柱齿轮。根据图纸要求和实际加工的难度直接选用铸件。630的孔及110的表面，孔直径在铸造范围之内，直接铸造出来；38内孔根据表2，铸造成23的孔；圆柱齿轮宽度,查机械设计基础为IT13级，根据机械加工余量手册P76，得铸造尺寸为68，以此类推，毛坯尺寸为202MM20MM44MM（直径内孔径宽。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第7页共30页铸造方法成批生产单件生产说明砂型铸造3050金属型铸造1020压力铸造及熔模铸造510在铸造工艺上，为了制造方便，当铸件上的孔径小于表中的尺寸时，一般不铸出表21最小孔径尺寸圆柱齿轮毛坯简图如图图22毛坯图222加工余量加工余量（加工余量是指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度）大小，直接影响零件的加工质量和生产率。加工余量过大，不仅增加机械加工劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。但若加工余量过小，又不能消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。该零件采用查表修正法确定加工余量，余量如下粗加工留02的余量，半精加工留005的余量。23基准的选择所谓基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。该零件的表面全部都需要加工，加工该零件的上平面、孔、内圆时以基准A以及38为定位基准，加工B面时，以A面为定位基准。加工齿时以38圆的轴心为基准。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第8页共30页图23齿轮剖面图24夹具的选择三爪卡盘25机床的选择机床的选择1机床规格应与工件的外形尺寸相适应，及大件用大机床，小件用小机床。2机床精度应与工件加工精度要求相适应。（3）本零件选择加工选用VMC650E数控立铣床，参数如下无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第9页共30页图24数控立铣床参数数控滚齿机主要技术参数刀轴的往复运动90700MIN立柱移动行程300MM最大加工模数M10往复最大行程130MM工作台面直径500MM外齿加工最大直径500MM主电机功率15KWYK5150数控插齿机是我公司自行设计制造生产加工各种圆柱齿轮、齿轴及内齿圈等圆柱直齿加工机床。26齿形加工定位基准无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第10页共30页如图23所示，滚齿加工通常以内孔为定位基准，插入心轴，图25定位基准齿形加工机床设备及工艺装备的选用根据圆柱齿轮为外啮合齿轮和轮齿的精度要求及轮齿的加工为先滚后剃，可选用Y38型滚齿机，也可选用其他滚齿机，在此，我们选用Y38型滚齿机进行滚齿，用心轴和键槽来连接定位；根据轮齿的精度要求及现有条件，选用Y4232A型剃齿机。27齿形加工切削用量的确定271车端面和凹槽1、车端面图26端面切削方式图27刀片形状无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第11页共30页图28刀片材料由图表查得选用45车刀，选用耐性韧性比较综合的GC4025图29切削参数有上述图表可知端面进给03MM/R,切削速度395MM/MIN，切削深度1MM无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第12页共30页图210加工的切削参数2、凹槽的加工图211切削方式图212材料牌号由图表查得选用端面割槽刀，选用耐性韧性比较综合的GC4125无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第13页共30页2、刀具和切削用量的选择图213刀具材料图214切削参数有图表可以确定进给012MM/转，切削深度4MM，切削速度300M/MIN无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第14页共30页272镗孔和插键槽1镗刀图215镗刀的选用273滚齿1齿轮滚刀的基本尺寸圆柱齿轮的压力角为20，选择整体滚刀。查简明铣工、齿轮工手册P423表63，图216滚刀尺寸模数为2MM，D0110MM，L110MM，D40MM，A5MM，Z014MM。齿轮滚刀的选用齿轮滚刀的精度等级选用查简明铣工、齿轮工手册P425表64，选择齿轮滚刀的精度等级为B。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第15页共30页齿轮滚刀头数的选用粗加工时，为了提高加工效率，选用多头滚刀。滚刀螺旋方向的选用圆柱齿轮为直齿齿轮，选用右旋滚刀。根据工艺要求选用圆柱齿轮在滚齿后需要做剃齿加工，所以选用剃前滚刀。图217滚齿示意图2吃刀深度滚齿加工时的吃刀深度H，在理论上应等于被加工齿轮的全齿深H。HH225M225225MM274剃齿确定剃齿刀几何形状查简明铣工、齿轮工手册P553556表84，选择右旋剃齿刀，螺旋角为15，剃齿刀精度为A级，剃齿刀的公称分度圆直径240MM，法向模数为45MM，齿数Z051MM，齿顶圆直径D0C248596MM，分度圆直径D0237596MM，宽度B25MM，内孔直径D0635MM，轴台直径D1120MM。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第16页共30页图218剃齿示意图图215剃齿示意图2剃齿刀的切削用量选择剃齿切削速度速V简明铣工、齿轮工手册P566表89，V80M/MIN。工作台径向进给量简明铣工、齿轮工手册P548表82，采用002MM/每次行程。剃齿刀转速N简明铣工、齿轮工手册P548表82，N110R/MIN。28工艺路线281工序、工步的划分加工该零件按加工部位划分工序（对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部位，如内圆、外形或平面）。加工该零件，构成工步的任一要素（加工表面、刀具及加工连续性）改变后，都将视为另一个工步。282加工顺序的安排总的原则是前面的工序为后续工序创造条件，作为基准的准备。具体原则如下（1）先粗后精（2）先主后次（3）先面后孔（4）先基准后其他根据我所加工的齿轮实际情况，我选用先加工孔和面再加工齿的步骤283工艺路线无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第17页共30页根据以上本零件的工艺路线如下锻热（调质处理）车（粗精铣内环形凹槽）车（四周边）插削键槽车（粗精铣外圆）钻插齿剃齿钳（清洗、去毛刺）检（检验入库）工艺过程方案100车1粗车凹槽，留余量05MM2精车凹槽至尺寸3调面110镗1镗38留余量012铰38内圆至尺寸3铰627MM的内圆至尺寸120插削以外圆及内孔为基准，插削12MM键槽至尺寸130滚以左端面及内孔为基准，插入芯轴，芯轴与齿坯之间用键槽连接，采用一夹一顶的方法滚齿，齿厚留余量010MM140剃以底面及内孔为基准，插入芯轴，采用一夹一顶的方法，剃齿至要求尺寸150钳钳工去毛刺160检超声波探伤，剔除不合格品，检验其余是否符合技术要求170镀涂成品清洗后涂防锈油180辅入库29切削用量、刀具及切削液291粗铣基准A、B表面1选择刀具刀具名称刀具号无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第18页共30页45车刀TO1292粗、精车凹槽2选择刀具刀具名称刀具号割刀TO2293粗、精绞孔刀具名称刀具号12键槽插刀TO3294镗孔刀具名称刀具号镗刀T04294切削液的选择切削液有水溶液、切削油和乳化液三种。其起到冷却、润滑、清洗、防锈等作用。切削该工件时使用的硬质合金刀具，由于它的耐热性好，所以一般不使用切削液。若要使用，则必须大量注射，以免硬质合金刀具因冷热不均产生裂纹。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第19页共30页第三章UG造型编程及加工31三维造型先建立新文件，文件名只能是英文和数字组成。在主菜单中依次单击“起始”“建模”命令，进入实体建模环境。单击工具栏中的“齿轮”按钮，弹出“齿轮”对话框，按照默认的构建模式，在“模数”内输入“2”、“齿宽”内输入“40”，齿数96，压力角20，如图31所示，单击“确定”按钮，构建了一个长方体实体建模。图31齿轮建模无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第20页共30页以图31绘制好的实体的上表面为绘制平面，进入草图分别绘制图32、图33，完成草图后，分别向下拉伸求差40MM、0135MM和27540。图32草图1图33草图23图34拉伸以圆上表面为绘制平面，单击工具栏中的“孔”按钮，先完成一个通孔的绘制，然后通过阵列功能完成六个通孔的建模，对话框如图35、36。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第21页共30页图35打孔图36拉伸内孔32数控加工编程321凹槽的数控加工编程在标准工具条中选择“开始”“加工”，系统将弹出“加工环境”对话框，在无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第22页共30页CAM设置选择栏中选择“MILLTURNING”模板，单击“初始化”按钮，系统将进入车加工环境。（一）创建几何体在操作导航器的几何视图中，设置加工坐标系、零件和毛坯，为创建操作做准备。（1）设置加工坐标系。先将操作导航器转换到几何体视图。在“操作导航器几何体”中选择“MCSMILL”，单击右键，在其快捷菜单中选择“编辑”命令。在弹出对话框中的“机床坐标系”中的“指定MCS”栏中，单击“自动判断”图标，然后在图形区域选择毛坯的顶面，之后单击“确定”，系统将自动在毛坯的顶面中心位置创建加工坐标系，如图310所示。图37创建加工坐标系（2）设置几何体在“操作导航器几何体”中，双击“WORKPIECE”图标，将弹出“几何体”对话框。指定部件几何体。在“几何体”对话框中，单击“指定部件”按钮，将弹出“部件几何体”对话框，在图形区域选择零件，点击“确认”返回“几何体”对话框，如图311所示。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第23页共30页图38做键槽指定毛坯几何体，在“几何体”对话框中，单击“指定毛坯”图标按钮，选择之前造型好的包容体，单击“确定”后，返回“几何体”对话框，如图312所示。图39创建毛坯在“几何体”对话框中单击“确认”，结束几何体的设置操作。（二）创建刀具（1）在“创建操作”工具条中选择“创建刀具”命令，进入“创建刀具”对话框。（2）先在“创建刀具”对话框中的类型选择项内选择“TURNING”，然后在“刀无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第24页共30页具子类型”选项栏中选择“车刀（TURNING）”图标，并输入刀具名称LIXIDAO16，然后单击“应用”，进入“刀具参数”对话框，设置参数后单击“确定”，完成刀创建。图310创建刀具图311生成刀轨（三）创建操作在加工创建工具条中，单击“创建操作”命令，系统将弹出“创建操作”对话框。在“创建操作”对话框中，选择“类型”中选择“MILLDRILLING（钻孔）”，然后在“操作子类型”中，选择型腔铣模板图标DRILLING（钻孔）。在“创建操作”对话框中设置其他参数程序、刀具、几何体、方法、名称。在“创建操作”对话框中单击“确定”，选择切削区域、设置切削层、进给率。生成操作，如图311所示。无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书第25页共30页图311生成打孔操作加工仿真。例如，图312。图3123D仿真（四）后处理先在操作导航器中选中各
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