【正文】 1 1 前言 在當代信息化技術(shù)的推動和催化下，傳統(tǒng)的制造業(yè)和制造技術(shù)也通過應(yīng)用信息技術(shù)正向高效率，高精度，高自動化方向發(fā)展，數(shù)控機床，加工中心和柔性制造單元以及集成制造系統(tǒng)等得到了廣泛應(yīng)用。 數(shù)控加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機械加工制造業(yè)中，如數(shù)控銑削、鏜削、車削、線切割、電火花加工等，其中數(shù)控銑削是復(fù)雜多變零件的主要加工方法。數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達到預(yù)期的加工效果，編制高質(zhì)量的數(shù)控程序是必不可少的，這是因為數(shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過 程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。無論是手工編程或計算機輔助編程，在編制加工程序時，選擇合理的工藝參數(shù)，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。 UG 是 Unigraphics 的縮寫 ， 是 Siemens PLM Software 公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的 產(chǎn)品設(shè)計 及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。這是一個交互式 CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計 與計算機輔助制造 )系統(tǒng)，它功能強大，可以輕松實現(xiàn)各種復(fù)雜實體及造型的建構(gòu) 和實體的加工 。它在誕生之初主要基于工作站，但隨著 PC 硬件的發(fā)展和個人 用戶的迅速增長，在 PC上的應(yīng)用取得了迅猛的增長，目前已經(jīng)成為模具行業(yè)三維設(shè)計的一個主流應(yīng)用。 因此，用 UG 作為 CAD/CAM軟件平臺，進行的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，不僅可以運用機械方面的知識進行產(chǎn)品開發(fā)，也可以培養(yǎng)對本軟件的操作能力。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)不斷改進，對零件加工質(zhì)量的要求也越來越高。隨著社會多產(chǎn)品多樣化需求的增強，產(chǎn)品品種增多，產(chǎn)品更新?lián)Q代加快，這使得數(shù)控加工在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并不斷地發(fā)展。尤其是隨著FMS 和 CIMS 的興起和不斷成熟，對機床數(shù)控系統(tǒng)提出了更高的要求，現(xiàn)代數(shù)控加工 正在向高速化、高精度化、高可靠性、高柔性化、高一體化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方向發(fā)展。 一般認為 UG NX 是業(yè)界中比較有代表性的數(shù)控軟件。其中 UG CAM 即加工制造模塊，是 UG 的重要模塊之一，具有舉足輕重的地位。其主要功能是承擔交互式圖形數(shù)控編程的任務(wù)，即針對已有的 CAD 三維模型所包含的產(chǎn)品表面幾何信息，進行數(shù)控加工刀位軌跡的自動計算，完成產(chǎn)品的加工制造，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計者的設(shè)計構(gòu)想。 UG CAM 由五個模塊組成，即交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀 2 具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊。 (1) 交互工藝參數(shù)輸入模塊 通過人機交互的方式，用對話框和過程向?qū)У男问捷斎氲毒?、夾具、編程原點、毛坯、零件等工藝參數(shù)。 (2) 刀具軌跡生成模塊 UG/Toolpath Generator UG CAM 最具特點的是其功能強大的刀具軌跡生成方法。包括車削、銑削、線切割等完善的加工方法。其中銑削主要有以下功能 : ① Point to Point：完成各種孔加工； ② Planar Mill：平面銑削。包括單向行切，雙向行切，環(huán)切以及輪廓加工等； ③ Fixed Contour：固定多軸投影加工。用 投影方法控制刀具在單張曲面上或多張曲面上的移動，控制刀具移動的可以是已生成的刀具軌跡，一系列點或一組曲線； ④ Variable Contour：可變軸投影加工； ⑤ Parameter line：等參數(shù)線加工。可對單張曲面或多張曲面連續(xù)加工； ⑥ Rough to Depth：粗加工。將毛坯粗加工到指定深度； ⑦ Cavity Mill：多級深度型腔加工。特別適用于凸模和凹模的粗加工； ⑧ Sequential Surface：曲面交加工。按照零件面、導(dǎo)動面和檢查面的思路對刀具的移動提供最大程 度的控制。 (3) 刀具軌跡編輯模塊 UG/Graphical Tool Path Editor 刀具軌跡編輯器可用于觀察刀具的運動軌跡，并提供延伸、縮短或修改刀具軌跡的功能。同時，能夠通過控制圖形的和文本的信息去編輯刀軌。因此，當要求對生成的刀具軌跡進行修改，或當要求顯示刀具軌跡和使用動畫功能顯示時，都需要刀具軌跡編輯器。動畫功能可選擇顯示刀具軌跡的特定段或整個刀具軌跡。附加的特征能夠用圖形方式修剪局部刀具軌跡，以避免刀具與定位件、壓板等的干涉，并檢查過切情況。 刀具軌跡編輯器主要特點：顯示對生成刀 具軌跡的修改或修正；可進行對整個刀具軌跡或部分刀具軌跡的刀軌動畫；可控制刀具軌跡動畫速度和方向；允許選擇的刀具軌跡在線性或圓形方向延伸；能夠通過已定義的邊界來修剪刀具軌跡；提供運動范圍，并執(zhí)行在曲面輪廓銑削加工中的過切檢查。 (4) 三維加工動態(tài)仿真模塊 UG/Verify UG/Verify 交互地仿真檢驗和顯示 NC 刀具軌跡，它是一個無需利用機床，成本低，高效率的測試 NC加工應(yīng)用的方法。 UG/Verify 使用 UG/CAM 定義的 BLANK 作為初始的毛坯形狀，顯示 NC 刀軌的材料移去過程，檢驗包括錯誤如刀具和零 件碰撞曲面切削或過切和過多材料。最后在顯示屏幕上的建立一個完成零件的著色模 3 型，用戶可以把仿真切削后的零件與 CAD 的零件模型比較，因而他們可以方便地看到，什么地方出現(xiàn)了不正確的加工情況。 (5) 后置處理模塊 UG/Postprocessing UG/Postprocessing包括一個通用的后置處理器 (GPM),使用戶能夠方便地建立用戶定制的后置處理。通過使用加工數(shù)據(jù)文件生成器 (MDFG),一系列交互選項提示用戶選擇定義特定機床和控制器特性的參數(shù)，包括：控制器和機床特征、線性和園弧插補、標準循環(huán)、臥式或立 式車床、加工中心等等。這些易于使用的對話框允許為各種鉆床、多軸銑床、車床、電火花線切割機床生成后置處理器。后置處理器的執(zhí)行可以直接通過 Unigraphics 或通過操作系統(tǒng)來完成。 此次設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計軸承座零件加工工藝及仿真加工。對于進行工藝工裝設(shè)計有著實際性的作用和意義。另外對于機械專業(yè)來說 ,本課題的設(shè)計可以讓我們能充分全面地運用自己所學(xué)的知識，培養(yǎng)我們獨立思考的能力，培養(yǎng)我們搞工藝工裝設(shè)計的思維能力，培養(yǎng)我們的藝術(shù)靈感，為我們今后的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)等。 2 軸承座的工 藝性分析 設(shè)計題目給出的零件是軸承座，它的主要的作用是用來支承、固定的。它的主 4 要任務(wù)是將主電機傳來的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過一系列的變速機構(gòu)使主軸得到所需的正反兩種轉(zhuǎn)向的不同轉(zhuǎn)速，同時軸承座分出部分動力將運動傳給箱體。軸承座中的主軸是機床的關(guān)鍵零件。主軸在軸承上運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性直接影響工件的加工質(zhì)量，一旦主軸的旋轉(zhuǎn)精度降低，則機床的使用價值也將大打折扣。 圖 軸承座零件圖 1）側(cè)視圖右側(cè)面對基準 C（φ 30 ? mm 軸線）的垂直度公差為 。 2）俯視圖上、下兩側(cè)面平行度公差為 。 3）主視圖上平面對基準 C（φ 30 ? mm 軸線）的平行度公差為 。 4）主視圖上平面平面度公差為 ，只允許凹陷，不允許凸起。 5）鑄造后毛坯要進行時效處理。 6）未注明倒角 1179。 45176。 7）材料 HT200。 5 軸承座共有 3組主要加工表面。 （ 1）以Φ 30mm/Φ 35mm 孔為中心的加工表面。 這組加工表面包括：Φ 30mm 孔和Φ 35 孔及倒角以及尺寸為 38mm 與Φ 30mm 孔軸 線垂直的兩個端面。還有一個Φ 4mm的油孔。 （ 2）以Φ 6mm孔為中心的加工表面。 這組加工表面包括：Φ 6mm 油孔，兩個Φ 13mm 沉孔，兩個Φ 9mm 通孔，兩個Φ8mm配作孔，以及與Φ 30mm 軸線之間尺寸為 mm的Φ 6mm 孔的外端面。 （ 3）Φ 9mm 孔的外端面，即為軸承座的上下平面。 軸承座重要尺寸的檢測 （ 1）兩個φ 8 ? mm 定位銷孔，與銷要過渡配合，精度達到 IT8，要先鉆后鉸才能達到要求。 （ 2）側(cè)視圖右側(cè)面對基準 C（φ 30 ? mm 軸線）的垂直度檢查，可將工件用φ 30mm 心軸安裝在偏擺儀上，再用百分表測工件右側(cè)面，這時轉(zhuǎn)動心軸，百分表最大與最小差值為垂直度偏差值。 （ 3）主視圖上平面對基準 C（φ 30 ? mm 軸線）的平行度檢查，可將軸承座φ 30 ? mm 孔穿入心軸，并用兩塊等高墊鐵將主視圖上平面墊起，這時用百分表分別測量心軸兩端最高點，其差值即為平行度誤差值。 （ 4）俯視圖兩側(cè)面平行度及主視圖上平面平面度的檢查，可將工件放在平臺上，用百分表測出。 3 零件毛坯的確定 零件材料為 HT200，是中碳鋼，其強度較高，塑性和韌性尚高，焊接性差。用于承受較大載荷的小截面調(diào)質(zhì)件和應(yīng)力較小的大型正火件，以及對心部要求不高的表面淬火件：曲軸、傳動軸、齒輪、蝸桿、鍵、銷等。水淬時有形成裂紋的傾向，形狀復(fù)雜的零件應(yīng)在熱水或油水中淬火。 6 確定毛坯的類型及制造方法 由于零件的材料為 HT200，零件的形狀規(guī)則，同時由于零件屬于中批生產(chǎn)，零件的輪廓尺寸不大，為了便于生產(chǎn)故選用模鍛毛坯。 模鍛加工工藝的幾點優(yōu)勢： （ 1）由于有模膛引導(dǎo)金屬的 流動，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜。 （ 2）鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的機械性能和使用壽命。 （ 3）鍛件表面光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時； （ 4）生產(chǎn)率較高； （ 5）操作簡單，易于實現(xiàn)機械化； （ 6）生產(chǎn)批量越大成本越低。 從零件材料及力學(xué)性能要求，零件的結(jié)構(gòu)形狀與大小，生產(chǎn)類型，現(xiàn)有生產(chǎn)條件，充分利用新工藝、新材料等多方面綜合考慮選擇模鍛加工工藝中的錘上模鍛。 毛坯加工余量、工序尺寸及公差的確定 根據(jù)毛坯的最大輪廓尺寸（ 82）和加工表面的基本尺寸（ 42），查《 機械制造工藝設(shè) 計簡明手冊 》可得出，軸承座上下表面機械加工余量為 ，其余為 3。繪制毛坯簡圖，如圖 所示。 圖1 毛 坯簡圖繪制步驟 圖 7 （ 1）確定軸承座底平面的加工余量及工序尺寸 ① 軸承座底平面的加工過程如圖 所示。 圖 軸承座底平面的加工余量 ② 根據(jù)工序尺寸和公差等級，查《平面加工方案》 【 1】 得出粗銑、精銑底面的工序偏差，按入體原則標注，考慮到高度方向上以下底面為尺寸基準，并要保證中心線到地面的高度為 30mm。因此以軸承孔外圓面為粗基準先加工 下底面，以加工后的平面為后面加工的精基準。底面的加工余量及工序尺寸見表 31 所示。 表 31軸承座底平面的工序尺寸表 工序 基本尺寸/mm 工序單邊余量/mm 公差等級 偏差/mm 尺寸及公差/mm 表面粗糙度/μ m 毛坯 IT14 177。 177。 25 粗銑 19 IT12 精銑 18 1 IT8 （ 2) 確定軸承座上平面的加工余量及工序尺寸 ① 軸承座上平面的加工過程如圖 所示。 8 圖 軸承座上平面的加工余量 ② 根 據(jù)工序尺寸和公差等級，查《平面加工方案》得出粗銑、精銑上底面的工序偏差。方便銑削，并要間接保證尺寸 15+，以及平面度，側(cè)以下底面為精基準加工兩底面。兩上底面的加工余量及工序尺寸見表 32所示。 表 32軸承座上平面的工序尺寸表 工序 基本尺寸/mm 工序單邊余量/mm 公差等級 偏差/mm 尺寸及公差/mm 表面粗糙度/μ m 毛坯 18 3 IT14 177。 18177。 25 粗銑 16 2 IT12 精銑 15 1 IT8 （ 3）確定軸承座左右兩側(cè)面的加工余量 及工序尺寸 ① 軸承座左右兩側(cè)平面的加工過程如圖 所示。 9 圖 ② 根據(jù)工序尺寸和公差等級，查《平面加工方案》得出粗銑、精銑兩側(cè)面的工序偏差。為后面加工做基準，且加工后面工序裝夾方便。兩側(cè)平面的加工余量及工序尺寸見表 33所示。 表 33軸承座左右兩側(cè)平面的工序尺寸表 工序 基本尺寸/mm 工序單邊余量/mm 公差等級 偏差/mm 尺寸及公差/mm 表面粗糙度/μ m 毛坯 88 3 IT14 177。 88177。 25 粗銑 84 2 IT12 精銑 82 1 IT8 82 （ 4）確定軸承座前后兩端面的加工余量及工序尺寸 ① 軸承座前后端面的加工過程如圖 所示。 圖 ② 根據(jù)工序尺寸和公差等級，查《平面加工方案》得出粗銑、精銑前后兩端面的工序偏差。因前端面是寬度方向上的尺寸基準，并為加工孔Φ 30 的一個精基 10 準，因此在此道工序中以基準加工。下底面為兩端面的加工余量及工序尺寸見表34所示。 表 34軸承座前后端面的工序尺寸表 工序 基本尺寸/mm 工序單邊余量/mm 公差等級 偏差/mm 尺寸及公差/mm 表面粗糙度/μ m 毛坯 44 3 IT14 177。 44177。 25 粗銑 40 2 IT12 精銑 38 1 IT8 （