【正文】 through parts of gearbox design process analysis to UG software based on the transmission box was designed, and its analysis of the machining process, while the use of UG software from CNC processing to achieve the integration from design to production, actual production has some significance. Keywords : CAD/CAM 。沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) I 摘 要 現(xiàn)今，機械行業(yè)廣泛采用 CAD/CAM 技術(shù)，并通過數(shù)控機床進行加工，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)和制造周期，提高了產(chǎn)品的技術(shù)含量，降低了成本。 gearbox 。 導(dǎo)入模型視圖 ............................................................... 錯誤 !未定義書簽。 后處理 ............................................................................ 錯誤 !未定義書簽。CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用已迅速從軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴展 ，由大型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用向日用家電，輕工產(chǎn)品的設(shè)計和制造中普及。此后發(fā)展了一系列的 數(shù)控機床， 包括稱為 “ 加工中心 ”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)換工作位置，能連續(xù)完成 銑 、鉆、鉸 、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運作的，只要改變 程序 指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加 工靈活性稱之為 “ 柔性 ”。其后出現(xiàn)了光筆，開始了交互式計算機圖形學(xué)的研究，也為 CAD/CAM 技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展鋪平了道路。這項研究為交互式計算機圖形學(xué)及 CAD 技術(shù)奠定了 基礎(chǔ)，也標志著 CAD 技術(shù)的誕生。這期間，硬件的性能價格比不斷提高；圖形輸入板、大容量的磁盤存儲器等相應(yīng)出現(xiàn)；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等軟件得以應(yīng)用；以小型、超小型計算機為主機的CAD/CAM 系統(tǒng)進入市場并形成主流，這些系統(tǒng)的特點是硬件和軟件配套齊全、價格便宜、使用方便，形成所謂的交鑰匙 系統(tǒng)（ Turnkey System）。在軟件方面，不僅實現(xiàn)了工程和產(chǎn)品的設(shè)計計算和繪圖，而且還實現(xiàn)了工程造型、自由曲面設(shè)計、機構(gòu)分析與仿真等工程應(yīng)用，特別是實體建模、特征建模、參數(shù)化設(shè)計 等理論的發(fā)展和應(yīng)用，推動 CAD技術(shù)由表面模型到實體建模，再到參數(shù)化建模發(fā)展，并出現(xiàn)了許多成熟的 CAD軟件。 （ 2）微型化 CAD/CAM 正轉(zhuǎn)向采用超級微型計算機。近年來，人工智能的應(yīng)用 主要集中在引入知識工程，發(fā)展專家系統(tǒng)。 （ 6）標準化 隨著 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，工業(yè)標準化問題日益越來越顯得重要。知識工程的應(yīng)用是制造業(yè)的 CAD 技術(shù)的一個質(zhì)的飛躍。少數(shù)大型企業(yè)已經(jīng)建立起較完善的 CAD/CAM 系統(tǒng)并取得較好的效益，中小企業(yè)也開始使用 CAD/CAM 技術(shù)并初見成效；一些企業(yè)已著手建立以實現(xiàn)制造過程信息集成為目標的企業(yè)級 CIMS 系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)集成、信息共享。數(shù)控機床編程是數(shù)控加工的基礎(chǔ)。 UG軟件介紹 UG NX 系統(tǒng)簡介 （ 1） UG 的 發(fā)展歷史 Unigraphics(簡稱 UG)是集 CAD\CAE\CAM 于一體的三維參數(shù)化軟件，包含計算機輔助工業(yè)設(shè)計、知識驅(qū)動自動化、數(shù)據(jù)交換和其他特殊應(yīng)用等功能。 基于 UG 的變速箱設(shè)計及 CAM 技術(shù)研究 8 ③ 基于知識的工程管理。 ② 建模模塊（ Moldeling）：提供了設(shè)計產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)的工具。 b. 屏幕實際使用面積的最大化利用增加了對設(shè)計工作的關(guān)注。 UG 機械設(shè)計軟件還具有無與倫比的性能和價值，它是技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的先驅(qū)，并且還擁有最大的用戶群。隨著對模具設(shè)計質(zhì)量與制造要求的不斷提高，以及 CAD/CAM 技術(shù)在模具制造業(yè)中的大規(guī)模推廣應(yīng)用，急需大批熟悉CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用的模具設(shè)計與制造的技術(shù)人才 本課題的主要任務(wù)是對變速箱進行設(shè)計并運用 UG 對變速箱實體建模，在 UG 軟件中加工仿真，以達到 CAD/CAM 技術(shù)的研究目的。用戶可以交互式的創(chuàng)建并編輯復(fù)雜的、實際的實體模型。建立草圖幾何約束時應(yīng)注意： （ 1）添加幾何約束線，應(yīng)先固定某個草圖對象； （ 2）盡量按設(shè)計意圖添加充分的幾何約束； （ 3）當(dāng)遇到要頻繁更改尺寸時，應(yīng)按設(shè)計意圖添加少量約束，以提高修改效率。它推動了企業(yè)的技術(shù)進步和經(jīng)濟效益的增長。 數(shù)控加工工藝概念 數(shù)控加工工藝，簡單說就是用數(shù)控機床加工零件的工藝。本課題的變速箱箱體要求最高精度為 5 級（箱體上有要與 D 級軸承配合的孔），所以要選用精密型加工中心的機床。鑄造碳鋼牌號選擇 ZG200400，它具有良好的塑性，韌性和焊接性能，是變速箱這類要求韌性的機械零件最常選用的材料之一。粗加工無耳面凸臺作為有耳面凸臺加工的基準面比較完善。并且有多種換刀或選刀功能，從而使生產(chǎn)效率大大提高。對于攻螺紋要根據(jù)螺紋 孔的大小而定，對于 6mm 以下的螺紋，不宜在加工中心攻螺紋，應(yīng)該在加工中心加工完底孔后應(yīng)用其他手段完成攻螺紋加工。刀具材料的硬度必須高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC 以上。 （ 2）切削刀具材料與加工對象的物理性能匹配 具有不同物理性能的刀具，如，高導(dǎo)熱和低熔點的高速鋼刀具、高熔點和低熱脹的陶瓷刀具、高導(dǎo)熱和低熱脹的金剛石刀具等，所適合加工的工件材料有所不同。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。按材料刀具可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金剛石刀具和涂層刀具。 （ 2）切削液的選擇方法 切削液選 擇的一般原則是： 1）根據(jù)加工性質(zhì)選用 a）粗加工時，加工余量和切削用量較大，產(chǎn)生大量的切削熱，因而會使刀具磨損加快，這時應(yīng)選用以冷卻為主的乳化液。切削鎂合金時，不能用切削液，以免燃燒起火，必要時，使用壓縮空氣。 常見的定位失效有① 欠定位 ： 根據(jù)工件加工面位置尺寸要求必須限制的自由度沒有得到全部限制或者說約束點不足，這樣的定位稱為欠定位。 4）輔助支承：輔助支承是在工件定位后才參與支承的元件，其高度是由工件確定的，因此它不起定位作用，但輔助支承鎖緊后就成為固定支承，能承受切削力。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)力求簡單、緊湊，并盡可能采用標準化元件。 選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。表 31 給出了不同材料刀具的最高切削速率。 每轉(zhuǎn)進給率 f是銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件與銑刀的相對位移，單位為 mm/r 。 3 種進給量的關(guān)系是： fV =f n f= zf z（ z 為齒數(shù)，即刀刃數(shù)目） fV = zf z n 銑刀每齒進給量的確定可參考表 32所示。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 在粗加工走刀時，刀具可以采用接近 40m/min 的切削速率。 （ 1）切削深度 ① 在工件表面粗糙度值要求為 ~ 時，可分為粗銑和半精銑兩步進行。夾緊力不足 ，會使工件在切削過程中產(chǎn)生位移并容易引起振動；夾緊力過大又會造成工件或夾具不應(yīng)有的變形或表面損傷。 在加工箱體類零件時經(jīng)常采用一面兩孔組合 (一個大平面及與該平面相垂直的兩個圓孔組合 )定位、夾具上相應(yīng)的定位元件是一面兩銷。 ②過定位：工件在定位時，同一個自由度被兩個或兩個以上約束點約束，這樣的定位被稱為過定位 (或稱定位干涉 )。 2）切削液必須澆注在切屑形成區(qū)或刀頭上。 c）數(shù)控機床鉆削、鉸削時， 刀具在半封閉狀態(tài)下工作，排屑困難，切削熱不能迅速傳散，容易使切削刃燒傷并增大工件表面粗糙度。 切削液的選擇 （ 1）切削液的種類 數(shù)控機床常用的切削液有兩大類： 1）乳化液： 乳化液是把乳化油用 90％～ 98％ （ 質(zhì)量分數(shù) ） 的水稀釋而成。 2)各種刀具材料抗氧化溫度高低為：陶瓷 PCBN硬質(zhì)合金 金剛石 HSS。金剛石由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴散率高，切削熱容易散出，不會產(chǎn)生很大的熱變形，這對尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 尤為重要。 2）強度和韌性。對于 6mm25mm 的螺紋可在加工中心進行攻螺紋加工。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。 數(shù)控加工中心的工藝適應(yīng)性 加工中心 (Computerized Numerical Control Machine )簡稱 CNC，是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng) 組成的使用于加工復(fù)雜形狀工件的高效率 自動化 機床。 （ 2）按所用刀具制定加工方案 按所用刀具制定工序可以減少換刀次數(shù)，壓縮空行程和減少換刀時間，且能降低換刀引起的誤差。箱體的開口面上的十個 M6 螺紋孔和兩個 M10 螺紋孔主要用于固定箱體。 數(shù)控機床的選用 （ 1）數(shù)控機 床規(guī)格的選用 數(shù)控機床的選擇應(yīng)根據(jù)要加工零件進行選用。一方面由于機床刀具軟硬件配置等方面的原因，尤其是多坐標控制聯(lián)動的高速銑削機床，進口設(shè)備由于其成本很高，企業(yè)不得不考慮其投資效益問題。所以我們在建模時一定要安排好特征的順序，想好先實現(xiàn)哪一個特征，是先建立凸臺還是先挖孔等等，一般我們把大的特征放在前面而像孔，倒 角，圓角等小的特征放在后面，這樣利于我們修改。 NX 建模流程 建模造型有三種類型：一是原創(chuàng)產(chǎn)品設(shè)計；二是根據(jù)已有二維圖紙建立模型，即所謂的圖紙造型；三是逆向工程，即點測繪造型。本設(shè)計通過對變速箱的建模和工藝分析，在 UG 軟件中進行仿真加工，在仿真加工中要對各項工序進行加工參數(shù)設(shè)置，刀具路徑生成及刀具路徑檢驗， 最后還要進行后置處理，將計算出的刀軌依照規(guī)定的標準格式轉(zhuǎn)化為 NC 代碼并輸出保存。 目前，在計算機三維機械設(shè)計軟件市場中， UG 屬于主流的設(shè)計軟件，在全球的銷量已達到幾十萬套，位于 3D CAD 軟件銷售榜首，遠遠地領(lǐng)先于其它同類產(chǎn)品。 ② NX 工程過程管理 a. Teamcenter 項目支持 b. 4 層客戶機支持 c. 支持重用方案 d. Geolus 集成 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 為了提高進行特別形狀搜索的功能， NX 以嵌入式訪問為特征，能夠搜索可能存在的任何 Geolus 數(shù)據(jù)庫。 ④ 裝配模塊（ Assembling）：提供了構(gòu)造部件裝配的工具。 ⑤ 采用復(fù)雜的復(fù)合建模技術(shù)，可將各種建模技術(shù)融 為一體，支持多實體，支持參數(shù)化與非參數(shù)化。 UG NX基于 Windows 平臺，是當(dāng)今世界上最先進的計算機輔助設(shè)計、分析和制造軟件之一，廣泛應(yīng)用于航 空、汽車、造船、通用機械、模具和家電等領(lǐng)域。數(shù)控機床編程前要對所加工零件進行工藝分析并作必要的數(shù)值計算，然后按所使用的數(shù)控系統(tǒng)和機床廠家提供的編程手冊要求編寫零 件加工程序。隨著 CAD/CAM 技術(shù)應(yīng)用的日益深入，我國制造企業(yè)在今后一段時間將面臨的問題是：如何將 CAD 技術(shù)由二維繪圖向三維建模發(fā)展，進一步提高 設(shè)計效率；怎樣充分發(fā)揮 CAE 技術(shù)的作用，提升產(chǎn)品的競爭力；如何盡快將 CAM/CAPP 技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控編程及工藝設(shè)計上，提高數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用水平，提高工藝設(shè)計及工藝管理的計算機應(yīng)用水平；如何在現(xiàn)有計算機輔助單元技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，提高 CAD/CAM 應(yīng)用的集成化程度；如何在將來把 CAD/CAM 系統(tǒng)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，形成企業(yè)級信息集成管理系統(tǒng)；面對先進設(shè)計理論和先進制造模式的發(fā)展，怎樣抓緊時機迎接新的機遇與挑戰(zhàn)等。因此， VGX 技術(shù)被業(yè)界稱為 21 世紀 CAD 領(lǐng)域具有革命性突破的新技術(shù)。這些標準規(guī)范了 CAD/CAM 技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。專家系統(tǒng)具有邏輯推理和決策判斷能力，它將許多事實和有關(guān)專業(yè)的經(jīng)驗、準則結(jié)合在一起，應(yīng)用這些事實和啟發(fā)規(guī)則，根據(jù)設(shè)計目標不斷縮小搜索的范圍，使問題得到解決，專家系統(tǒng)是當(dāng)前研究相當(dāng)活躍的一個課題。以超級微機為基礎(chǔ)的 CAD/CAM 系統(tǒng)不斷增多，功能也在不斷擴大 。 20 世紀 80 年代后期，人們認識到計算機集成制造（ CIM）的重要性，開始強調(diào)信息集成，出現(xiàn)了 CIMS，將 CAD/CAM 技術(shù)推向了更高的層次。 20 世紀 70 年代中期開始創(chuàng)立 CAPP系統(tǒng)的研究與開發(fā)。并陸續(xù)出現(xiàn)了許多商品化的 CAD系統(tǒng)和設(shè)備。 1956 年首次嘗試將現(xiàn)代有限元法用于分析 飛機結(jié)構(gòu)。 CAM 系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動化兩方面的功能。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負計算、信息存儲和制圖等項工作。 沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 1 CAD/CAM 技術(shù)在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)概述 CAD/CAM（計算機輔助設(shè)計及計算機輔助制造）技術(shù)產(chǎn)生于 20 世紀 50 年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中，隨著計算機軟硬件技術(shù)和計算機圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速成長起來。