手动变速箱的变速箱盖零件的机械加工工艺数控加工编程及钻孔夹具设计-[机械毕业设计论文A1046]
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手动
变速箱
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机械
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工艺
数控
编程
钻孔
夹具
设计
毕业设计
论文
a1046
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份,64页,28000字左右.
工序卡一份.
工艺卡一份.
外文翻译一份.
图纸共3张:
A1-钻螺纹孔夹具总装图.dwg
A1-夹具体.dwg
A3-工件图.dwg
- 内容简介：
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1 用普通刀具在立体平版印刷格 式中对三角雕塑 面的数控加工 一个产生数字控制刀具路径的统一方法已经出现，这个 刀具路径 是 用普通刀具在立体平版印刷格式中对三角形雕塑表面的数字控制加工 产生的。这个方法的产生很重要 ，这是 是因为 一个立体平板印刷格式的应用象征着一个计算机辅助设计模型已经在很短的一段时间内被工业界广泛接受。 这不仅是因为比如特别需要运用这种方法的快速 设计 模型的应用，而且 还归结于现在可以直接用数字化和反向工程过程 来 制造复杂的立体平板印刷模型。 虽然有很多支持立体平板印刷文件的计算机辅助设计和计算机辅 助制造的软 件系统，但 在这些文章中 只有几页纸直接涉及到从立体平板印刷文件来的数字控制加工问题。 一种用普通自动编程切削刀具产生刀具路径的一般计算算法已经出现。 这种算法 看起来 普遍，它可适用于包括 球头刀、平底刀和内圆角精铣刀在内的 各种各样的切削刀具 。 为了减少计算时间， 一个用彩色小石块镶嵌产生网状询问区域高 的 效方法也 已经 产生。 用 模仿 加工 和 真正的 机械加工制造的 实例 来 说明所 提出的方法的效率。 1、介绍 目前， 多数计算机辅助设计 (系统 利用 参数表面代表 型的几何 形状 。 由于各种各样的设计或制造过程的不同，需要转换不同 的计算机辅助设计 系统 （ 计算机辅助制造系统（ 间的模型。 中立数据文件譬如最初的图表交换规格 (广泛地被用于 (美国产品数据协会1996) 。 最初的图表交换规格 (述 在建立 型 时 可能 被使用 的信息、定义 个体模型时的参数量 和 各个 个体之间 不同的关系 。 但是 ， 使用 最初的图表交换规格 (译 型 并 不 是总是 容易 的，这是 因为 大 多数计算机辅助设计系统 （ 使用不同的内部表示 方 法 而 且转换 并 不是 总是 直接 的而 错误 又比较多 。与 最初的图表交换规格 (相 比 ， 立体 平 版印 刷 2 (格式 比较 简单 ， 并且它的实施 比较 容易 ( 992 年 , 993) 。基本上 ， 一个 立体 平 版印刷 (件 只 包含一 个 三角 形 和它 们的法线 传播 媒介。 立体 平 版印刷 (件 不能 替换 最初的图表交换规格 ( 最初的图表交换规格 (含更 多 与设计相关的信息 ， 然而 对于 许多顺流制造业活动譬如迅速 设计模型、 数字控制 (加工制造甚至 有限元素分析 来说，这些 信息包含在 立体 平 版印刷 (中的信息 是充足的。由于它的 简单 和 在 各种各样的工程学领域 中的不同 用途 ， 立体 平 版印刷 (译 受到大多数计算机辅助设计和计算机辅助制造（ 系统 的 支持。在过去 ， 立体 平 版印刷 (件 是负担对内存分配和计算速度 的任务 。但是 ， 随着 中央处理单元 的 加速 ， 更多力量 和 存储芯片 逐渐 变得 更加便宜 ， 这不再是 转换 和处理 立体 平 版印刷 (文件 时的一个 障碍 。此外 ， 最新的三维扫描技术 也促使 反向工程的应用迅速增长 ，在 反向工程应用 中， 创造 很大并且很 复杂 的 模型 后，将它 存放在 立体 平 版印刷 (件 之中 (2002) 。 人们现在已经普遍接受这样一个事实，分成三角形 的表面和 立体 平版印刷 (文件 的应用将使 设计和制造业应用变得越来越普遍。 在过去， 人们已经学到了 许多 三轴 机械 加工刀具路径 的 计划方法 ( 997) 。 刀具路径的产生 方法 可以分成两种类型： 解析和参数 (991) 。 前 者产生于 横切机械加工 表面的短剖面飞机。 而 后者 产生于沿着平面或者曲面走刀的数字控制刀具路径，而刀具 切削点 (通常 是用计算机 从 机械 制造 加工 表面 的设置来进行计算的 (1987 年 ， 1995 年 ， 1997 年 ， 003 年 )。参数 设置方法 在应用精确 表面信息 之中有其特定的优点， 但 是 它 可能 不适合应用于加工带有很多凸台的 复合表面 并且很容易受到凹平面的损坏 ( 998) 。 在 另一方面 ， 解析的方法 的优点是可以产生没有凹平面损坏现象的刀具路径， 但 是 它 的缺点的 是不能产生直线的走刀路径和进行清角加工的刀具路径 ( 997) 。所以 ， 在 零件的现实加工之中， 解析和参数 路径的应用策略在 互换性 之中被运用。 立体 平 版印刷 (工主要是应用解析的加工策略，这是因为它不包含有完 整的表面信息。在解析路径计划之中，当切削刀具接触到机械加工表面时， 计算 出来。在解析路径计划之中一个最有效的方法 是绘制 ( 1988 年 ， 991 年 ， 991 年 ， 林和刘 1998) 。 绘制 法计算 栅格数 3 据 库设置中的 无干涉 机械加工是 精确度 取决于库 栅格数据的密度。 这通常 是一个对 栅格数据 库大的存储空间的分配的需要。 他的 同事提出 这样 一个方法 ，就是用平底刀、球头刀和圆角精铣刀从三角形表面产生 无干涉 机械机械刀具路径（ 992 年 ， 998) 。但是 ，这种 方法 是相对于不同的 切削刀 , 而 且 它的 算法 限制可 切削刀类型 的开发 。尽管在现实之中 使用 着 更 多不 同的 切削刀 具 类型。 例如 ， 经常用 一 把 细 而 利的 精铣刀具作 为 浅槽的 标号。它会繁琐 而笨拙地产生所有需要的刀具的不同算法和代码 。 本论文 介绍 一种 直接产生刀具路径的 统一方法 ，这种方法是用通用的自动编程加工刀具 ( 立体 平 版印刷 (三角形表面上产生的 (986)。 数字控制的应用实例， 但 大 多数 刀具路径的形成 方法 都是为特殊的刀具类型开发的，不的通用的 (等 1998 年 ， 999) 。 在这里为所有刀具类型产生的刀具路径形成是普遍的， 在这里以包括球头刀、平底刀和圆角精铣刀以及其它更多的刀具作为代表 (图 3 和 4)。从这 个 研究结果 来看， 只 有一 种系统 的 和统一的算法是 必要 的 , 这个算法 对 通用 非常兼容的 。 为了减少在 处理一个大 立体 平 版印刷 (件 时的计算时间， 一个 在 区域询问方面的 高效方法 产生了。 2、在三轴机械加工中的数字控制刀具路径计划 在实际 的 应用 之中，数 字控制刀具路径可以适 用 于各种不同的机械加工过程 ( 1994) (图 1)： 图 1 数字控制刀具路径计划中不同的机械加工过程 4 主要规程包括粗加工、半精加工和去除咬边加工 (通常叫做平行加工 或清角加工 ) 。 用大尺寸的 切削 刀具 和高 的进给量进行粗加工（通常用平底精铣刀）可以 高效率地 去除 庞大的重复材料。为 得到 一个更好的 加工表面，在精加工之前 通常 通常要进行几次半精加工 (通常 是用 圆 精铣刀和球头精铣刀 )。 完成了半精加工之后，工件表面就留下均匀厚度的材 料，这个厚度是作为精加工（通常是用小的球头精铣刀）要去除的工序余量薄层。 有时 完成精加工后还需要 进行 平行加工和清角加工， 因为 沿壁角边缘 有一个咬边的区域 (图 2)。一 种 更小的切削 刀具是 用在 精加工之后的加工过程，以 塑造 局部角度 外形或边缘 并且去除 未 切削 的材料。根据上述讨论 ，产生 削刀 具的一个统一方法的形成 是不仅实用的 , 而且 更加容易实施和维护。 因为有有效觉得方法来将三角形参数或所包含的表面的公差控制在允许的范围内 ，在这里开发的算法能够对普通的计算机辅助制造（ 生一个 核心引擎作用 。 图 2 咬边 区域 3、普通 几何 形状的 削刀 根据 定义 ，可以用 如 图 3 所示 的参数 来 将普通几何形状的切削刀具完整 地描述 出来： 5 图 3 普通几何形状刀具的参量 d、 切削刀 具 直径 ，刀具直径 是辐形距离两 倍，这个 辐形距离 的 切削刀 具 轴到上部和下部直线段 交叉点 的距离计量的 ； r、 壁角半径 ； e 辐形距离 ，它是从切削轴到 壁角圈子 中心的 距离 ， 如果它的壁角和中心是在工具轴的同 一 边 ，那么它是正面的，否则它就是反面的； f、从终点到 壁角圈子 中心的距离， 这 个距离 是 通过 平行 于 工具轴 来测量的。 切削刀 具参数的值 的必须与 其内部的各种参数相一致，而且 不能违背某些规定的约束，以便适当地描述允许范围之内加工刀具的几何形状 (986)如图 4所示是切削刀具集合形状的几种选择 : 图 4 根据 义 的机械加工刀具形状的几种选择 一些 附属 参量 的方法如下， 被使用帮助描述 的计算。 这些附属参数可用于帮助描述刀具切削点的计算。 R=2d+（ 1） 21） 6 那里的半径 R，是切削刀具在加工零件表面上的最大伸出界限。这个界限将用 于帮助寻找 在 伸出 区域 内的 相交 的 三角 形 。从 机械加工的 切削刀 具 的几何学外形 来看， 圆环圈子 的 半径 计算方法如下： u+ 2 2 2 2 214 c o s ( )u f e r ） /22） 哪里 R2=e+（ 2)+ 2 2 2 2 222s i n ( 2 ) 4 ( ) s i n ( )v v r） /23） 和 V=（ 2） -（ 哪里 L =222()r R e4） 距离 L，是用 半径 心 开始 计量 来进行 计算 的，计算的方法如下 ： L =222()r R e在刀具参侧面上距离分别为 2的两个不同的点从工具轴开始将机械加工切削刀具分成三个不同的区域。 在上面的部分是锥体截面体其半径是R， ， 中间部分是圆环半径 r，底部是 半径 高度 子锥体 通常 ,切削刀 具侧面不 需要 包含所有三个 区域 。 比如在 上图 4中是（ a）图，它的 形状 是 一个圆筒 ； 在 图 4中的 (c)图， 花 托成为一 个半圆球； 在 图 4中的中 (d)，它 是 一把 逐渐变得尖细切削刀。 4、形成刀具 切削 区域的算法 数字控制加工 中形成塑造传统的实体模型的方法需要垂直于刀具切削表面（ 平面。 虽然它 在概念 是简单 的，但是还是有几的缺点 。首先 ,垂 直 表面的 形成 不是一个琐细的问题。 在固体模型 中， 界限表示法 (B 型是最普遍的代表形式。被整理的不均匀的 B 多槽轴 (面 的 垂距是 复杂 的而且计算费用昂贵的操作。其次 ,被整理的表面的垂距可以容易地制 造复杂 的自身内部的交叉点 和 外部的 交叉点 (以毗邻表面 )问题。此外 ，这 7 个统一的 垂距表面只实用于球头铣刀刀具切削区域的产生。 用圆角铣刀加工形成的刀具切削区域垂距表面是一个更加困难的问题，更不用说更加通用的具。总的来说，用垂距表面 在数字控制刀具路径中产生传统的实体模型在计算过程中是复杂的，而且计算的效率也很底。 此外，解析机械加工中，在给定部分参数表面后， 机械加工 刀具路径是从垂距部分表面和 平行于工具轴的 一系列 垂直 平面的交叉点产生的 。 非线性等式解决 的方法也许包含在要寻找的交叉点曲线中。对于一个 立体 平 版印刷 (型，因为零件表面已经被分成三角形， 刀具路径的形成是从多面体表面开始 计算 在许多情况下 ,唯一线性运算是 很有必要的。如图 5所示，切削刀具与零件表面接触的地方叫做刀具接触点（ 而刀具的端点被定义为刀具切削点。在机械加工中，刀具接触点（ 不是固定的，而刀具切削点（ 的 标值可以任意确定 (多数 情况下是落在固定的网格点 )。 唯一的未知数 就是刀具切削点的 Z 轴坐标值。因此，刀具路径通常的由很多连续的刀具切削点组成。 当工具轴 向二维点 (xc,动时，零件表面将 形成一个区域，这个区域是半径为 个二维圆的圆心在 (xc,上。 这 个区域叫做 刀具接触 点（ 图 5）。 图 5 8 本文提出一种 计算无推断从零件表面的那些小的三角形来的刀具切削点 （ 算法，这些零件表面与刀具接触点（ 域是重叠的。当切削刀具与一个三角形多面体 接触时，刀具接触点（ 能位于端点、小平面或者是边沿上。对于切削刀具本身，刀具接触点（ 能与包络线、 花托区域或更低的锥体 连在一起。 对于 这些各种各样的联 系 情况 ， 刀具切削点（ 的计算方法是不相同的。先确定接触区域和刀具接触点（ 非常必要的，然后从刀具接触点（ 域 可以计算出刀具路径的刀具切削点（ 对于一把普通的 削 刀具， 有九类型计算模型 。 实际上 ， 并不是 每 把 切削 刀具都包含有三个区域。通常， 一 把切削刀具只包含有 一个或者两个切削区域（图 4）。 刀具切削点（ 计算过程首先是从分成三角形小平面的刀具接触点（ 域开始的。这是一个节约时间的策略，因为如果刀具接触点（ 平面里面， 切削刀具就不接触到端点或者三角形的边沿，因此，后面 二者更加费时的步骤就可能得到避免。 1 of in a a to of in a a is is of a a in It is of an as of it is to be by of a of a A to by a is It is in it be to To an of a is as as to of 1. to of a To AD/or 996). to be in a of AD is AD is 2 In is is 992, 993). TL TL is to TL is as of in is by AM In TL a to as up is no a TL of in TL et 2002). It is of TL In 997). be 991). is C u or v is of et 1987, et 1995, et 1997, 003). of it be a of is to 998). On is at it to or 997)in of a it of is et 1988, 3 1991, 991, 998). Ls a of is on of is a a to be a to by 992, 998). In of a is It be to a to of TL by a 986). of PT is C of et 1998, 999). is in it be to of by PT ). is is to of PT To a TL an 2. in n NC et 1994) ()： 4 . C or a is to a or a of on a is to At is a to a or is an ). An is in to or to on a Ls a is is to to or a as a a AM . 3. of PT to in be by 5 . a d is to of r e to of a it is if on of it is f to of to be so 986). of in . . of PT as to 6 L R=2d+（ 1） 21） R, is of on be to in of of 1 2 be as u+ 2 2 2 2 214 c o s ( )u f e r ） /22） 2=e+（ 2)+ 2 2 2 2 222s i n ( 2 ) 4 ( ) s i n ( )v v r） /23） =（ 2） -（ L =222()r R e4） L, of 2 is as L =222()r R eon 1 2, On is a of , R2 , is a of e r, is a of 1 1 a As in (a),a in (c), a in (d), it is a 4. C of to L it is in of in is a In a is of is a of 7 of is to L L is a to PT C by is in in a is of a of to be TL is is to Ls In As in , of is a of a is as a CL C is xy of L be on to be is z of L of a L to a a on by a , It is a CC ). 8 . CC CL C an to L of C a a C be at a a or an C be on or L It is to C C L of be a PT of In a or )of C is a if C is or of be 1 英文翻译： 第一章 介绍 究的目的 机动车的传动链从 20 世纪 60 年代开始受到了更多的关注。更好的理解传动链是提高车辆性能和服务寿命的改进设计的本质要求。传动部件失效和车辆性能低下的两个主要原因是传动链的振动和传动链对对冲击载荷的短暂响应。 1）振动：传动链的振源主要有：发动机转矩的变化，齿轮轮齿上的沙眼，普遍的连接等。但更重要的振动来源是发动机。当任何一个发动机转矩协件的频率等于传动链的自然频率，共振就会发生。共振幅度由系统阻尼决定。在共振频率下操作非常危险。可能导致过载或使某些部分失效，引起齿轮冲 击，使司机和乘客感到不舒服。阻止传动链的共振可以通过小心选择和安排转动部件的惯性矩和连杆的硬度来避免在共振频率下操纵，或者通过增加系统的阻尼使共振的影响减轻。 2）对冲击载荷的短暂响应：传动链的冲击载荷主要来源是齿轮啮合和突然地改变操纵指令或车辆的装载。传动链中这种暂时转矩的大小决定于冲击载荷的大小和传动链的暂态特性。 传统的车辆设计者们计算一个未知的动力载荷会用稳态转矩乘上一个安全因素如 者 一个安全因素通常会导致设计不可行。即使设计可行，结果也可能是某些传动部件失效的结果。 新测试 技术和计算机技术的出现让动力工程师在研究车辆动力和新工具的领域中有了新的视野。用车辆模型进行计算机模拟，不仅帮助研究工程师，也让设计工程师能评价不同的相互竞争的设计，选择最好的方案，和优化已完成的设计方案的参数。这要求发展一种车辆模型，这种模型的准确性可以通过比较模拟反应和测试反应来论证。 传动链最重要的部分是发动机。不仅因为发动机是振动的主要来源，而且它也为车辆提供动力。因此传动链的暂态特性必定受到其影响。所以一个准确的发动机模型是模拟传动链的必然要求。学习的目的是获得一个能用于传动链模拟的准确发动机模型 。这个模型将被证明拥有高度的流动性、多轮 2 的汽车发动机。 力特性 态特性 发动机的稳态特性就是发动机平均速度、平均转矩和均衡状态下燃料供给量之间的关系。这个属性决定了发动机的功率，车辆的加速度、最大速度、最大装载量和车辆的其它重要性能特性。发动机的稳态特性通常指示在发动机的铭牌上。 暂行为 一个准确的对传动链暂态属性的陈述必然能够预示在短暂操作中车辆的暂态反应和传动链转矩的波动。传动部件的失效通常是由于传动链的短暂转矩。这种转矩有可能比在平稳操作中的转矩高得多。 因为发动机是车辆传动链的主要部分，所以发动机的暂态特性在车辆对突然改变操作指令、车辆负载或者改变齿轮传动比的反应中对传动链的转矩将产生很大的影响。 限振动 传动链的主要振动来源是发动机。发动机的转矩通过曲轴传递给传动链，因此会周期性的波动。发动机激励的两个主要组成部分是燃烧室压力脉动和回程活塞的惯性矩变量。这两个改变的转矩提供给发动机的惯性系统，引起传动链振动。 发动机的许用应力，阻尼和惯性是传动链系统的一部分，部分的决定传动链的共振频率。这个极限频率在发动机的频率范围内。传动链的共振 频率将会引起传动链的共振。传动链共振会引起疲劳失效和增加传动链部件磨损和让乘客不舒服。准确的估算发动机激励特性，惯性和许用应力在预测传动链的共振很重要。 献参考 制模型 在发动机模型研究领域中的最近研究中大多都有对控制目标的研究。这种模型通常用来设计和评估用于动力控制或者传递控制的发动机控制系统。在发展发动机控制系统模型中主要牵涉的是发动机的暂态响应，而不是发动机的极限振动。汽缸压力脉动和惯性矩没有被考虑，曲柄连杆机构的惯性变量也没有被考虑。只有发动机的转矩平均值和发动机的惯性被代表性的 使用。所以发动机模型仅能提供暂态响应，而不是发动机的极限振动。一个典 3 型的发动机控制系统模型能考虑大概只有不同的几个等式：发动机的速度与模型的输出速度；发动机的加速度和发动机的输出转矩与模型的输入。 动模型 为了在发动机模型中包括发动机振动，汽缸压力脉动，惯性矩，发动机的惯性变量和发动机的阻尼必须考虑。 力脉动 发动机功率来自汽缸压力。汽缸压力的变化在一个冲程循环中是固定的。输入能量和汽缸压力跟空气压力关系密切，但是在压缩和爆炸的压力能达到空气压力的 100 倍，在有的情况可能更多。这 种变化的压力通过曲柄连杆机构提供给发动机的输出柄。它是另一个振动源。所以这种由汽缸压力提供给曲柄连杆的转矩是变化的。 汽缸压力转矩的振动被 例 21 的 模型 计算且当作一个曲柄角的函数。 性变量和惯性力 各种样式的连杆和活塞的惯性和惯性矩对发动机输出转矩的变化也是有影响的。计算惯性变量和惯性矩的数学方程能够通过使用动力理论获得。它在大多关于动力的书籍中找得到。 写了一种计算机模拟程序去计算发动机部件的动力和压力。它是由变化的发动机惯性和惯性矩产生的。这个模型描述发动机是由各种刚性部件组成的。活塞部件 、连杆和曲柄连杆也被考虑。在承受不同压力和连杆在不同速度下对转矩的影响被计算和记载。惯性矩对发动机振动的影响也被考虑的发动机模型则是由 动机阻尼 发动机摩擦和在线性系统中的粘性阻尼很相似。它是在发动机振动中要考虑的另一个因素。发动机汽缸活不同于输出转矩的飞轮的塞摩擦损失。这不包括泵损失和压缩损失。通常将发动机损失看作发动机速度和汽缸压力的一个功能。但是一个适合各种类型的发动机的摩擦模型很难发展。取得摩擦损失的最好方式是来自经验数据。 他的一些重要文件 参考 上面的关于发动机模型的研究的参考是用标题安排顺序的。现在让我们学习参考一些独立的代表性的关于不同领域的发动机模型。发动机模型的复杂性通常依靠研究的目的。 4 在关于发动机动力的书中，发动机的极限振动中的机械装置中通常看作有曲轴箱，飞轮，扭震防止装置和曲柄活塞机构。曲轴箱，扭震防止装置和飞轮的旋转惯性，不被看成是几个部分，而是看作由极限弹簧联系在一起的旋转惯性。连杆被看作刚性的，它的质量分配被简化为曲柄销和活塞销两质点和他们之间一根坚硬的，无重量的棒。 往复式活塞也被考虑是刚性的，而且它的运动假定是线性的。引 擎气体压力的效应被表示成一个曲柄角的函数。引擎操作条件对气体压力的效果不被考虑。引擎的负荷转矩被应用到飞轮。机构的磨擦通常被忽略。应用牛顿定律取得系统的运动方程。合并的方程式是非线性的，关于引擎惯量的输出角位移和输入激励的二阶微分方程。引擎极限振动的特性能够从分析系统方程获得。为了简化方程，一些系统的高次（三或者更高）变量如活塞的位移被排除。 活塞质量的改变效应在系统惯性上不被考虑。 卡内基发表了一系列关于曲轴箱极限振动对曲柄活塞机构的影响的论文。研究的目的是解释一些 巨型的低速的海上发动机失效的原因。但不能对传统的分析进行说明。 非线性理论解释这种现象，并说明了这种现象发生是由于回程部分的惯性矩增加而使系统的惯性矩增加。卡内基和 解释这种现象进行了更深入的调研。并努力理解和 性变量对曲柄活塞系统振动的影响。上面讨论的卡内基和 用的系统方程是由二元方程简化而来的，是从单缸发动机导出的。这里只有发动机变量的第一频率的部分被使用，可能是因为这是一个单缸的低速的发动机模型。对于多缸发动机，这个简化方程不再适用。在模 型中汽缸压力和摩擦损失没有考虑。在模型中汽缸压力和摩擦损失没有考虑。对于二阶微分方程，因为惯性变量也被考虑，角加速度的系数，还有位移和速度、曲柄角也改变。系统的惯性变量由曲轴箱的惯量和曲柄活塞机构的惯量组成。发动机振动分析使用惯性变量的线性系统方程揭示了曲轴箱会发生共振的发动机速度范围。不考虑惯性变量使得这难以预测。 模型和 模型相当相似，尽管他们用于不同目的。模型是用来模拟曲轴箱振动的，而 模型是用来计算与发动机有关的力的。然而，在论文中给出的这两 个模型除了以下不同点外相当 5 相似。 1） 曲柄活塞机构变量的高次谐波不被除去，尽管它们的贡献不到百分之一。这会导致系统方程更复杂。 2） 一个连杆质量分配的比较正确的表示法被使用。它由两部分组成：曲柄销和活塞销组成的两个质量点；在曲柄销的惯性矩。 3） 轴承和活塞磨擦在模型中被考虑。然而 ， 出在态下准确地决定真实的摩擦是不可能的。 4）活塞曲柄机构的惯性矩改变量不能忽略。这可能变成四缸或四缸以下的发动机的极限振动的一个重要因素。 5）系统的运动方程因为包含高次谐波而不明晰。这就出现了系统分析的 一个问题。 %80 17 2338 0330. 98 80 17 2301 广西大学本科毕业设计 变速箱盖 机械加工工艺设计 及其数控加工编程 年 级： 2003 级 毕 业 生：陆玉林 指 导 教 师：段明扬 陈远玲 学 科 专 业：机械工程及其自动化 广 西 大 学 机 械 工 程 学 院 二 广西大学机械工程学院机械工程及自动化专业 机械加工工艺卡片 工序名称 粗铣半精 铣 M 面、 钻4- 14 的孔 工序号 零件名称 变速箱盖 零件号 1 零件重量 同时加工工 件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 32 150属型铸件 设备 夹具 辅助工具 名称 型号 专用夹具 立式 铣削加工 加工中心 装 工步 安装及工步说明 刀具 量具 走刀长度 刀次数 切削深度 给量 mm/r 主轴转速 r/削速度 m/本工时 粗铣 M 面 高速钢端面铣刀 190 1 3 338 109 半精铣 M 面 高速钢端面铣刀 190 1 1 500 119 钻 14 孔 标准麻花钻 25 15 107 80 粗铰孔 14 孔 14 刀 25 1 5 78 14 计者 陆玉林 指导老师 段 明 扬 陈 远 玲 共 5 页 第 1 页 广西大学机械工程学院机械工程及自动化专业 机械加工工艺卡片 工序名称 钻 1、 2 号斜螺纹底孔，攻螺纹，锪螺纹孔端面，螺纹孔倒角 工序号 件名称 变速箱盖 零件号 1 零件重量 同时加工工件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 2 150属型铸件 设备 夹具 辅助工具 名称 型号 专用夹具 立式钻床 安装 工步 安装 及工步说明 刀具 量具 走刀长度 刀次数 切削深度 给量mm/r 主轴转速r/削速度m/本工时 铣端面 高速钢端面铣刀 1388 109 钻 的孔 标准麻花钻 15 107 80 钻 12 的孔 标准麻花钻 15 92 80 攻螺纹 14 丝锥 15 72 75 倒角 90 锪钻 1 手动 163 14 计者 陆玉林 指导老师 段 明 扬 陈 远 玲 共 5 页 第 2 页 广西大学机械工程学院机械工程及自动化专业 机械加工工艺卡片 工序名称 钻 3 号螺纹底孔，攻螺纹，锪螺纹孔端面 ， 锪 螺纹孔倒角 工序号 件名称 变速箱盖 零件号 零件重量 同时加工工 件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 32 150属型铸件 设备 夹具 辅助工具 名称 型号 专用夹具 立式钻床 装 工步 安装及工步说明 刀具 量具 走刀长度 刀次数 切削深度给量mm/r 主轴转速r/削速度m/本工时 铣端面 高速钢端面铣刀 1 388 109 钻 的孔 标准麻花钻 1 30 107 80 钻 12 的孔 标准麻花钻 1 30 92 80 攻螺纹 14 丝锥 1 30 72 75 倒角 90 锪钻 1 1 手动 163 14 计者 陆玉林 指导老师 段 明 扬 陈 远 玲 共 5 页 第 3 页 广西大学机械工程学院机械工程及自动化专业 机械加工工艺卡片 工序名称 钻 4 号螺纹底孔，攻螺纹，锪螺纹孔端面 ， 锪 螺纹孔倒角 工序号 件名称 变速箱盖 零件号 零件 重量 同时加工工 件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 32 150属型铸件 设备 夹具 辅助工具 名称 型号 专用夹具 立式钻床 装 工步 安装及工步说明 刀具 量具 走刀长度 刀次数 切削深度给量mm/r 主轴转速r/削速度m/本工时 铣端面 高速钢端面铣刀 1 388 109 钻 的孔 标准麻花钻 1 30 107 80 钻 12 的孔 标准麻花钻 1 30 92 80 攻螺纹 14 丝锥 1 30 72 75 倒角 90 锪钻 1 1 手动 163 14 计者 陆玉林 指导老师 段 明 扬 陈 远 玲 共 5 页 第 4 页 广西大学机械工程学院机械工程及自动化专业 机械加工工艺卡片 工序名称 铣 4- 14 孔凹台 工序号 V 零件名称 变速箱盖 零件号 1 零件重量 同时加工工 件数 1 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 32 150属型铸件 设备 夹具 辅助工具 名称 型号 普通夹具 立式钻床 装 工步 安装及工步说明 刀具 量具 走刀长度 刀次数 切削深度 给量 mm/r 主轴转速 r/削速度 m/本工时 锪钻 平面 锪钻 1388 109 计者 陆玉林 指导老师 段 明 扬 陈 远 玲 共 5 页 第 5 页 1 机械加工工序过程卡片 广西大学机械工程学院机械工程及自动化专业 机械加工工艺过程卡片 零件号 零件名称 变速箱盖 工序号 工序名称 设 备 夹 具 刀 具 量 具 工时称 型号 名称 名称 规格 名称 规格 I 铣 M 面，钻 4- 14 孔 ，粗铰两个 定位 14 孔 立式 铣 削加工 加工中心 用夹具 1 号 镶齿圆柱面铣刀 、麻花钻、铰刀 铣刀 160 头 45 游标卡尺 1、 2 号 28 端面，钻 1、 2 号斜 螺纹底孔，攻螺纹， 螺纹孔倒角 立式钻床 用夹具 2 号 标准麻花钻、 丝锥、锪钻 游标卡尺 3 号 28 端面， 钻 3号 螺纹底孔，攻螺纹，锪 螺纹孔倒角 立式钻床 用夹具 3 号 标准麻花钻、 丝锥、锪钻 游标卡尺 4 号 28 端面， 钻 4号 螺纹底孔，攻螺纹 ，锪 螺纹孔倒角 立式钻床 用夹具 3 号 标准麻花钻、 丝锥、锪钻 V 锪钻 4- 14 孔 平面 立式钻床 用夹具 4 号 锪钻 游标卡尺 圆柱塞规 去毛刺 和锐棱 钳工台 检 变速箱盖 机械加工工艺设计及其数控加工编程 摘要 本设计研究的零件是 变速箱盖 。 其加工工艺的可行性、合理性、先进性将直接影响零件的质量、生产成本、使 用性能和寿命。 数控加工技术集传统的机械制造、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理 和 光机电技术于一体，是现代机械制造技术的基础。数控加工技术的广泛应用，给机械制造业的生产方式 和 产品结构带来了巨大的变化。 数控加工是 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。数控加工技术包含了数控加工与编程、金属加工工艺、 件操作等多方面知识与经验，其主要任务是计算加工走刀中的刀位点 (简称 )。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。本设计是对 变速箱盖 进行机械加工工艺设计和数控加工编程， 首先是设计好加工工艺规程，选择好刀具、主轴转速和实际切削速度等各种因素，然后 根据 已经选择的刀具、主轴转速和实际切削速度等 在件中设置相应的参数进行模拟加工， 其 具体 内容如下： 1、 通过绘制零件工程图和三维造型图更深一步了解零件的具体形状 ； 2、 根据 设计零件的 质量要求和技术要求设计 了 零件的 加工工艺规程 ， 选择了 合理 的 定位基准，并填写 了 工序卡片 上的相关内容 ； 3、 设计一道工序的夹具图，并绘制夹具主要零件图和装配图 ； 4、 在 件对工件进行 了 数控 模拟加工， 并且 进行了 仿真校验。 最后还对零件的数控加工进行后置处理，生成了零件加工的 G 代码。 关键词： 机械加工工艺设计 夹具设计 数控加工 of he is of of it is of of to of is a to of AM of is to L of of an is a of a s is to is to a of so on of so in as 1. I of by of 2. of to a of 3. I a of a up of 4. A of G 目录 第一章 绪论 1 速箱 1 械加工 2 控加工技术 3 章小结 8 第二章 机械加工工艺设计 9 计题目 9 械加工工艺 9 算生产纲领、确定生产类型 11 件的分析 11 定毛坯的制造方法，初步确定毛坯形状 14 艺规程的设计 15 定切削用量基本工时（机动时间） 21 第三章 夹具的设计 34 题的提出 34 具设计的相关计算 .具结构设计与操作说明 37 第四章 数控加工编程 38 件的数控加工分析 38 用软件的介绍 39 件的造型及导入过程 41 件的数控加工及仿真校验过程 41 代码的生 63 章小结 64 第五章 总结与展望 . 65 计的 总结 65 望 67 参考文献 69 附录 71 致谢 . 1 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。 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 2 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 有很有名的公司在专司的，如响誉世界的德国 内外动态 纵览全球变速箱市场，自动变速箱（ 北美市场， 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（ 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 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 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。 3 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（ W）在天津的工厂在以 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（ 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 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。 4 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 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 50万台，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。 械加工 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。 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 5 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。 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。 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 6 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， 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。 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； 7 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： 选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容； 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； 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； 分配数控加工中的容差； 处理数控机床上部分工艺指令。 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， 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 自动编程系统进行编制。 间没有反馈控制环节，整个制造过程中 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 的设定量，因而影响工作效率和产品加工质量。传 统 统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了 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)C 主板：把一块 8 板插入传统的 器中， 主要运行实时控制， 要运行以坐标轴运动为主的实时控制； (2)动控制板：把运动控制板插入 的标准插槽中作实时控制用，而 主要作非实时控制。 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 片、 片和多 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 9 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、 补、 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 控系统内装高性能 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 户程序实例，用户可在标准 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 及专用集成电路 片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 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 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 储器、位置伺服、 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 10 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、 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。 章小结 本章主要讲述变速箱、机械加工工艺和数控加工技术的相关概念和特点、国内外的发展动态、未来发展趋势和数控加工技术在机械加工中的应用。比较详细地阐述了数控加工的优点及其未来发展趋势。文中还介绍了机械加工工艺的设计方法和应注意的相关问题。 11 第二章 机械 加工工艺设计 计题目 变速箱盖机械加工工艺设计及其数控加工编程 械加工工艺 567 机械加工工艺设计是机械零件加工中的关键步骤，工艺过程由若干个按一定顺序排列的工序组成。工序的工艺过程的基本单元，也是生产组织和计划的基本单元。工序又可细分为若干个安装、工位、工步及走刀等。工艺过程的组成如下图所示： 工位工位工步工步工步工步工步工步工步工步工步工步安装工序工序工步安装 工位工序工艺过程图 2 1 工艺过程的组成 12 制订零件机械加工工艺最主要的工作是拟定工艺路线。工艺路线的 主要内容是：加工方法的选择、加工阶段的划分和工序的安排等。 1、加工方法的选择 在对零件进行工艺分析的基础上，即可对各个加工表面选择相应的加工方法，加工方法的选择有以下几个基本的方面： (1)首先要根据零件各个加工表面的技术要求，选择相应的加工方法，确定各种加工方法所能达到的经济加工精度和光洁度； (2)选择加工方法时应注意零件材料的机械性能和热处理情况； (3)选择加工方法时，应考虑生产纲领或生产类型，根据生产批量大小合理地解决生产率和经济性之间的矛盾。如在单件或小批生产中，为了降低成本，一般采用通用 机床和工艺装备进行加工；而在大批大量生产中，则采用高效率的专用机床和组合机床。 2、加工阶段的划分 工艺路线划分加工阶段的目的在于：一是保证加工质量。粗加工时，切除较厚的金属层，使工件发热而产生热变形，以及因较大的切削力、夹紧力而产生工件的弹性变形等原因，使加工精度和光洁度不高，因此必须增加半精加工和精加工工序；二是合理使用设备。在各种加工过程中，根据加工阶段的特性，选择不同功率和特点的机床进行加工，有利于合理使用设备；三是粗加工阶段便于及时发现毛坯缺陷，以确定后续工序能否进行，避免浪费工时减少费用。 对零件的各表面加工是一个由粗到精的过程，通过若干工序的加工逐步达到质量要求。对加工精度要求较高的零件，按工序性质和内容的不同，将工艺路线划分为粗加工、半精加工和精加工等阶段。各加工阶段的基本要求如下： (1)粗加工阶段：切除毛坯黑皮和大部分加工余量，为以后加工提供精准基面，并留均匀而合适的余量； (2)半精加工阶段：提高精加工需要定位基准的精确性和控制精加工余量，为主要表面的精加工创造条件； (3)精加工阶段：主要为精度和光洁度要求较高的表面的进一步改善，使零 13 件加工表面达到技术要求。 位基准的 选择原则 1粗基准的选择 在起始工序中，工件定位只能选择未经加工的毛坯表面，这种采用未经加工的铸造、锻造或轧制得到的表面作为定位基准面称为粗基准。 (1)对于具有不加工表面的工件，为保证不加工表面与加工表面之间的相对位置要求，一般应选择不加工表面为粗基准； (2)对于具有较多加工表面的工件，粗基准的选择，应合理分配各加工表面的加工余量； (3)作为粗基准的表面，应尽量平整，没有浇口、冒口或飞边等其它表面缺陷，以便使工件定位可靠，夹紧方便； (4)如果毛坯表面比较粗糙且精度较低，一般情况下，同一尺寸方向上的 粗基准表面只能使用一次。 2精基准的选择 精基准是采用已加工的表面作为定位基准面。 (1)为了较容易地获得加工表面，其设计基准的相对位置精度应选择已加工表面的设计基准为定位基准； (2)定位基准的选择应便于工件的安装与加工，并使夹具的结构简单； (3)当工件以某组精基准定位，可以比较方便地加工其它各表面时，应尽可能在多数工序中采用此同一组精基准定位； (4)某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，可选择加工表面本身作为定位基准。 算生产纲领、确定生产类型 本课题设计的零件是手动变速箱的变速箱盖 ，其生产类型为中批量生产。 14 件的分析 89 件的作用 (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 。而 变速箱盖则是起到此作用的零件之一。 件的工艺分析 设计零件的二维图如图 2示： 4孔4孔图 2件的三维图如图 2 2和图 2 3所示： 15 图 2 2 图 2 3 变速箱盖需加工的有平面、孔、螺纹和倒角等，它们之间都有一定的位置要求。现对零件进行工艺分析如下： 1、 平面的加工 这些平面 包括 1、 2斜 孔 端面、 3、 4孔 端面、 锪钻 4- 2、 孔的加工 需要加工的孔有 4- 14 孔、 16 3、 螺纹的加工 首先要钻好螺纹底孔，然后开始加工螺纹。 面与孔的位置关系 平面与孔的轴线之间都有一定的位置要求： 1、 4- 14 孔 自其名义位置偏移允差均为 2、 定毛坯的制造方法，初步确定毛坯形状 1011 零件材料为灰铸铁 32，硬度 产类型为中批生产，毛坯采用砂型机器造型铸造。 根据上述资料，确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。查工艺手册表 公差等级为 8，加工余量等级为 G。再查表 公差等级为 9 级查，因铸件尺寸处于 100200单侧加工余量 Z=4毛坯的大部分平面都是不需要加工的，故在铸造过程中就已将其大致形状铸出来。基本尺寸在 30孔在铸造过程中是不铸出来的，其毛坯是实心的。毛坯尺寸是通过后面查相关资料才确定的机械加工余量确定的。 本零件的各个加工表面的工艺路线、工序（或工步）、工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度如表 3示。 表 3加工表面的工艺路线、工序（或工步）、工序（或工步）尺寸及其公差、表面粗糙度（未注单位： 艺规程的设计 位基准的选择 1、粗基准的选择 17 A 面为非加工面，以 A 端面作为粗基准，限制 3 个自由度，用虎口钳夹持 A 两端面，限制 3 个自由度，再在 3 或 4 螺纹孔用一点定位限制一 个自由度，加工 M 面及 4- 14 孔 。 2、精基准的选择 以已铣好的 M 面作为精基准，用两个 14 孔 作定位，加工 纹孔及 锪钻 4- 14 孔平面。 件表面加工方法的选择 本零件的加工面有平面、内孔、螺纹及倒角等。材料是灰铸铁，选择铸件。参考机械制造工艺设计手册（以下简称工艺手册）表 7、8、表 11、表 17和表 择加工方法如下： 1、 a=有平面度要求，查工艺手册表 8和表 9，采用的加工方法为：粗铣半精铣，即可达到要求； 4- 14孔的粗糙度要求为 对于 A、 工艺手册表 7 和表 11，只需钻就可达到要求，但其中用于定位的两孔的精度应相应提高，才能符合定位所需的精度要求，为此，用于定位的两孔的粗糙度提 高到 需对其进行粗铰即可达到要求。查工艺手册表 7，采用的加工方法为：钻粗铰。 2、 4个 28的凸台是用于放置螺栓或垫片的，没有精度要求，只需用锪钻刮平即可。 3、 螺纹孔端面：其表面粗糙度为 m。查工艺手册表 8，采用的加工方法为：刮端面（粗铣端面）。 4、 螺纹 工艺手册 48，螺纹的螺距 P=2差等级为 18 表面粗糙度为 m，毛坯为实心，未冲出孔。查工艺手册表 7、表 14、表 底孔攻螺纹。 5、 螺纹 倒角：倒角为 1*45，表面粗糙度为 m，只需进行粗加工即可达到要求。（表 其他不要求加工的尺寸均为自由尺寸，按规定其公差等级为 取 标准公差值按工艺手册表 24查出。 订工艺路线 工序：铣 箱 盖底面），钻 4- 14孔、粗铰用于定位的两孔。以 虎口钳夹紧 在 3或 4螺纹孔用一点定位限制一个自由度，选择加工中心进行加工。 工序：粗铣 1、 2 斜孔端面、加工 螺纹， 锪 螺纹孔倒角 。以两个半精铣的 14和已加工的 圆柱销和削边销对工件进行定位，再用带压板实现夹紧。选择 立式钻床 。 工序：粗铣 3 号孔端面、加工 螺纹， 锪 螺纹孔倒角 ，以两个半 精铣的 14孔和已加工的 圆柱销和削边销对工件进行定位，再用带压板实现夹紧。选择 立式钻床 。 工序：粗铣 4号孔端面、加工 锪 螺纹孔倒角 ，以两个半精铣的 14孔和已加工的 圆柱销和削边销对工件进行定位，再用带压板实现夹紧。选择 立式钻床 。 工序 V：刮平 4个 28的凸台。以工序加工的 作为定位精基准，采用两压板压紧 择 立式钻床。 工序 检。 定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 定毛坯余量（机械加工余量）、毛坯尺寸及其公差 19 1、 M 面的加工是单侧加工，前面已根据相关资料查得毛坯的精度等级为工余量等级为 G。查工艺手册表 4 可知， M 端面的单侧毛坯余量为 Z=4表 1 知， M 端面的 公差值为 其毛坯尺寸为 因为 30以： 2、各孔的毛坯余量： 44 孔 的毛坯均为实心，未冲出孔。 3、螺纹孔的毛坯余量：螺纹孔的毛坯为实心，未冲出孔。 定工序余量、工序尺寸及公差 确定工序（或工步）尺寸的一般方法是由加工表面的最后工序（或工步）往前推算，最后的工序（或工步）的工序（或工步）尺寸按照零件图纸的要求标注。当没有基准转换时，同一表面多次加工的工序（或工步）尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时， 工序（或工步）尺寸应用工艺尺寸链解算。 零件的加工总余量已在前面根据相关资料查出，应将机械加工总余量分配给各个工序（或工步）加工余量，然后由后面往前面计算工序（或工步）尺寸。 零件加工表面的加工方法即加工工艺路线在前面已经根据有关资料确定，零件的加工余量除了粗加工余量外，其余加工工序（或工步）余量要根据工艺手册表 24查出，半精加工时可以参考现代制造工艺设计方法，选取半精加工时工序余量为 Z=1加工的工序（或工步）加工余量不是经过查表确定，而是机械加工总余量减去其余各加工余量之和。 零件 各加工表面的工序（或工步）的经济精度和表面粗糙度除了最后的那道工序（或工步）是按照零件的图纸要求外，其余工序（或工步）的经济精度和表面粗糙度主要是根据工艺手册表 7、表 8等确定的，再查表工艺手册表 24确定公差值，最后按照入体原则标注上下偏差。零件各加工表面的工艺路线及工序（或工步）余量、（参考现代制造工艺设计方法，选择半精加工时的工序余量为 Z=1序（或工步）尺寸 20 及公差和表面粗糙度如下表： 表 2 1 各加工表面的工艺路线、工序（或工步）、工序（或工步）尺寸及其公差、表 面粗糙度 （未注单位： 加工表面 工序（或工步）名称 工序（或工步）余量 工序（或工步）基本尺寸 工序（或工步）经济精度 工序（或工步）及其偏差 表面粗糙度 m 公差等级 公差值 M 面 半精铣 Z=1 8 铣 Z=3 9 坯 Z=4 12 - 4- 14 孔 粗绞 Z=0 0 4 孔 2Z=14 14 4 坯 实心 1、 2） 攻螺纹 2Z=12 25 12底孔 2Z=12 12 Z=0 坯 实心 3、 4） 攻螺纹 2Z=12 25 12底孔 2Z=12 12 21 Z=0 坯 实 心 锪钻 4- 14孔平面 刮平 Z=0 毛坯 Z= 定切削用量基本工时（机动时间） 切削用量包括背吃刀量 切削深度 进给量 f 和切削速度 工艺文件中需要确定切削用量，首先由工序或工步余量确定切削深度，精加工和半精加工的全部余量在一次走刀中去除，而粗加工的全部余量也最好在一走刀中去除；然后按照本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量；最后用查表法或计算法求出切削速 度，应用相关公式换算出查表法或计算法所得的转速 或计 ，再根据 或计 在选择的机床实有的主轴转速中选择接近的主轴转速 n 机 作为实际的转速，最后再用相关公式换算出实际的切削速度 填入工序文件中。需要注意的是，在粗加工时，选择实际的切削速度 、实际进给量 f 机 和背吃刀量 要校验机床的功率等是否足够，才能作为最后的切削用量填入工序文件。 序 切削用量及基本工时的确定 1、 加工条件 12 工件材料 12：查金属切削手册表 到 32（灰铸铁）， 抗拉强度 b =150度为 163 229 加工要求：铣 M 端面（箱盖底面）， 钻 4- 14 孔 ，
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