基于proE的减速器箱体造型和数控加工自动编程.docx

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基于proE的减速器箱体造型和数控加工自动编程

基于pro-E的减速器箱体造型和数控加工自动编程

摘要

此次毕业设计的主要任务有两个，一个是用pro-E画出减速器箱体的模型，另一个是用pro-E自带的数控程序功能自动加工出零件。

在刘老师的帮助下，我掌握了pro-E一功能，并且在老师的支持和辅导下我从最基本的2维、3维造型开始着手，画出它的基本造型。

在绘制零件图时，我采用了pro-E的零件模块，而在数控加工中，我则采用了它的制造-NC组件模块。

成功的加工出减速器箱体零件。

关键词:

Pro/ENGINEER；参数化、单一数据、基于特性、全相关三维设计和制造

目录

一、毕业实践课题介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．04

（一）毕业实践的任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．04

（二）pro-E造型特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．05

（三）毕业实践的过程简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．06

（四）毕业实践成果简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．07

二、减速器箱体零件结构分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．07

三、pro-E数控加工数据的基本设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．09

（一）建立制造模．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．09

（二）创建毛坯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

（三）操作参数基本设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

四、pro-E数控加工的过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

（一）粗加工序列设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

（二）加工参数设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

（三）精加工序列设置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

五、后置处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

（一）编制数控加工程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

（二）减速器箱体数控加工程序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

六、结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

附件：

减速器箱体的零件图（A2）

一、毕业设计课题介绍

随着数控机床在实际生产中的广泛应用，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。

同时随着机械行业的不断发展，机械生产中的零件产品也日趋复杂，对产品的工艺要求也越来越高，手工编程很难甚至不可能进行对许多复杂零件的编程，于是我们就需要像Pro/E这样的软件来进行辅助编程。

它不仅能进行对复杂零件的加工，而且加工的成品质量高、工艺性好，还大大节省了时间和人力，提高了生产率。

其实，能进行三维造型设计的专用软件很多，除了Pro/E主要还有SolidEdge、MasterCam、UG等，都能够实现从设计到加工的无图纸化操作。

但在与数控的链接方面，Pro/E具有一定的优势。

Pro/NC是一种功能十分强大的自动化CAM加工模块，Pro/NC不仅完全支持高速和多轴等高端加工方式，还有自己独特的技术特点，有良好的扩展性。

因具备其全相关性，在零件稍有改动时，只需再生一下加工文件就可自动更改加工路径，并且可提供产生精加工零件最佳加工路径控制和智能化加工路径创建。

Pro/NC允许CNC编程人员控制整体的加工路径，直到最细节的部分，优点明显。

本文的设计就是讲如何运用Pro/NC的强大功能来进行辅助设计，得到我们想要的NC程序，从而制造出零件产品的。

（一）毕业实践的任务

大学期间最后一学期的毕业实践是实现培养目标的重要教学环节，是学生在校学习期间完成专业人才基本训练的最后的综合性实践教学环节。

它既是培养学生综合运用所学的专业知识和基本技能，培养学生分析问题、解决问题能力的教育过程，也是对学生全面素质的检验。

搞好毕业实践工作对全面提高教育质量具有重要意义。

在本次毕业设计中我主要做了如下设计工作：

Ø了解、分析和确定毕设课题

Ø分析、用pro-E绘制减速器箱体

Ø数控自动加工编制

Ø撰写毕业设计说明书

（二）pro-E造型特点

　随着计算机和信息技术的不断发展，CAD/CAM技术也从二维设计向三维设计发展，以CAD/CAM技术为基础的现代制造技术正迅速地在制造业得到广泛普及和应用。

经过五十多年的迅速发展，它已成为一种高新技术，给机械制造业带来了全面的和根本的变化。

Pro/ENGINEER（后简称Pro/E）是美国PTC公司于1988年推出的三维CAD/CAE/CAM应用软件，是一套从设计到加工的机械自动化软件。

Pro/E是采用参数化设计、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，可以随意勾画草图，轻易改变模型。

这一功能特性给设计者提供了设计上从未有过的简易和灵活。

Pro/E是建立在统一基层上的数据库上，工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。

换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。

这一优点使得设计更优化，成品质量更高。

总言之，Pro/E以其参数化、单一数据、基于特性、全相关等概念及其鲜明的技术特点和强大的工作功能树立于CAD界，成为了广受好评的三维设计和制造软件。

（三）毕业实践过程简介

我的这次毕业设计的课题，过程大致可分为：

零件的造型、操作参数设定、创建NC序列、NC后置处理、生成工艺信息、以及最后的出程序及归档。

其实利用Pro/E来设计加工程序的流程与实际加工时的思维逻辑和流程是相似的。

为了能先对Pro/NC编程有个大致的了解，我们先来设计一个Pro/NC的流程图。

（图1-1）

（图1-1）

在做这些的过程当中，碰到过许多的困难。

也让我了解了更多与之相关的知识。

在主要的步骤，设置操作参数时有许多的参数都是要计算来完成，所以经常查阅各种书籍，使我学到了许多的知识。

在最后的整理资料，写说明书阶段也让我受益匪浅。

（四）毕业实践成果简介

毕业实践是大学期间必不可少的一个经历，它既能对自己所学知识作一次重要检测，也可以让自己把所学的知识串联起来，做一个综合的运用。

它是专业教学过程中，培养毕业生应职应岗能力的最后一个实践性教学环节，是学生正式走上工作岗位前一次综合性的实践能力训练。

在这次的毕业实践过程中，我了解了许多机械方面的知识，也了解了pro-E这款软件的许多功能。

其中最大的收获就是：

pro-E/NC制造。

它能把复杂的零件通过计算机辅助来制造，并且有许多的东西手工加工的话中间的步骤十分的烦琐，也不一定能加工出理想的效果。

但通过pro-E来加工的话就非常的方便，并且还能比手工加工更加精确。

并且在加工完成之后能自动生成所需要的数控程序。

毕业实践的时间虽然很短，但学到的知识却很多，并且在以后的日子里有许多的东西等待着我去学。

二、减速器箱体零件结构分析

减速器箱体中有许多的零件，各个零件的结构以及起的作用有所不同。

比如，箱体的上表面必须做的光滑，为的是与箱盖可以相配合起来，组成一个完整的减速器；中间有两个曲面，是用来存放轴所用；曲面右边有一个凹坑，用来拧紧螺丝，连接箱盖和箱体；箱体的右下角有一个出油口，把减速器里流到底部的油排出到箱体以外，防止积存过多的杂务，破坏减速器的性能；位于底部有一个凹槽，为的是减少受力面积，增加减速器的性能；箱体的左面有一个油仓，用来存放减速器必不可少的润滑油。

这些基本上就是减速器箱体上基本的零件结构的方位以及各自的结构作用。

（一）箱体的主要功能

（1）、支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。

箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。

（2）、安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。

（3）、使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。

（4）、改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。

（二）箱体结构设计

箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为"结构包容法"，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。

箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。

对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。

（三）设计的主要问题和设计要求

箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题：

1、2、3、4、5、满足强度和刚度要求。

对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。

2、散热性能和热变形问题。

箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。

3、结构设计合理。

如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。

4、工艺性好。

包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。

5、造型好、质量小。

三、pro-E数控加工数据的基本设置

在数控加工数据设置之前，要先创建一个需要加工的零件，我选择的是减速器的下箱体作为参照。

单击文件→新建命令，在类型选项组中选零件，在子类型选项中点选实体单选钮，然后在名称文本框中输入名称，单位为mmns-part-solid，确定。

另外，选定完了之后必须要锁定工件。

（一）建立制造模

启动Pro/E程序，主菜单里选文件→新建指令，弹出新建对话框。

选择“制造”，子类型就用NC组件，注意不选择默认的“使用缺省模块”，文件名可以是默认，然后点击确定，弹出“菜单管理器”。

然后取出要加工的零件，在NC　Assembly（NC组装）子文件格式模式下，ManufacturingModel（制造模型）在创建过程中并不会有太多的限制条件，RefModel（参考模型）可为一般的Part（零件）文件，也可以是Assembly（组装）文件，Workpiece（毛坯）则视情况

同样进入加工参数的设置。

弹出参数树对话框,要注意的是由于精加工它只走一刀，加工出来的就是成品了，加工工艺相对要求比较高，表面粗糙度一定要小，为了保证加工质量，跨度要小点,转速可适当的加快,这都是为了加工的精度,上文也已经提到过。

我把主轴转速设为3000r/min,跨度为0.1,设置完后保存退出。

同样要生成刀具路径。

点击要铣削的体积块（这里也可以是曲面），因为我们是做曲面铣削,只要加工到一个面。

如果是体积块,那么就用原来创建的,你也可以自己从新定义一个曲面,为了方便我选择先前的体积块。

然后点击→CL检测→NC序列→曲面铣削→点击完成就可以了（如图4-6所示）。

（图4-6）

另外，在上半部分的加工完成之后，必须新建一个坐标系，编号为op0020。

（三）后置处理

（一）编制数控加工程序

这就是最终的目的所在了，也是最后的一步，用前面加工好的模型，编制出数控加工程序。

这当中有两种方法可以编制数控程序，一种是每一个加工的区域单一的编制程序；另一种则是用该机床上的所有加工区域一同编制程序，为了具体的表达此次毕业设计的内容，我选择了单一的编制程序。

我选择表面铣削作为范例，具体的操作有以下几步：

点击NC序列→CL数据→NC序列→面铣削→文件→MCD文件打勾→完成→选择61号→程序自动生成。

另外，在加工完了以后，如何看加工的轨迹也是很重要的一个步骤。

单击“演示轨迹”→屏幕演示命令，查看一下所定义的粗加工的刀具轨迹。

系统显示“播放路径”对话框。

（如图4-7所示）

（图4-7）

它还有一个最大的特点是：

如果看到加工出的零件不对，不要紧，它有一个NC检测功能，可以撤销刚才所做的步骤，并且可以保存原来设置好的零件的刀具以及参数，所以，这也是一大特色功能。

单击“NC检测”→运行→命令，系统对模型进行渲染，模拟加工过程。

单击保存，将操作系统模拟的加工结果以图片的形式保存起来，在后续的NC序列操作中再进行NC检测时可以调用此“图片”使NC检测更具真实性。

确认无误后，单击“完成返回”→“完成序列”。

（二）减速器箱体数控加工程序

我们可以通过先前设置的工作路径,找到保存的文件,用记事本的方式打开后缀名为tap的文件,就能看到自动生成的NC程序（程序如下）。

因为程序复杂，我将多数省略，基本都是计算机计算的坐标点，只选取其中的一段。

O0001;（平面）

N0005G90G54;

N0010S600M03G00X0Y0Z30.;

N0020S800M03;

N0025G00X255.Y-70.;

N0030Z1.;

N0035G01Z-8.F200.;

N0040X172.321;

N0045X175.Y-80.;

N0050X255.;

N0055Y-90.;

N0060X175.;

N0065Y-100.;

N0070X255.;

N0075Y-240.;

N0080X175.;

N0085Y-250.;

N0090X255.;

N0095Y-260.;

N0100X175.;

N0105Y-270.;

N0110X255.;

N0115Y-280.;

N0120X175.;

N0125Y-290.;

N0130X255.;

N0135Y-300.;

N0140X175.;

N0145Y-310.;

N0150X255.;

N0155Y-320.;

N0160X175.;

N0165Y-330.;

．．．．．．．．．

N2980Y-20.;

N2985X255.;

N2990Z20.;

N2995M05;

．．．．．．．．．

O0002;（曲面粗加工）

N0005G90G54;

N0010S600M03G00X0Y0Z30.;

N0020S1200M03;

N0025G00X235.Y-429.28;

N0030Z-50.793;

．．．．．．．．．

N1060Y-357.422Z-76.591;

N1065Y-354.473Z-69.404;

N1070Y-352.98Z-61.78;

N1075Y-352.8Z-58.;

．．．．．．．．．

O0003;（曲面精加工）

N0005G90G54;

N0010S600M03G00X0Y0Z30.;

N0020S1200M03;

N0025G00X235.Y-352.5;

N0030Z-57.;

．．．．．．．．．

N3375Y-353.26Z-65.761;

N3380Y-355.512Z-73.227;

N3385Y-359.169Z-80.115;

N3390Y-364.094Z-86.162;

N3395Y-370.098Z-91.138;

．．．．．．．．．

O0005;（大孔）

N0005G90G54;

N0010S600M03G00X0Y0Z30.;

N0020S200M03;

N0025G81X215.Y-40.Z-77.464R-43.F50.M08;

N0030X75.;

N0035Y-290.;

N0040X215.;

．．．．．．．．．

O0006;（小孔）

N0005G90G54;

N0010S600M03G00X0Y0Z30.;

N0020S200M03;

N0025G81X215.Y-40.Z-153.558R-66.705F50.M08;

N0030X75.;

N0035Y-290.;

N0040X215.;

N0045Y-500.;

．．．．．．．．．

加工完成之后的零件模型图如下：

（如图4-8）

（图4-8）

参考文献：

[1]曹岩，刘宁，Pro/ENGINEER数控加工实例精解，机械工业出版社，北京，2006.1

[2]曹岩，于洋，数控机床加工，机械工业出版社，北京，2006.7

[3]张传伟，董爱民，Pro/ENGINEER曲面造型设计，清华大学出版社，北京，2004.3

[4]李建华，洪亚瑾，Pro/ENGINEER实训教程，清华大学出版社，北京，2003.8