推荐优秀 轴类零件的模拟加工与仿真 精品.docx

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题目：

轴类零件的模拟加工与仿真

姓名

所在系部机械技术系

专业班级数控技术

指导老师

20XX年4月

任务书

设计（）题目：

轴类零件的模拟加工与仿真

指导教师：

xxx

职称：

讲师

类别：

1、设计的主要任务

通过撰写本，使学生能根据给定的图纸，制定出零件的数控生产工艺并列出工艺图表，生成相关结构的加工程序，完成说明书一份。

2、设计的主要内容

①轴的三维造型；②轴的数控加工工艺分析；③轴的数控加工仿真；

④完成毕业一份

3、设计的基本要求

（1）具有收集参考资料加以消化、归纳的能力

（2）具有调研、收集、查阅资料、分析判断确定设计/方案的能力

（3）具有归纳、整理技术资料，撰写技术文件的能力

（4）具有阐述论证设计/成果及其技术答辩的能力

（5）正确对待，精心准备，认真完成

（6）独立思考完成内容，按时进行设计进度汇报，以便进行中期检查

（7）保证的质量，按期答辩

4、主要参考文献

UG造型、数控加工方面的参考书

5、时间安排

20XX年10月14日～10月31日：

任务布置、分析、前期准备

20XX年11月01日～12月01日：

学习UG软件、进行制图国标定制

20XX年12月01日：

中期检查

20XX年12月02日～12月31日：

撰写毕业

20XX年4月：

撰写、修改毕业，答辩

备注

注：

1、此表一式三份，系部、指导教师、学生各一份。

2、类别是指毕业或，类型指应用型、理论研究型和其他。

摘要

随着计算机技术和机床制造业的不断发展，CAD/CAM图形交互式的应用成为数控技术发展的新趋势。

数控编程在CAD/CAM系统在中最能明显发挥效益的环节之一，而PDM与UG的结合，让CAD/CAM的设计过程变得容易管理和控制，实现了时间的节约，大大的有助于实现设计加工自动化，提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等。

关键词UG；CAD ；  车床加工；数控工艺；仿真加工

前言

如今制造业所面临的挑战是，通过产品开发的技术创新，在持续的成本缩减以及收入和利润的逐渐增加的要求之间取得平衡。

为了真正地支持革新，必须评审更多的可选设计方案，而且在开发过程中必须根据以往经验中所获得的知识更早地做出关键性的决策。

机电产品的结构变得愈来愈复杂、功能变得愈来愈繁多、研制时间变得愈来愈短促、更新换代变得愈来愈急速，这些发展趋势都对机电产品的设计与制造提出新的要求。

为了适应新形势下的新任务，人们可以借助CAD/CAM技术的卓越功能来实现机电产品现代设计与制造的根本目标，

NX是UGSPLM新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。

NX独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。

NX可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。

NX建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。

通过再一次将注意力集中于跨越整个产品生命周期的技术创新，NX的成功已经得到了充分的证实。

这些目标使得NX通过无可匹敌的全范围产品检验应用和过程自动化工具，把产品制造早期的从概念到生产的过程都集成到一个实现数字化管理和协同的框架中（Ⅰ）在产品设计方面，NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。

NX具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。

NX优于通用的设计工具，具有专业的管路和线路设计系统、模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业应用程序。

（Ⅱ）在仿真、确认和优化方面，NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。

通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能，制造商可以改善产品质量，同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建，以及对变更周期的依赖。

我这次的就是要求熟悉UG软件，学习UG软件的使用，运用UG进行轴类零件的加工模拟与仿真，进而通过对ug的二次开发来完成pdm系统所需的数据。

课题就是“基于UG的CAD/CAM/PDM系统集成平台开发-轴类零件数控加工”。

本次中我进行了充分的课题调查并参考和借阅的大量的科技文献，给我的设计提供了大量的理论依据。

第一章实例：

轴的三维建模与装配

1.1UGNX简介

1.1.1UG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。

1.1.2UG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。

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，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。

1.2轴类零件的建模

1.2.1中间轴的建模

实例减速器分有三根轴，这三根轴的UG建模大体上相同，下面着重介绍中间轴的UG三维建模，其他轴可以类推。

1、新建部件文件。

启动进入UGNX5.0后，系统显示“标准”工具栏，如图1-2所示。

单击“新建”按钮

或单击菜单“文件”→“新建”命令系统将弹出“新建部件文件”对话框，如图1-2所示。

图1-2UGNX4开始环境

指定文件放置位置，在“文件名”文本框中输入文件名“zhongjianzhou”,文件类型为“*.prt”，选择单位“毫米”，然后单击“确定”按钮，系统就进入了“基本环境”模块（注：

存放*.prt文件的目录及其各级父目录均不能含有中文字符）。

2、进入“建模”模块。

模型一新建成功后就会自动进入建模模块，若没进入可单击“标准”工具栏中的“起始”按钮

，弹出下拉菜单。

单击“建

模”按钮，系统进入建模工作界面，开始建模。

3.添加圆柱体，找到特征操作按钮圆柱体，单击可出现如图所示的对话框类型选择“轴、直径和高度”指定矢量为X轴，这里之所以选X轴是为了以后轴的加工仿真的方便。

指定点，是圆柱体底面圆心所在的点，可以选择坐标原点。

直径填35mm，高度填206mm，布尔运算无，如下图1-4所示。

生成的轴如

图1-5

图1-4圆柱的拉伸

图1-5轴拉伸实体

4利用拉伸操作来拉出各段轴。

单击拉伸按钮，弹出如图1-6所示的拉伸菜单，按照提示输入所需的尺寸并选择所需的特征。

生成的拉伸体如图1-7所示，

图1-6拉伸菜单

图1-7拉伸实体

同理通过拉伸可以生成轴的各个轴段。

最终生成的轴如图1-8所示。

图1-8轴段实体

5倒角，倒圆。

通过

，

，

，按钮完成倒角和倒圆的操作，最终图形如图1-9所示。

图1-9倒角与倒圆实体

6轴齿轮的生成，通过草图拉伸和圆形阵列实力特征生成轴齿轮如图1-10所示

图1-10齿轮轴

利用特征操作

键槽操作生成键槽再将不必要的线隐藏掉便可生成中间轴的最终三围模型如图1-11所示

图1-11键槽

1.2.2低速轴和高速轴的建模

同中间轴的建模过程相似，建成的模型如图1-12和图1-13所示。

图1-12低速轴

图1-13高速轴

1.2.3．轴类零件的装配

整个装配过程可以从各个组件的装配开始，首先找到低速轴的三维模型，打开他，进入装配模式。

1.键的装配。

单击

按钮，找到键的三维造型，定位模式选择配对，如图1-14所示

图1-14配合键槽

单击确定按钮，跳出配对条件对话框，如图1-15所示，，然后通过面对齐和中心对齐可以完成键的装配。

然后装配另一个键

图1-15图1-16

图1-17

图1-18

键槽装配

2.轴套的装配。

找到轴套的三维模型，然后添加，配对类型选择配对，操作与键的装配相同，

然后通过中心对齐和面对齐便可安装好安装后如图1-19所示。

图1-19键槽的安装

同理安装轴承和齿轮，最终如图1-20所示。

图1-20轴承与齿轮的安装

第二章轴的加工工艺设计

2.1数控加工工艺概述

数控（NC）是指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。

数控机床具有自动化程度高、加工精度高、加工的零件质量稳定、加工对象适应性强、生产效率高、易实现CAD/CAM一体化等优点。

数控机床加工工艺是根据数控机床的特点，以机械制造的工艺基本理论为基础，制定的数控加工工艺文件，其中很多内容遵循传统工艺规程设计的原则。

2.1.1数控加工工艺设计的内容

1、确定数控加工零件或内容。

形状复杂、加工精度高的零件，带有可用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓的零件，一次装夹可完成铣、镗、铰、攻螺纹等多工序的零件，研制的新产品零件。

2、零件图样的数控工艺分析。

审查和分析零件图样中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点，零件图样中轮廓几何元素的条件是否充分，定位基准是否可靠等。

3、数控加工工艺路线设计。

工序的划分和顺序的安排，数控加工工序与普通工序的衔接。

4、数控加工工序设计。

确定进给路线和安排工步顺序，确定定位基准和夹紧方案，刀具和夹具的选择，切削用量的选择，确定对刀点与换刀点。

5、数控加工工艺文件的编制。

数控加工工序卡片，数控刀具卡片，数控刀具数据表，数控机床刀具运动轨迹图。

2.1.2数控加工工艺的特点

1、工序最大限度的集中。

一次装夹完成本台数控机床所能加工的全部表面。

2、装夹方式和夹具选择。

定位、装夹迅速方便，工件夹紧均匀，加工部位开阔，夹具便于协调工件和机床坐标的尺寸关系。

3、刀具的选择。

刀具要求有更高的强度、刚度和更好的刀具使用寿命，刀具切削部分与非切削部分都要有较高的尺寸精度要求，加工中心一般采用7:

24标准圆锥刀柄（GB10944-89），及HSK（1:

10）短锥空心柄，刀具装夹部分常用TSG82工具系统及TMG28模块式工具系统。

4、切削用量的选择。

数据机床主轴转速与进给速度一般都是无级变速，可根据需要直接取值；精加工时背吃刀量比普通机床小。

2.1.3数控机床的主要加工对象

表3-1列出了数控机床的一般类型和主要加工对象。

表3-1数控机床的主要加工对象

类型

加工对象

数控车床

加工精度与表面粗糙度要求高的回转体零件，表面形状复杂的回转体零件，带特殊螺纹的回转体零件。

数控铣床

各种平面类零件，变斜角类零件，曲面类零件

钻削中心

多孔类零件，以孔为主的钻、铣联合加工类零件，阀体类零件，多工步凸轮类零件

加工中心

铣、镗、钻联合加工类零件，结构形状复杂的零件，外形不规则的异形零件，加工精度要求较高的中小批量零件，新产品试制中的零件

2.2零件的工艺分析

零件的功用、结构及特点

首先要求3000/年，单班制。

此次设计的减速器的轴和蜗杆都是轻型零件属于中批量生产。

中批生产的工艺特点：

（1）零件互换性，普遍具有互换性，局部情况配对修配。

（2）毛胚制造及加工余量，部分用金属模或者模锻，毛胚余量及精度中等。

该零件为减速器的低速轴，主要功用是传动，因此要求有一定的强度刚度和韧性，结构比较简单，加工精度在6到7级之间。

2.主要加工表面及要求

轴的外圆直径尺寸，圆跳动以及表面粗糙度，键槽的对称度。

2.2.1毛胚的选择

A.确定毛胚的类型，制造方法和尺寸及公差

（a）轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。

对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

（b）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45～52HRC

综合选择材料是45号钢，属于中碳钢用于车削故选择棒料

B.确定毛胚的技术要求

（a）调质处理，表面硬度220—250HBW，毛胚留余量3mm（双边余量）

2.2.3基准的选择

各个外圆是车削加工，毛胚选择了棒料，用三抓卡盘装夹，基准选择外圆。

同样轴齿轮加工选择两端轴的外圆，对于键槽加工各个轴如下表3-2所示

表3-2基准选择

序号

加工部位

基准选择

低速轴

左键槽

Φ55外圆和端面

右键槽

Φ48外圆和端面

中间轴

键槽

Φ32外圆和端面

高速轴

键槽

Φ35外圆和端面

2.2.4拟订机械加工工艺路线

1.确定各个部分的加工方法

因加工精度公差要求在6-7级，所以各个外圆部分可以选择粗车—半精车—精车。

各个键槽为初铣—精铣。

轴齿轮为初滚齿—精滚齿加工。

2.确定机械加工余量

各个外圆尺寸在Φ30至Φ90之间所以根据机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5—40可以确定车削半精加工余量取双边余量1.0mm精加工余量取双边余量0.45mm，键槽加工初铣后精铣的双边余量1.0mm。

有表5-51可以确定精滚齿的加工余量为1.2mm（双面余量）

3.选择机床设备及工艺装备

有机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5-90选择选择车削中心LB400M型数控车床

其主要的技术参数为：

最大车削直径Φ420mm，最大车削长度600/1250mm，主轴转速35—3500r/min-1快进速度（X/Y）20/25m/min,主轴电动机功率22/15kw，旋转刀具转速3000r·min-1,旋转刀具电动机功率5.5/3.7/2.2kw。

有机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5-91选择北京第一机床厂生产的立式加工中心VRA400型，

其主要技术参数为：

工作台尺寸900×400mm;三坐标行程（x，y，z）600，450，450mm;主轴转速200—20000r·min-1；快速移动速度x，y：

40z：

30mm·min-1；最大进给速度10mm·min-1；定位精度0.004mm；重复定位精度0.002mm；刀柄BT40（JB/GQ5066中规定的7：

24圆锥工具柄部的40号锥柄）；刀库容量16把；刀具最大长度300mm换刀时间3.4秒；最大承重350kg；坐标控制三轴联动。

有机械工程及自动化简明设计手册（上册）的表5-35可查选滚齿机YBA3120型。

其主要技术参数为：

最大加工直径×模数（mm×mm）200×4；滚刀至工作台最小中心距离10mm；加工范围齿宽160mm，螺旋角±45º，加工齿数5—250；工作台直径210mm；主轴转速63—315r/min-1工作精度等级7，表面粗糙度3.2Ra/um.

各个部分加工所用的机床如下表

各个部分所用机床列表

轴

内容

设备

低速轴

右边部分外圆

数控车床

左边部分外圆

数控车床

键槽

数控铣床

高速轴

右边外圆

数控车床

左边外圆

数控车床

中间齿轮

滚齿床

键槽

数控铣床

中间轴

右边部分外圆

数控车床

左边部分外圆

数控车床

中间齿轮

滚齿机

键槽

数控铣床

2.3各个轴的加工工艺的制定

根据各个加工要求，拟定各个轴的加工工艺，下面为各个轴的加工工艺表

2.3.1低速轴的工艺拟定

低速轴加工工艺路线

产品名称或者代号

×××

零件名称

低速轴

工序号

内容

设备

工艺装备

10

车各个外圆到指定尺寸

车削中心LB400-M型

三抓卡盘结合活动顶尖

20

铣键槽到指定尺寸

立式加工中心VRA400型

专用夹具

70

修整

80

清洗

90

检验

低速轴数控加工刀具卡片

产品名称或者代号

零件名称

低速轴

零件图号

序号

刀具号

刀具规格名称

数量

加工部位

备注

1

T01

85º外圆车刀

1

车右端面及初车右边轮廓

左偏刀

2

T02

Φ5中心钻

1

钻中心孔

3

T03

55º菱形车刀

1

精车右边轮廓

左偏刀

4

T04

85º外圆车刀

1

初车左边轮廓

右偏刀

5

T05

55º菱形车刀

1

精车左边轮廓

右偏刀

6

T06

Φ14直铣刀

1

铣键槽

7

T07

Φ16直铣刀

1

铣键槽

8

T08

4mm割刀

1

割断

低速轴数控加工工序卡片

（工厂）

数控加工工序卡片

零件名称

材料

零件图号

低速轴

45号钢

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

10

三抓卡盘和活动顶尖

车削中心LB400-M型

工步号

工步内容

刀具号

刀具规矩/mm

主轴转速/r·min-1

进给速度/mm·min-1

背吃刀量/mm

备注

1

平右边端面

T01

25×25

300

70

1

手动

2

钻Φ5中心孔

T02

Φ5

300

70

2.5

手动

3

顶尖夹紧工件

手动

4

粗车右边各个外圆到制定尺寸，留半精加工余量1mm

T01

25×25

500

80

1

自动

5

半精车右边各个外圆到指定尺寸留精加工余量0.5mm

T03

25×25

600

80

0.5

自动

6

精车右边各个外圆到指定尺寸

T03

25×25

800

40

0.25

自动

7

粗车左边各个外圆到指定尺寸留半精加工余量1mm

T04

25×25

500

80

1

自动

8

半精车左边各个外圆到指定尺寸留精加工余量0.5mm

T05

25×25

600

80

0.5

自动

9

精车左各个外圆到指定尺寸

T05

25×25

800

80

0.25

自动

2.4.2中间轴的工艺拟定

中间轴加工工艺路线

产品名称或者代号

×××

零件名称

中间轴

工序号

内容

设备

工艺装备

10

车各个外圆到指定尺寸

车削中心LB400-M型

三抓卡盘结合活动顶尖

20

铣键槽到指定尺寸

立式加工中心VRA400型

专用夹具

30

滚齿轮到指定尺寸

滚齿机YBA3120

70

修整

80

清洗

90

检验

中间轴数控加工刀具卡片

产品名称或者代号

零件名称

中间轴

零件图号

序号

刀具号

刀具规格名称

数量

加工部位

备注

1

T01

85º外圆车刀

1

车右端面及初车右边轮廓

左偏刀

2

T02

Φ4中心钻

1

钻中心孔

3

T03

55º菱形车刀

1

精车右边轮廓

左偏刀

4

T04

85º外圆车刀

1

初车左边轮廓

右偏刀

5

T05

55º菱形车刀

1

精车左边轮廓

右偏刀

6

T06

Φ12直铣刀

1

铣键槽

7

T07

4mm割刀

1

割断

8

T08

10mm割刀

1

割槽

9

T09

齿轮滚刀

1

滚削轴齿轮

中间轴数控加工工序卡片

（工厂）

数控加工工序卡片

零件名称

材料

零件图号

中间轴

45号钢

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

10

三抓卡盘和活动顶尖

车削中心LB400-M型

工步号

工步内容

刀具号

刀具规矩/mm

主轴转速/r·min-1

进给速度/mm·min-1

背吃刀量/mm

备注

1

平右边端面

T01

25×25

300

70

1

手动

2

钻Φ5中心孔

T02

Φ5

300

70

2.5

手动

3

顶尖夹紧工件

手动

4

割退刀槽，从左端面向左40mm区域，留直径Φ32

T08

10

300

80

1.0

自动

5

粗车右边各个外圆到制定尺寸，留半精加工余量1mm

T01

25×25

500

80

10

自动

6

半精车右边各个外圆到指定尺寸留精加工余量0.5mm

T03

25×25

600

80

0.5

自动

7

精车右边各个外圆到指定尺寸

T03

25×25

800

80

0.25

自动

8

粗车左边各个外圆到指定尺寸留半精加工余量1mm

T04

25×25

500

80

1.0

自动

9

半精车左边各个外圆到指定尺寸留精加