齿轮箱盖板分模及型面数控加工程序设计武工院.docx
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齿轮箱盖板分模及型面数控加工程序设计武工院.docx
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齿轮箱盖板分模及型面数控加工程序设计武工院
武汉工业学院
毕业设计(论文)
齿轮箱盖板分模及型面数控加工程序设计
院(系):
国际学院
专业名称:
机械设计与制造
学生姓名:
学生学号:
093402111
指导教师:
赵险峰、刘海岷
2012年5月12日
摘要……………………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………………2
1前言…………………………………………………………………………………3
1.1课题研究的意义和目的……………………………………………………4
1.2国内外模具技术的发展及现状………………………………………………6
1.3本课题研究的只要内容……………………………………………………7
1.4未来模具制造技术发展趋势…………………………………………………8
2运用Pro/E对齿轮箱盖板进行分模………………………………………9
2.1Pro/E概述……………………………………………………………………11
2.2用Pro/E对齿轮箱盖板进行分模……………………………………………17
3齿轮箱盖板UGNX三维数控加工工艺方案的制定…………………17
3.1UGNX概述……………………………………………………………………17
3.2UGNX的功能模块……………………………………………………………18
3.3UGNX的特点…………………………………………………………………19
3.4UGNX的加工步骤……………………………………………………………21
3.5数控加工及编程……………………………………………………………26
4总结…………………………………………………………………………………27
5参考文献……………………………………………………………………………27
6附录程序……………………………………………………………………………29
摘要
本次毕业设计我的设计课题是《齿轮箱盖板分模及型面数控加工程序设计》,其内容为设计完成齿轮箱盖板造型及铸模零件图、制定三维数控加工方案,设计加工路线,利用CAM软件编制符合数控系统要求的数控加工程序,并在CAM软件中进行加工的仿真演示。
在毕业设计的过程中首先采用Pro/E软件系统对给定的齿轮箱进行结构分析,并对零件进行分模,然后对凹模进行结构分析,确定加工工艺流程,利用UGNX进行模拟数控加工,得到FANUC0imate-MC数控系统要求的数控加工程序,在实际中也是采用这样的方式进行生产加工。
首先要了解课题研究的意义和目的以及了解零件模具的一般设计方法与制造工艺,学习UGNX三维CAM的操作使用与设计思想,掌握综合运用所学UGNX,机械原理,机械设计,计算机辅助设计与制造。
然后在利用在CAD/CAM领域,Pro/ENGINEER与AutoCAD、CATIA一样为业界所熟知。
越来越多的企业采用Pro/ENGINEER进行产品的开发与设计。
最后UG是Unigraphics的缩写,这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统,它功能强大,可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。
关键词:
信息化精密化自动化
Abstract
Thisgraduationprojectmydesigntopicis"GearcasecoverplateIsdividedMoldAndProfileNumericalcontrolProcessingprogramDesign",itscontentcompletesthegearcasecoverplatemodellingandthemolddetaildrawing,theformulationthreedimensionalnumericalcontrolworkingschemeforthedesign,thedesignprocessingroute,conformstothenumericalcontrolsystemrequestnumericalcontrolprocessingprogramusingtheCAMsoftwareestablishment,andcarriesontheprocessingintheCAMsoftwarethesimulationdemonstration.
FirstusesthePro/Esoftwaresystemingraduationproject'sprocesstothegearboxwhichassignstocarryonthestructureanalysis,andcarriesonaminutemoldtothecomponents,thencarriesonthestructureanalysistothelowerdie,determinedthattheprocessingtechnicalprocess,carriesonthesimulationnumericalcontrolprocessingusingUGNX,obtainsFANUCthe0imate-MCnumericalcontrolsystemrequestnumericalcontrolprocessingprogram,inrealityisalsoselectssuchmethodtocarryontheproductionprocessing.
Mustfirstunderstandthatthetopicresearchthesignificanceandthegoalaswellastheunderstandingcomponentsmold'sgenerallayoutmethodandthefabricationtechnology,studyUGNXthreedimensionalCAMtheoperationuseandthedesignconcept,graspsthesynthesisutilizationtostudyUGNX,mechanism,machinedesign,computer-aideddesignandmanufacture.ThenintheuseintheCAD/CAMdomain,Pro/ENGINEERandAutoCAD,CATIAknewverywellequallyforthefield.MoreandmoreenterprisesusePro/ENGINEERtocarryontheproductthedevelopmentandthedesign.
FinallyUGistheUnigraphicsabbreviation,thisisinteractiveCAD/CAM(computer-aideddesignandcomputerauxiliarymanufacture)thesystem,itsfunctionisformidable,maywitheaserealizeeachkindofcomplexentityandthemodellingconstruction.
Keyword:
InformationizationPrecisionAutomation
1.前言
1.1课题研究的意义和目的
模具被称为工业产品之母,所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张,被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。
由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值,世界模具市场发展较快,当前全球模具工业的产值已经达到600亿至650亿美元,是机床工业产值的两倍。
中国注塑模具行业也在快速发展,中国模具产品产值已从1993年的110亿元增长到1997年的200亿元,并超过了机床产品的产值,到2002年增长到360亿元,1996年~2002年间的年均增长速度达到14%以上,在某些行业年均增速更是高达100%。
2003年模具产值已达450亿元,增长25%以上,出口3.368亿美元。
目前中国模具产品已经形成10大类46个小类,模具生产厂点两万多家,从业人员约50万人。
在所有模具产品中,自产自用的比例占大部分,2003年实现了商品化流通的模具占45%左右。
在10大类模具产品中,塑料模具的比例在2000年模具总量中已达到36%,2002年则接近40%,塑料模具在进出口中的比重更是高达50%~60%,并且随着中国机械、汽车、家电、电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展,这一比例还将持续提高。
近年来,中国塑料模具工业年均增长速度达到10%以上,塑料制品年产量在世界位居第二,2001年达到2000万吨。
塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通、邮电等领域发展迅猛,掀起了一股国内外厂商投资的热潮。
由于塑料模具具有很多突出的优点,因此在工业生产中,尤其是大批生产中得到大批的应用。
从精细的电子元件、仪表指针到汽车的车灯、高压容器封头以及航空航天的精密塑料件、公路上的信息灯均需塑料模具。
初略统计,在汽车制造行业中,有60%-70%的灯具是采用塑料模具制造工艺制成的,利用塑料模具工艺制造零件所占的劳动量为整个汽车工业劳动量的10%-15%。
在电子产品中,塑料模具铸造件的数量约占零件总数的50%以上。
在飞机、导弹、各种枪弹与炮弹的生产中,塑料模具制造所占的比例也相当大。
人们日常生活中所用的塑料制品,模具制造件所占的比例更大,如脸盆、水瓶、塑料餐具等都是塑料模具制造产品。
占世界塑料产量60%-70%以上的板材、管材及型材,其中大部分是通过塑料模具制成成品的。
在许多先进的工业国家里,利用塑料模具生产和模具工业得到高度的重视,例如美国和日本,模具工业的产值已超过机床工业,模具工业已成为重要的产业部门。
随着工业产品的不但发展和技术水平的不断提高,不少过去用铸造、锻造、切削加工方法制造的零件,已被质量轻、刚度好件所代替。
可以说,利用模具生产已成为现代工业生产的重要手段和发展方向,是提高生产率、提高产品质量、降低成产成本、进行产品更新换代的重要保证。
但是,中国塑料模具无论是在数量,还是质量上技术和能力等方面都有很大的进步,但与国民经济的发展的需求世界先进水平相比,差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需要大量进口。
在总量供不应求的同时,一些低档塑料模具却供过于求,市场竞争激烈,还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势,并且如果模具技术能够提高则对中国国民经济又恨的影响,所以对模具的研究是必要的。
1.2国内外模具技术发展及现状
1.2.1国内方面:
我国模具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪,近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具水平有了较大提高。
大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。
大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表,我国主要汽车模具企业,已能生产部分轿车覆盖件模具。
体现高水平制造技术的多工位级进模、覆盖面大增,已从电机、电铁芯片模具,扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。
塑料模已能生产34"、48"大展幕彩电塑壳模具,大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。
塑料模热流道技术更臻成熟,气体铺助注射技术已开始采用。
压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等。
模具质量、模具寿命明显提高;模具交货期较前缩短。
模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。
电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。
模具加工机床品种增多,水平明显提高。
快速经济制模技术得到了进一步发展,尤其这一领域的高新技术快速原型制造技术(RPM)进展很快,国内有多家已自行开发出达到国际水平的相关设备。
模具标准件应用更加广泛,品种有所扩展。
模具材料方面,由于对模具寿命的重视,优质模具钢的应用有较大进展。
正由于模具行业的技术进步,模具水平得以提高,模具国产化取得了可喜的成就。
历年来进口模具不断增长的势头有所控制,模具出口稳步增长。
1.2.2国外方面:
我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间(分厂),自产自配比例高达60%左右,而国外模具超过70%属商品模具。
专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式,而国外大多是“小而专”、“小而精”。
国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%,而国外在50%以上。
2004年,我国模具进出口之比为3.7比1,进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元,为世界模具净进口量最大的国家。
注塑成型是最大量生产塑料制品的一种成型方法,二十多年来,国外的注塑模CAD技术发展相当迅速。
70年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。
80年代初,人们成功采用有限元法分析三维型腔的流动过程,使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验,在模具制造前对设计方案进行评价和修改,以减少试模时间,提高模具质量。
近十多年来,注塑模CAD技术在不断进行理论和试验研究的同时,十分注意向实用化阶段发展,一些商品软件逐步推出,并在推广和实际应用中不断改进。
1.2.3我国模具技术与国外的差距:
1.产需矛盾
工业发展水平的不断提高,工业产品更新速度加快,对模具的要求越来越高,尽管改革开放以来,模具工业有了较大发展,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要,目前满足率只能达到70%左右。
造成产需矛盾突出的原因,一是专业化、标准化程度低,除少量标准件外购外,大部分工作量均需模具厂去完成。
加工企业管理的体制上的约束,造成模具制造周期长,不能适应市场要求。
二是设计和工艺技术落后,如模具CAD/CAM技术采用不普遍,加工设备数控化率低等,亦造成模具生产效率不高、周期长。
总之,是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。
2.产品结构、企业结构等方面
模具按国家标准分为十大类,其中冲压模、塑料模占模具用量的主要部分。
按产值统计,我国目前冲压占50%-60%,塑料模占25-30。
国外先进国家对发展塑料模很重视,塑料模比例一般占30%-40%。
国内模具中,大型、精密、复杂、长寿命模具比较低,约占20%左右,国外为50%以上。
我国模具生产企业结构不合理,主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内,模具商品化率低,模具自产自用比例高达70%以上。
国外,70%以上是商品化的。
3.产品水平
衡量模具产品水平,主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度,加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。
国内外模具产品水平仍有很大差距,详见表。
表一模具制造精度
项目
国内
国外
1、数量模型腔精度
0.005~0.01mm
Ra0.10~0.050μm(δ11-δ12)
0.02~0.05mm
Ra0.20μm(δ10)
2、压铸模型腔精度
0.01~0.03mm
Ra0.20~0.10μm(δ10-δ11)
0.02~0.05mm
Ra0.40μm(δ9)
3、冷冲模尺寸精度
0.003~0.005mm
Ra0.20μm以下(δ10以上)
0.01~0.02mm
Ra01.60-0.80μm(δ7-δ8)
4、煅模
0.02~0.03mm
Ra0.40μm以下(δ9以上)
0.05~0.10mm
Ra1.60μm(δ7)
5、级进模步距精度
0.0023~0.005mm
0.003~0.01mm
表二模具生产周期
项目
国外
国内
1、中型压铸模
1-2个月
3-6个月
2、中型塑料模
1个月左右
2-4个月
3、高精度级进模
3-4个月
2-4个月
4、汽车覆盖件模
6-7个月
12个月
表三模具寿命
项目
国外(寿命)
国内(寿命)
压铸模
锌、锡压铸模
100-300万次
20-30万次
铝压铸模
100万次以上
20万次
铜压铸模
10万次
5000-1万次
黑色金属压铸模
0.8-2万次
1500次
塑料模
非淬火钢模
10-60万次
10-30万次
淬火钢模
160-300万次
50-100万次
冷冲模
合金钢制模总
500-1000万次
100-400万次
硬质合金制冲模
总2亿次
500-1000万次/刃磨一次
总6000万次-1亿次
100-300万次/刃磨一次
锻模
普通锻模
2.5万次
0.8-1万次
精锻模
1-1.5万次
0.3-0.8万次
玻璃模
0-60万次
10-30万次
4.工艺装备水平
我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备,如:
加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床、三座标测量机等。
但在加工和定位精度,加工表面粗糙度,机床刚性,稳定性,可靠性,刀具和附件的配套性方面,和国外相比,仍有较大差距。
1.3本课题研究的只要内容
在巩固机械类基础课和专业课的基础上,学习和初步掌握齿轮箱盖板模具的设计方法和原理,利用UGNX三维CAM软件,设计一个给定的齿轮箱零件的模具分型面与模具,并对模具的材料与结构进行分析计算,确定模具制造工艺与模具材料及结构尺寸,在设计分型面后,制定三维数控加工方案,设计加工路线,选取合理的切削要素,进行CAM软件中进行加工仿真,最后得到数控加工程序。
分阶段完成调研,方案论证,结构设计计算与分析,UGNX三维建模,毕业设计论文写与整理工作,通过本课题的设计与研究,了解零件模具的一般设计方法与制造工艺,学习UGNX三维CAM的操作使用与设计思想,掌握综合运用所学UGNX,机械原理,机械设计,计算机辅助设计与制造等知识的能里和解决实际问题的能力,培养勇于实践,开拓创新的精神。
通过本课题的研究与设计,我了解了工艺工装设计的全过程,学会综合应用所学的机械原理、机械设计、制造工艺学等知识解决实际工程问题的能力,拓宽了在注塑零件的工艺与模具设计方面的知识,进一步熟悉了UGNX软件,提高了综合工程素质,培养了我自学、勇于实践、开拓创新的精神,由于这是我们初次接触模具的相关知识,本毕业设计课题的模具设计存在一些考虑不周到不完善的地方,希望各位老师给予宝贵的意见与指导。
1.4未来模具制造技术发展趋势:
当前,我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。
在这种情况下,用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。
因此,模具工业的发展的趋势是非常明显的。
1.4.1模具产品发展将大型化、精密化
模具产品成形零件的日渐大型化,以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。
随着零件微型化,以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加,其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5μm提高到2~3μm,今后有些模具加工精度公差要求在1μm以下,这就要求发展超精加工。
1.4.2模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能,大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统,可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上,实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据,用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用,相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
1.4.3快速经济模具的前景十分广阔
现在是多品种、少批量生产的时代,到下一个世纪,这种生产方式占工业生产的比例将达75%以上。
一方面是制品使用周期短,品种更新快,另一方面制品的花样变化频繁,均要求模具的生产周期越快越好。
因此,开发快速经济具越来越引起人们的重视。
例如,研制各种超塑性材料(环氧、聚脂等)制作或其中填充金属粉末、玻璃纤维等的简易模具:
中、低熔点合金模具、喷涂成型模具、快速电铸模、陶瓷型精铸模、陶瓷型吸塑模、叠层模及快速原型制造模具等快速经济模具将进一步发展。
快换模架、快换冲头等也将日益发展。
另外,采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模技术也会得到发展和提高。
1.4.4在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
现在,全面普及CAD/CAM/CAE技术已基本成熟。
由于模具CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,特别是微机的普及应用,更为广大模具企业普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条伯。
随着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化。
在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中,应抓住机遇,重点扶持国产模具软件的开发和应用。
加大技术培训和技术服务的力度。
应时一步扩大CAE技术的应用范围。
对于已普及了模具CAD/CAM技术的一批以家电行业代表的企业来说,应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从CAPPPDMCIMSVR,逐步深化和提高。
1.4.5模具自动加工系统的研制和发展
随着各种新技术的迅速发展,国外已出现了模具自动加工系统。
这也是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有如下特征:
-多台机床合理组合;
-配有随行定位夹具或定位盘;
-有完整的机具、刀具数控库;
-有完整的数控柔性同步系统;
-有质量监测控制系统。
综上所述,近年来我国模具技术有了长足的进步,但与国外先进技术相比还存一定的差距。
在“十二五”期间,我们要锐意进取,共同努力,把我国的模具技术水平推上一个新的台阶。
2.运用Pro/E对齿轮箱盖板进行分模
2.1Pro/E概述
在CAD/CAM领域,Pro/ENGINEER与AutoCAD、CATIA一样为业界所熟知。
越来越多的企业采用Pro/ENGINEER进行产品的开发与设计,它的功能十分强大,它集多种功能模块于一体,涵盖了零件设计、零件装配、零件制造、钣金件设计、NC加工、模具开发与设计制造、有限元分析、机构运动仿真和PDM(产品数据管理)等多方面。
自二十世纪八十年代首次问世以来,Pro/ENGINEER就引起了人们的极大兴趣,特别是受机械方面过程技术人员的青睐。
Pro/ENGINEER以其参数驱动(参数化)而名扬业界,并迅速广泛应用于航空航天、机械、电子、模具、汽车和玩具等行业。
Pro/ENGINEER是世界上最成功的CAD/CAM软件之一,它是美国PTC公司的产品。
该公司1985年成立于波士顿,现已发展为全球CAD/CAE/CAM/PD
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