减速器箱体的三维设计与数控加工工艺编程设计 - 图文

密级：

学号：109202010210

减速器箱体的三维设计与数控加工工艺编程

学 院： 机械工程学院 专 业： 机械工程及自动化

本科生毕业论文（设计）

班 级： 09级机械本（3）班 学生姓名： 靳 果 指导老师： 王 春 艳 完成日期： 2013年 5月 15日

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学士学位论文原创性申明

本人郑重申明：所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

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摘 要

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它是由齿轮、轴、轴承及箱体组成的减速装置，用于原动机和工作机或执行机构之间，起匹配转速和传递扭矩的作用。齿轮减速器的特点是效率高、寿命长、维护方便，因此应用广泛。本设计讲述了机械的传动装置——二级圆柱齿轮减速器的设计过程及其CAD/CAM设计。首先进行了传动方案的拟定选择V带和同轴式二级圆柱齿轮减速器为传动装置，然后进行减速器和v带的设计计算（电动机的选择、V带设计、齿轮传动设计、轴的结构设计、选择并验算联轴器、键的选择和校核和轴承的润滑等内容）运用AutoCAD软件进行齿轮减速器的二维平面设计，完成齿轮减速器的二维零件图绘制和装配图的绘制。采用三维Proe绘制组装减速器并进行CAM设计。 关键词：齿轮啮合；轴传动；传动比；传动效率CAD/CAM设计

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Abstract

Gear drive is the most widely used modern machinery. It is a speed reducer composed of gear, shaft, bearing and box body, motivation and work for the original machine or actuator, matching speed and torque transfer function. The gear reducer is characterized by high efficiency, long service life, convenient maintenance, so it is widely used.The design process and its CAD/CAM design the design on the transmission -- two cylindrical gear reducer machinery. Firstly, the development of transmission scheme selection for V band and the coaxial two cylindrical gear reducer for transmission device, then the device and V reducer design calculation ( the choice of motor, V design, gear design, shaft design, selection and checking the coupling structure, selection of the key and check and bearing lubrication etc. ) planar design of gear reducer using AutoCAD software, and the assembly drawing finished drawing of gear reducer 2D part drawing. The 3D Proe drawing assembly reducer and CAM design. Keywords:drive shaft; transmission ratio; transmission efficiency of CAD\\/CAM

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目 录

绪 论 ............................................................. 1 第一章 减速器箱体设计 ........................................... 1

1.1 减速器箱体的结构设计 ........................................ 2 1.2 减速器箱体工艺分析 .......................................... 4

1.2.1 工艺分析 .............................................. 4 1.2.2 制造方式及毛坯选择 .................................... 6 1.3 Proe 减速器箱体建模 ......................................... 6 1.4 减速器箱体的附件选择 ........................................ 7

1.4.1 窥视孔和视孔盖 ........................................ 7 1.4.2 通气器 ................................................ 7 1.4.3 轴承盖 ................................................ 7 1.4.4 定位销 ................................................ 7 1.4.5 油面指示装置 .......................................... 7 1.4.6 油塞 .................................................. 7 1.4.7 起盖螺钉 .............................................. 7 1.4.8 起吊装置 .............................................. 8

第二章 减速器箱体CAM设计 ...................................... 9

2.1 减速器箱体的工艺规程设计 .................................... 9

2.1.1 基准选择 .............................................. 9 2.1.2 制定工艺路线 .......................................... 9 2.1.3 选择加工设备及刀、夹具、量具 .......................... 9 2.1.4 加工工艺设计 ......................................... 10 2.2 pro-E数控加工数据的基本设置 ............................... 11 2.3 建立制造模 ................................................. 11 2.4 创建毛坯 ................................................... 12 2.5 操作参数设置 ............................................... 13

第三章 数控加工程序设计 ....................................... 16

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由毛坯选择可知，其材料为HT200。该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性。

分析减速器箱体零件图，该零件上的主要加工面有4个。

图1-1减速器箱体零件图

（1）减速箱顶面

其尺寸为100×320，要求加工完成后其粗糙度为3.2，考虑到数控机床的精度较高，只需粗铣即可满足要求。

（2）减速箱轴承孔及盖板侧面

其中盖板孔要求加工完成后其粗糙度为3.2，轴承孔要求加工完成后其粗糙度为1.6，故决定先对其进行精铣，然后再单独对轴承孔精铣。

（3）减速箱轴承孔侧面

轴承孔要求加工完成后其粗糙度为1.6，故决定对轴承孔先进行粗铣，然后精铣。

（4）减速箱侧凸台

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要求加工完成后其粗糙度为6.4，仅需对凸台进行粗铣。

查数控机床技术资料中有关机床能达到的精度可知，上述加工要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

1.2.2 制造方式及毛坯选择

根据零件的材料HT200确定毛坯为铸件，其生产类型为中批生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于箱体零件的内腔及4×φ45，φ35，φ25等孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。

铸造时，需加工平面留2mm的加工余量，孔内壁留1.5mm加工余量，以满足加工要求，即铸件外形尺寸为348mm×189.5mm×128mm。

1.3 Proe 减速器箱体建模

Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

减速器箱体的建模如下图所示：

图1-2 上箱盖

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图1-3 底座

1.4 减速器箱体的附件选择 1.4.1 窥视孔和视孔盖

在传动啮合区上方的减速箱盖上开设检查孔，用于检查传动件的啮合情况和润滑情况等，还可以由该孔向减速箱内注入润滑油。

1.4.2 通气器

安装在窥视孔板上，用于保证箱内和外气压的平衡，一面润滑油眼相体结合面、轴伸处及其他缝隙渗漏出来。

1.4.3 轴承盖

轴向固定轴及轴上零件，调整轴承间隙。这里使用凸缘式轴承盖，因其密封性能好，易于调节轴向间隙。

1.4.4 定位销

为了保证箱体轴承孔的镗削精度和装配精度，在减速器的两端分别设置一个定位销孔。

1.4.5 油面指示装置

在箱座高速级端靠上的位置设置油面指示装置，用于观察润滑油的高度是否符合要求。

1.4.6 油塞

用于更换润滑油，设在与设置油面指示装置同一个面上，位于最低处。 1.4.7 起盖螺钉

设置在箱盖的凸缘上，数量为2个，一边一个。用于方便开启箱盖。

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1.4.8 起吊装置

在箱盖的两头分别设置一个吊耳，用于箱盖的起吊；而减速器的整体起吊使用箱座上的吊钩，在箱座的两头分别设置两个吊钩。

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第二章 减速器箱体CAM设计

2.1 减速器箱体的工艺规程设计 2.1.1 基准选择

首先以箱体底面为粗基准加工出箱体顶部，然后以加工完的箱体顶部为精基准进行加工。箱体底面为设计基准，以底面为粗基准加工出顶面后，以顶面为精基准可以保证箱体零件的重要孔的位置。

2.1.2 制定工艺路线

根据各表面的加工要求及加工的位置、精度，根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先精加工后精加工的原则，将顶面加工放在最前面，然后加工箱体侧凸台表面，最后加工箱体侧面孔壁，先粗加工盖孔壁及轴承孔，后精加工轴承孔，拟定加工工艺路线如下：

表2-1拟定加工工艺路线

序 号 10 20 30 40 50 60 70 80

工 序 内 容 铸造 时效 粗铣箱体顶面 粗铣箱体侧面凸台 粗铣箱体盖板侧2×φ58,2×φ45,φ35孔内壁 精铣箱体盖板侧2×φ45,φ35轴承孔内壁 粗铣箱体侧2×φ45,φ25轴承孔内壁 精铣箱体侧2×φ45,φ25轴承孔内壁 检查 入库 2.1.3 选择加工设备及刀、夹具、量具

由于生产类型为中批生产，具零件易于装夹，故加工设备使用FANUC K650/1卧式数控铣床，夹具使用通用夹具，工件在机床上的装卸换位采用人工完成。

加工箱体顶面。选择直径为φ40的硬质合金面铣刀，来回三次即可铣完。加

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工箱体侧面凸时选择直径为φ20的硬质合金端铣刀，加工箱体侧面孔壁时选择φ12硬质合金三面刃铣刀。量具分别选择刀口形直尺及游标卡尺。

列得刀具明细表如下：

加 工 位 置 箱体顶面 箱体侧面凸台面 箱体侧面孔壁 箱体侧面孔壁 所 用 刀 具 φ40的硬质合金面铣刀 φ20的硬质合金端铣刀 φ12硬质合金三面刃铣刀 φ12硬质合金三面刃铣刀 表2-2列得刀具明细表

2.1.4 加工工艺设计 （1）减速箱顶面加工

铸造箱体时顶面留有1mm加工余量，查数控机床技术手册，零件顶面要求加工后粗糙度为3.2，只需进行粗加工，查铣刀技术参数选用φ40的硬质合金面铣刀，整个加工过程走刀一次，主轴转速选择1500r/min，切削速度V=120m/min，进给量选取0.4mm/z，背吃刀量。

（2）减速箱侧凸台面加工

铸造箱体时凸台面上留有1mm加工余量，查数控机床技术手册，零件表面要求加工后粗糙度为6.4，只需进行粗加工，查铣刀技术参数选用φ20的硬质合金端铣刀，整个加工过程走刀一次，主轴转速选择1000r/min，切削速度V=100m/min，进给量选取0.4mm/z，背吃刀量。

（3）减速箱侧盖板孔及轴承孔加工

盖板孔壁要求加工后粗糙度为3.2，所以只进行粗加工，轴承孔要求加工后粗糙度为1.6，所以只对轴承孔进行精加工，盖板孔切屑深度为22mm，分为两次走刀，每次各切削11mm，轴承孔走刀一次，粗加工时各参数选取如下：主轴转速选择800r/min，切削速度V=100m/min，进给量选取0.3mm/z，背吃刀量。精加工时：主轴转速选择1200r/min，切削速度V=80m/min，进给量选取0.15mm/z，背吃刀量。

（4）减速箱侧轴承孔加工

轴承孔要求加工后粗糙度为1.6，所以先对轴承孔进行粗加工，然后精加工，粗加工时各参数选取如下：主轴转速选择800r/min，切削速度V=100m/min，进给

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量选取0.3mm/z，背吃刀量。精加工时：主轴转速选择1200r/min，切削速度V=80m/min，进给量选取0.15mm/z，背吃刀量。

2.2 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。

2.3 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，Manufacturing Model（制造模型）在创建过程中并不会有太多的限制条件，Ref Model（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）则视情况可省略，但同时Manufacturing Model中将因为缺少Workpiece数据而无法做实体切削模拟。操作过程为：选则制造模型→组装→参考模型指令，弹出“打开”对话框。在所要的子目录中选取需要的加工工件，点击打开，工件图形便显示在屏幕上。然后系统弹出“放置元件”对话框，点击合并坐标系图标，最后按确定，要加工的工件模型就放置好了（如图2-1所示）。

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图2-1

2.4 创建毛坯

还是在“菜单管理器”， “制造模型”目录下，点击创建→工件（输入工件名）→选择加材料→拉伸→完成。弹出新的对话框，然后点击放置→定义→进入草绘平面（选择草绘面和参照面）→加入参照（工件四条边），然后就可以画上毛坯了。我们可以根据零件大小定义适当的毛坯的长、宽、高，当然毛坯要包裹住加工零件，这样才可以在上面进行加工，切削掉多余的材料。我这个毛坯分别定义为长540cm、宽228cm、高290mm(如图2-2所示)，定义完了就打勾，然后点击完成/返回，毛坯就创建完成了。

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图2-2

2.5 操作参数设置

数控加工众最重要的就是参数的设置了，pro-E数控加工也是如此。在上一步中，设置好毛坯之后就应该选机床以及一些机床的设置。

接上一步操作，点击制造设置→加工→操作→定义操作指令。在定义操作菜单中有若干选项，有些选项是默认的，有些是可选择的，还有些一定要更改。比如上面有机床名称、机床类型、轴数和加工零点等选项。像“机床名称”可以自己定义或默认，系统也会自动的选择一些定义如“机床类型” 、“夹具”，当Pro/E读到我们要加工的零件时就知道我们这一零件用的是铣床，并选择了合适的夹具，那么像这类选项就不要去更改了。

NC机床用于选取或创建一个执行操作的机床名称。如果在创建操作前已设置一些机床，他们的名称将出现在“NC机床”下拉列表中。要创建机床，单击菜单中的“工作机床”或对话框中的“NC机床”，系统弹出“机床设置”对话框，在此对话框中可以设置机床机床名称、机床类型、机床轴数，为机床设置切削刀具、

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切削用量、主轴转速等切削加工参数（如图2-3所示）。

图2-3

我们要重点说的是“轴数”，轴数可以自己定义。数控机床加工时的横向、纵向等进给量都是以坐标数据来进行控制的。像数控车床、数控线切割机床等是属于两坐标控制的，数控铣床则是三坐标控制的，还有四坐标轴、五坐标轴甚至更多的坐标轴控制的加工中心机床等。坐标联动加工是指数控机床的几个坐标轴能够同时进行移动，从而获得平面直线、平面圆弧、空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹的能力。当然也有一些早期的数控机床尽管具有三个坐标轴，但能够同时进行联动控制的可能只是其中两个坐标轴，那就属于两坐标联动的三坐标机床。像这类机床就不能获得空间直线、空间螺旋线等复杂加工轨迹。要想加工复杂的曲面，只能采用在某平面内进行联动控制，第三轴作单独周期性进给的“两维半”加工方式。当然我们还要综合考虑到成本、加工质量、零件类型等许多因素来选择轴数。一般的加工都只要三轴的就可以了，成本也低，因此外面三轴用的也较多。我这个零件三轴连动就可以了，那我们就照综合因素考虑原则选择三轴。

还有“加工零点”的定义，这必须我们设置一下，我们要把零点定义在要加工的毛坯上，这样才能进行对毛坯的加工。否则就会发生现实中的撞刀现象，这在数控加工中是绝对不允许的。点击加工零点→选择创建程序（点击在毛坯上，设置三根轴X、Y、Z的方向）→定向（Z轴向上）→确定，加工零点设置好了。如图（2-4所示）。然后还要设置一个退刀的曲面，弹出一个设置框，选择曲面→沿Z轴→输入一个退刀量，我选择的是20→确定→还必须设置一个公差，一般都选0.01，这样机床的基本操作参数就设置好了，点击确定回到菜单管理器。

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