蜗轮箱体的实体造型与仿真加工设计

蜗轮箱体的实体造型与仿真加工设计【摘要】本设计的内容总共包含三部分，分别为蜗轮箱体的机械加工工艺规程设计、蜗轮箱体的三维实体造型和仿真加工。第一部分主要是对蜗轮箱体进行分析、计算，从而确定各种加工参数，制定出合理的加工工艺路线；第二部分主要是采用Pro/E对箱体进行实体造型；第三部分主要是采用Mastercam X5对其某些部分进行模拟仿真加工，从而为后续的实际加工做好准备。【关键词】蜗轮箱体；加工工艺；实体造型；仿真加工 Worm gear case of the solid modeling and simulation processing designAbstract: The total content of this design consists of three parts, namely, the worm box machining process planning, three-dimensional solid modeling worm gear box and simulation processing. The first part is a worm box for analysis, calculations to determine the various processing parameters, to develop a rational process route; The second part is the use of Pro / E on the cabinet be solid modeling; The third part is mainly carried out using Mastercam X5 simulation processing some of its parts, so as to prepare for the subsequent actual processing.Key Words: Worm cabinet; Processing; solid modeling; simulation machining process目 录引言11 零件分析21.1零件作用分析21.2零件的结构分析32.1基准的选择4基面的选择4粗基面的选择4精基面的选择42.2确定毛坯的铸型形式42.3制定工艺路线的原则42.4加工工艺过程分析4保证相互位置精度4防止变形的工艺措施52.5制定机械加工工艺路线5方案一5方案二52.6工艺方案的比较与分析52.7确定工艺方案52.8机床设备的选择62.9刀具量具的选择72.10确定加工余量82.11确定切削参数93 基于Pro/E的蜗轮箱体三维实体造型153.1 Pro/E简介153.2蜗轮箱体的三维建模154 基于Mastercam的蜗轮箱体三维仿真加工214.1 Mastercam简介214.2 仿真目的214.3铣底面21设置机床21设置毛坯22设置加工参数23仿真加工244.4 钻4-18的孔25设置机床25设置毛坯25设置加工参数26仿真加工27生成NC代码285 模态分析305.1 ANSYS简介305.2 分析目的305.3 分析过程305.4结论33总结34致谢35参考文献36附录A1引言随着我国经济的高速增长，尤其是现代工业的快速发展，各种传动机构越来越受到人们的青睐，其中蜗轮蜗杆传动以其独特的特点在机械中广泛运用，其主要优点有：可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑；两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构；蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小；具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。蜗轮箱作为蜗轮蜗杆行走的支撑和定位机构，其主要作用是支承各传动轴，保证各轴之间的中心距及平行度，并保证蜗轮箱各部件的正确安装。因此蜗轮箱箱体零件的加工质量，不但直接影响箱体内各个部件的装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命，因此其加工工艺及制造技术就显的尤为重要。 现在，机械制造业已成为了我国新时期经济和科技发展的生力军，机械制造业作为一个传统的领域已经发展了多年，积累了不少理论和实践经验，但随着社会的发展，人们的生活水平日益提高，各个方面的个性化要求更加强烈，作为已经深入到各行各业已成为基础工业的机械制造业面临着严峻的挑战。1 零件分析1.1零件作用分析查阅相关资料，可知蜗轮箱体是蜗轮减速器的一个重要部件，它是用来承接蜗轮和蜗杆并且让它们保持垂直，实现蜗轮和蜗杆的正确啮合，使蜗杆带动蜗轮，从而将速度降低下来，实现减速。其大体结构如图1-1所示。图1-11.2零件的结构分析从零件图中可知,它属于不规则零件，不能直接使用棒料或者其他角铁类材料进行直接加工，只能采用铸造的方法制造出毛坯，然后在对其各个表面以及所要配合的地方进行加工。箱体结构较复杂，加工表面主要为平面和孔系。箱体的设计基准为平面，一般要求较高的平面度和表面质量。箱体上有空间距和同轴度要求的一些列孔，零件的组孔用于安装轴承。孔的尺寸精度一般较高，空间距精度要求高。粗基准的选择影响到余量的分配和工件的装夹方式，一般选用轴孔为粗基准。精基准主要是满足精度要求，可以根据基准重合原则，选择设计基准作为精基准，其加工部位主要包括螺纹孔、端盖的配合平面、轴承孔还有底平面，考虑加工这些位置都是平面或者孔之类的，因此在加工过程中主要采用普通机床对其进行加工，包括铣床，钻床，镗床等。2 零件工艺规程设计2.1基准的选择2.1.1基面的选择基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以使加工质量的到保证，生产效率提高。合理的选择定位基准，对于保证加工精度和确定加工顺序都有决定性的影响。 粗基准的选择对于本蜗轮箱体来说是至关重要的，对于一般零件而言，应以不加工的表面为粗基准，可以保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。本零件正好符合要求，对于精基准而言，主要应考虑到基准重合的问题，当设计基准与工艺基准不重合时，应该进行尺寸换算，本题目我们以孔为精基准，基本满足要求。2.1.2粗基面的选择对一般的箱体零件来说，以底面作为粗基准是合理的，按照有关零件的粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时，应选择这些不加工的表面作为粗基准；若工件必须保证某个重要表面加工余量均匀（或足够），则应选择该表面作为粗基准。从零件的分析得知，蜗轮箱体以侧面作为粗基准。2.1.3精基面的选择精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差,这样能可靠的保证加工精度和位置精度。为使基准统一，先选择底面作为精基准。2.2确定毛坯的铸型形式由零件图纸要求可知，零件的材料为HT200，铸铁容易成型、切削性能好、价格低廉，并且具有良好的耐磨性和减震性，另外考虑到本零件在具体工作的受力情况，以及从减少机械加工工作量和节约金属材料出发，毛坯应尽可能接近零件形状，故我们选择砂型铸造，足以满足要求。2.3制定工艺路线的原则（1）先面后孔的加工顺序。箱体主要是由平面和孔组成，这也是它的主要表面。先加工平面，后加工孔，是箱体加工的一般规律。因为主要平面是箱体往机器上装配的基准，先加工主要平面后加工支承孔，是定位基准与设计基准和装配基准重合，从而消除因为基准不重合而引起的误差。另外，先以孔为粗基准加工平面，再以平面为精基准加工孔，这样，可为孔的加工提供稳定可靠地定位基准，并且加工平面时切去了铸件的硬皮和凸凹不平，对后续孔的加工有利，可减少钻头引偏和崩刃现象，对刀调整也比较方便。（2）粗、精加工分阶段进行。粗、精加工分开的原则：对于刚性差、批量较大、要求精度较高的箱体，一般要粗、精加工分开进行，即在主要平面和各支撑孔的粗加工之后在进行主要平面和各支撑孔的精加工。这样，可以消除由粗加工所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对加工精度的影响，并且有利于合理的选择设备等。粗、精加工分开进行，会使机床、夹具的数量及工件安装次数增加，而使成本提高，所以对单件小批量生产、精度要求不高的箱体，常常将粗、精加工合并在一道工序中进行，但必须采取相应措施，以减少加工过程中的变形。例如：粗加工后松开工件，让工件充分冷却，然后用较小的夹紧力、以极小的切削用量，多次走刀进行精加工。（3）合理的安排热处理工序。为了消除铸造后铸件中的内应力，在毛坯铸造后安排人工时效处理，有时甚至在半精加工之后还要安排一次时效处理，以便消除残留的铸造内应力和切削加工时产生的内应力。对于特别精密的箱体，在机械加工过程中还应安排较长时间的自然时效。箱体人工时效的方法，除加热保温外，也可采用振动时效。2.4加工工艺过程分析2.4.1保证相互位置精度全部加工分在几次安装中进行，先加工孔，后以孔为精基准最终加工其他表面。前机体多道加工都是以大孔、小孔以及平面组合定位，这种方法减少了工件的安装误差，能获得很高的相互位置精度，其结构简单，制造精度容易保证的主要是孔定位基准的夹具是心轴和定位销。以孔定位其定心精度很高。2.4.2防止变形的工艺措施前机体在加工过程中，常由于夹紧力、切削力和切削热、热处理等因素的影响而产生变形，使加工精度降低，防止变形注意以下几点：a）与减小切削热和切削力的影响。粗、精加工应分开进行，使粗加工产生的变形在精工中得以纠正，也可以采用辅助支撑，增加安装刚性，减小切削力影响。b）减少夹紧力的影响，工艺上可以采取一些措施。可以分散应力，减少变形。夹紧力不应集中于工件的某一点，使应力分布在比较大的面积上，以使工件单位面积上受力减小，从而减少变形。2.5制定机械加工工艺路线2.5.1方案一工序1 铣底面。工序2 钻4-18的孔。工序3 粗铣90的左右侧面和120、230前后端面 工序4 铣40的凸台面。工序5 粗镗185和70孔。工序6 粗镗90孔。工序7 精铣90的左右侧面和120、230前后端面工序8 精镗185和70孔，孔口倒角2X45°。工序9 精镗90孔，