轴类零件实体造型及工艺分析

1、兰州职业技术学院毕业设计摘 要UG具有实体造型、曲面造型、工程图的生成和拆模等功能。通过UG三维造型、仿形加工可以比手动绘图、手动编程来的简便、也可以提早发现问题、降低错误几率。本次毕业设计主要运用UG软件根据图纸的尺寸要求制出零件三维造型，并对零件进行图形分析及工艺分析，确定加工方法，及所需的加工等，确定好工序，然后运用UG软件对零件进行编程处理，并模拟出刀轨，同时制定加工工艺路线，最后通过后处理生成零件的加工程序。 关键词： UG，车床加工，数控工艺，仿真加工 目 录第1章 前言11.1 轴类零件11.2 机械加工工艺2第2章 UG软件的介绍32.1 UG技术概述32.2 UG软件的特点3

2、第3章 零件工艺分析53.1 零件分析53.2 机床选择63.3 零件材料选择63.4 毛坯形状和尺寸的选择63.5 加工余量的选择73.6 基准的选择73.7 工艺设备的选择83.8 确定进给路线（加工方法）93.9 切削用量103.10 加工工序卡片10第4章 UG造型与仿形加工134.1 加工并生成程序13毕业总结18致 谢19参考文献20附 录21II第1章 前言1.1 轴类零件轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。 根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：转轴，工作时既

3、承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各减速器中的轴等。心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，轴的材料主要采用碳素钢合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案

4、进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；4、便于加工制造和保证精度。1.2 机械加工工艺 机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等

5、，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。 机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调

6、整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。第2章 UG软件的介绍2.1 UG技术概述UGS(UnigraphicsSolutions)是全球发展最快的机械CAX(即CAD、CAE、CAM等的总称)公司之一。它的产品Unigraphics(简称UG)软件是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造业的CAX高端软件，是知识驱动自动化技术领域中的领先者。它实现了设计优化技术与基于产品和过程知识工程的组合。UG软件能够为各种规模的企业提供可测量的价值；能够使企业产品更快地提供给

7、市场；能够使复杂的产品设计与分析简单化；能够有效地降低企业的生产成本并增加企业的市场竞争实力。正是由于该软件的高度集成化和优越的性能，使之成为目前世界上最优秀公司广泛使用的系统，如波音飞机、通用汽车、惠普发动机、飞利浦、松下、精工和爱立信等。该软件目前也普及到机械、医疗设备和电子等行业，并发挥着越来越显著的作用。UG产品主要包括计算机辅助工业设计、工程设计、工程分析和制造，以及知识驱动自动化的工具与专门过程的导向。2.2 UG软件的特点UnigraphicsCAD/CAE/CAM系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使得产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品与制造。

8、UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术。在面向过程驱动技术的环境里，用户的全部产品及精确的数据模型能够在产品开发的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。UG不仅有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图的设计功能，而且在设计过程中可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的精确性和可靠性。同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其处理程序支持多种类型的数控机床。另外，它提供的二次开发语言UD/OPEN、GRIP、UG/OPENAPI简单易学，实现功能多，便于用户开发专用的CAD系统，具体来说，该软件具有以下特点：1、具有统一的数据库

9、，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可施行并行工程。2、采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。3、基于特征（如：孔、凸台、型腔、沟槽、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型的基础，形象直观，类似于工程师传统的设计方法，并能用参数驱动。4、曲线设计采用非均匀有理B样线条作为基础，可用多样方法生成复杂的曲面造型，特别适合于汽车、飞机、船舶、汽轮机叶片外形设计等外形复杂的曲面造型。5、出图功能强，可以十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准标注名义尺寸、尺寸公差、形位公差汉字说明等，并能直接对实体进行局

10、部剖、旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘图功能的实用性。6、以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名的CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型的基础。7、具有良好的用户界面，绝大多数功能都可以通过图标实现，进行对象操作时，具有自动推理功能，同时在每个步骤中，都有相应的信息提示，便于用户作出正确的选择。第3章 零件工艺分析对零件图进行工艺分析的主要内容包括零件结构工艺性分析、选择数控车削、铣削的加工内容、零件毛坯的工艺性分析和加工方案分析。3.1零件分析3.1.1读图和审图图3-1图3-2 要认真分析零件的性能和工作条件，了解零件在产品中的位置、

11、装配关系及其作用，弄清各项技术要求对装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。 该零件视图表达完整、清晰，尺寸及有关技术要求齐全、明确。 该零件的外圆表面粗糙度为Ra0.8，槽端面和右端面为Ra1.6，其余加工表面粗糙度为Ra6.3，参数合理，便于加工。 该零件选用的材料为45号钢，价格低廉，加工难度不大，能够保证零件的各方面要求。3.2机床选择选择数控机床首先要根据产品的零件类型、尺寸、加工复杂程度等因素进行 综合分析，确定与其相适应的数控机床类型、规格。在选择机床时，一方面要考虑到数控机床的先进性和适应能力，使其在产品改进时仍能适应产品的要求，另一方面要

12、尽量避免数控机床规格太高、精度太高的浪费现象。本工件是轴类零件，车削时选用CK6140卧式数控车床，铣削时选用XH714立式铣床，磨削时选用立轴矩台平面磨床M7240。3.3 零件材料选择 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。因其属于一般传动轴，故选45热轧圆钢，需调质可满足其要求。3.4毛坯形状和尺寸的选择选择毛坯形状和尺寸总的要求是：减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。但也有以下四种情况。 采用锻件，铸造毛坯时

13、，因锻模时的欠压量与允许的错模量不等，铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等，此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定，所以，除板料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工表面均应有较充分的余量。 尺寸小或薄的零件，为便于装夹并减少夹头，可将多个工件连在一起，由一个毛坯制出。 装配后形成同一工作表面的两个相关零件，为保证加工质量并使加工方便，常把两件合为一个整体毛坯，加工到一定阶段后再切开。 对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。由于该零件力学性能要求较高，

14、故材料选用45锻件。45锻件即既具有较高的强度、硬度，又具有较好的塑性、韧性，所以该零件的毛坯尺寸可定为24mmx93mm，190mmx40mm的锻件。3.5加工余量的选择加工余量大小，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。因此，必须合理地确定加工余量。其确定的方法有：经验估算法、查表修正法、分析计算法。首先根据工艺人员的经验来确定加工余量。为避免产生废品，所确定的加工余量一般偏大。要准确余量则需要根据有关手册，查得加工余量的数值，然后根据

15、实际情况进行适当修正。因此该零件的加工余量如下：粗加工外表面的加工余量选择0.5mm，半精加工的加工余量0.1mm，接着做完精加工。粗加工凹槽余量0.1mm ，精加工0.05mm。铣直径6孔的粗加工余量0.2mm，接着做精加工。3.6基准的选择基准就是确定生产对象上的某些点、线、面的位置所依据的那些点、线、面。3.6.1定位基准的选择正确选择定位基准是制订机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。定位基准分为精基准和粗基准。3.6.2 粗基准选择有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时

16、，粗基准不可重复使用。该零件为轴类零件，故选粗基准为右端面。3.6.3精基准选择要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。该零件为轴类零件，故选粗基准为轴心。3.7工艺设备的选择3.7.1夹具的选择机床夹具的种类很多，按使用的机床类型分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具等。而按专门化程度划分来说，该零件车削时使用的是通用夹具三爪定心卡盘。3.7.2刀具选择选择合适的刀具和参数，对于金属切削加工，能起到事半功倍的效果。刀具材料选用硬质合

17、金，钻头和铰刀选用高速钢。且切削速度比高速钢高410倍，但其冲击韧性与抗拉强度远比高速钢差。而铣刀种类繁多，在使用时要根据加工部位、表面粗糙度、精度等来选用，根据图形的精度和加工部位来看，所选刀具卡如下： 表3-1 车床加工刀具卡产品名称或代号XXXXX零件名称轴零件图号XXXX序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm备注1T0145外圆车刀1圆柱端面25252T0290外圆车刀1圆柱面25253T03切槽刀1圆柱面2525表3-2 铣床加工刀具卡产品名称或代号XXXXX零件名称轴零件图号XXXX序号刀具号刀具规格名称数量刀长/mm加工表面备注1T0130端面铣刀1圆柱低部端面2T02

18、10立铣刀150圆柱低部端面槽1、 铣端面：选用硬质合金面铣刀。2、 粗、精铣端面槽：选用硬质合金立铣刀。3、 孔加工各工步的刀具直径根据加工余量和孔径确定。3.8确定进给路线（加工方法）在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为进给路线。进给路线不仅包括切削加工时的进给路线，还包括刀具到位、对刀、退刀和换刀等一系列过程的刀具运动路线。进给路线不仅反映了几个内容，也说明了加工顺序。确定进给路线。主要是确定粗加工及空行程的进给路线，因为精加工的进给路线基本上是按零件的轮廓进行的。在确定时还要注意一些问题： 选择工件刚性破坏小的路线，以减少加工变形对加工精度的影响。 寻求最短的进给路线，以提

19、高加工效率。 切入和切出的路线应考虑外延，以保证加工的表面质量。 完工时的最后一刀应一次走刀连续加工，以免产生刀痕等缺陷。此外，确定进给路线时，还要考虑工件的形状与刚度、加工余量大小、机床与刀具的刚度等情况，确定是一次进给还是多次进给来完成加工，确定刀具的切入与切出方向以及在铣削加工中试采用顺铣还是逆铣的铣削方式等。该零件的进给路线如下：车床粗车：粗加工零件外轮廓（45外圆车刀）切槽：加工槽精车：精加工零件外轮廓（30外圆车刀）铣床铣端面：铣零件右端面（30立铣刀）铣腔槽：铣端面腔槽。（10立铣刀）精铣腔槽：高速精铣腔槽至尺寸（10合金立铣刀）精铣端面：高速精铣右端面至尺寸（30合金立铣刀）3

20、.9切削用量 在一定切削条件下，合理选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。3.9.1 切削参数对机械加工的影响（1）对加工质量的影响切削速度的影响。因为切削速度对切削温度影响最大。随着切削速度的增加，温度上升，工件的温升变形和刀具磨损加快，使误差加大。同时，工件表面层的热应力。金相组织也发生变化，使工件表面质量下降。进给速度的影响。在中等以上进给速度时，降低进给速度可降低表面粗糙度值;但当低速切削（0.050.15mm/r）时，由于存在塑性变形故可使Ra增大。背吃刀量的影响。随着背吃刀量的增大，切削力成正比的增加，工艺系统发生变形、振动等，使加工精度和表面粗糙度下降。

21、（2）对刀具使用寿命的影响刀具耐用度与刀具总刃磨次数的乘积称为刀具寿命。它是一把刀从开始到完全报废所经过的切削时间。对刀具寿命的影响主要从耐用度的影响来分析。因此，贵重、精密的刀具是不宜采用高速切削和大进给量切削的。（3）对生产效率的影响在一定的切削条件下，合理选择切削用量是提高切削效率、保证刀具耐用度和加工质量的主要手段。3.10 加工工序卡片确定加工工序后，根据加工要求，编写数控加工工序卡片。具体的加工工序卡片如下表所示。表3-3 车床加工工序卡单位名称兰州职业技术学院产品名称或代号零件名称零件图号xxxxxxx轴xxxxxxx工序号程序编号夹具名称使用设备车间001xxxxxxx三爪卡盘

22、CK6140xxxxxxx工步号工部内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/r*min-1进给速度/mm*min-背吃刀量/mm备注1车外轮廓T0125x25100012022车左端面T02252580016023粗车毛坯T032525100024014精车圆柱T042525800800.255切槽T053258001200.25单位名称兰州职业技术学院产品名称或代号零件名称零件图号xxxxxxx轴xxxxxxx工序号程序编号夹具名称使用设备车间001xxxxxxx平口虎钳和V型块XH714xxxxxxx工步号工部内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/r*min-1进给速度/mm*min-背吃刀量/mm

23、备注1铣右端面T01308001600.52粗铣底端面槽T021050030013精铣底端面槽T03108001600.25表3-4 铣床加工工序卡表3-5 磨床加工工序卡单位名称兰州职业技术学院产品名称或代号零件名称使用设备xxxxxxx轴磨床工步号工部内容刀具号砂轮规格/mm主轴转速/r*min-1进给速度/mm*min-背吃刀量/mm备注1磨外圆面300x100x25120050.052磨端面 400100050.05第4章 UG造型与仿形加工UG是一种功能强大的软件，在这个零件的造型中我们用到的是UG的草图建模、实体造型和仿形加工模块。4.1加工并生成程序通过草图拉伸对毛坯进行设定，同

24、时要确定毛坯中心在系统坐标系（绘图坐标系）中的坐标值。因为该例绘图原点在图形的右端面上，所以毛坯中心的坐标值设定值为（0,0,0）。注意对刀时，刀具找正毛坯中心后，要按该坐标值设定毛坯中心。然后进入UG加工模块，首先设定加工坐标系、工件加工的安全平面，对工件进行加工。4.1.1工艺参数设定首先我们定义加工参数，根据列出的刀具清单设定参数。图4-1 设置加工工件与毛坯图4-2 创建刀具创建刀具直径为30的立铣刀图4-3创建刀具创建直径为10的立铣刀图4-4 指定切削层图4-5 进行型腔铣，生成刀轨图4-6 进行面铣，生成刀轨图4-7 键槽G代码生成图4-8 端面G代码生成毕业总结经过近三个月的坚

25、持不懈，我的基于UG下的轴类零件实体造型与仿形加工终于达到了预期的要求，在此次设计过程中，我查阅大量有关资料，跟老师学习，与同学交流，经验和自学，并向老师请教，学到了不少知识也找到了自己身上的不足。感受良多，获益匪浅。此次设计过程我遇到许多问题，诸如UG的使用不熟练、UG的基本操作、UG的一些常见难处等方面的问题，最终在老师和书本的帮助下，我终于完成了老师交给我的任务。在整个设计中我懂得了许多东西，诸如工艺、设计的情况。培养了我独立工作能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习、工作、生活有很大的启发。 这次设计，我深刻体会到，在动手设计以前，应该进行充分调查、研究，根据所收集的资料进行系统分析，在脑海中形成一个具体的结构，再进行有计划的实施。在毕业设计期间，我学到了很多书本上所没有的知识，也对学习和生活有了一些新的认识。总结如下：1、要勤于思考。只有把理论用于实践，才能彻底的掌握，才能实现学习的价值。2、细心、耐心。只有一丝不苟的工