1、本科毕业论文（20 届）典型零件的数字化设计及加工所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 典型零件的数字化设计及加工 1 设计的主要任务及目标通过本次毕业设计使学生了解和掌握到毕业设计应遵循的步骤和程序，通过对数字化加工和手工编程数控加工技术的学习，了解并合理应用计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM） ，探索二者之间的差异，结合一些典型零件，完成零件的工艺设计，通过手工编程数控加工和数字化加工，研究二者
2、之间的相关关系。2 设计的基本要求和内容选定并设计由多个典型零件装配组成的机械结构，通过数字化设计及加工和手工编程加工完成各零件的设计及加工并按设计装配进行比较两者差异。设计主要完成以下工作：学习数字化加工和手工编程加工相关加工要求和加工技术；结合一些典型零件，完成相关的加工工艺设计；通过人工加工和数字化加工技术，完成零件的加工；比较二者加工的相同点和差异点；3主要参考文献1孙桓,陈作模.机械原理M.7 版.北京：高等教育出版社,20102董昌利,孙传祝，李家鹏.差速器的设计与加工J.职大学报,2006 年 04 期3宁涛,余强.PRO/E 机械设计基础教程M.北京：清华大学出版社，20064
3、孙江宏,黄小龙。Proe/engineerwildfire(野火版)数控加工教程M.北京：清华大学出版社，2005.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅相关的文献资料完成开题报告 2014.3.01-2014.3.102 完成机构整体设计及其各零部件设计 2014.3.10-2014.4.203 数字化加工和人工加工各零部件并装配 2014.4.20-2014.5.204 完成加工方法异同比较 2014.5.20-2014.5.255 整理毕业设计相关资料,准备毕业答辩 2014.5.25-2014.6.10典型零件的数字化设计及加工摘要：随着计算机技术和信息技术的发展，CAD/C
4、AM（计算机辅助设计与制造）技术在全球迅速普及开来。CAD/CAM 技术提高了产品设计品质和制造品质、缩短了产品开发周期，降低了产品开发成本的强有力手段，已成为企业赢得市场的制胜法宝。目前，工业发达国家的机械制造企业几乎都使用了 CAD/CAM 技术，但在我国的企业中普及率较低，特别是在数字化铣削、车削、电火花线切割方面，该技术的应用还有大幅度提升的可能。本设计利用了该技术中应用较广的 PRO/E、CAD 实现典型零件的数字化设计、数字化加工，并与传统手工编程数控加工比较，从而深入了解该技术。 关键词：数字化制造,数字化设计,数字化加工,典型零件Digital design of typica
5、l parts and processing Abstract: With the development of computer technology and information technology, CAD/CAM (computer aided design and manufacturing) technology are spreading quickly all over the world. CAD/CAM technology to improve the quality of product design and manufacturing quality, short
6、en the product development cycle, reduce the cost of product development of the powerful means, has become a winning strategy of enterprise win the market. At present, almost all industrial machinery manufacturing enterprises in the developed countries use the CAD/CAM technology, but low penetration
7、 in the enterprises of our country, especially in the case of digital milling, turning, wire cutting, the application of this technology and could significantly increase. This design use a wide application in the technology of PRO/E、CAD, the realization of digital design, digital processing of typic
8、al parts, and compared with the traditional manual programming NC machining, so as to understand the technology.Keywords: Computer Aided Design/Computer Aided Manufacture , Digital design, Digital processing, The typical parts 目 录1 绪 论 .11.1 研究的意义 .11.2 数字化设计 .11.3 手工编程与数字化数控加工 .21.4 本设计的主要任务 .32 典型
9、零件的数字化设计 .42.1 典型零件的分类 .42.2 典型零件选择和整体结构方案的拟定 .42.3 基于 PRO/E 的零件数字化设计 .62.3.1 壳体数字化设计 .72.3.2 齿轮数字化设计 .82.3.3 轴、键的数字化设计 .152.3.4 固定架及轴承座的数字化设计 .172.4 零件数字化装配设计及运动仿真 .173 典型零件的加工 .223.1 加工平台与加工方案的拟定 .223.2 壳体的加工 .243.3 齿轮的加工 .293.4 轴的加工 .313.5 固定架的加工 .334 不同加工方式零件个体及装配的比较 .364.1 典型零件的比较 .364.2 典型零件的装
10、配比较 .385 成果与展望 .405.1 设计成果 .415.2 前景与展望 .41参考文献 .42致 谢 .43附录 零件加工工序卡片 .4411 绪论1.1 研究的意义伴随着信息时代的来临，数字化在我们这个时代已经不是一个陌生的词语，而且在某种意义上也可以认为现在去全球正在进入数字化时代。所谓数字化时代，就是数字化技术在生产、生活、经济、社会、科技、文化、教育和国防等各个领域不断扩大的应用并取得日益显著的效益时代。但是，在不同的行业，数字化的具体含义又有不同，在本文中提到的数字化是指：利用计算机信息技术把声、光、电、磁等信号转换成数字信号，或把语音、文字、图像等信息转变成数字编码，用于传
11、输与处理的过程。数字化具有很多突出的优点，例如：具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强、安全性好，便于计算机操作和处理等众多优点。因为它的这些优点，在我们现今的社会中，数字化广泛的应用于工作和生活的各个领域。所谓的数字化技术，是指以计算机硬件、软件、信息存储、通信协议、外部设备和互联网等为技术手段，以信息科学为理论基础的科学技术集合。它包括信息离散化表述、描述、处理、存储、传递、传感、执行、物化、支持、集成和联网等领域。数字化技术作为一种通用信息工程技术，具有分辨率高、表述精度高、可编程处理、处理迅速、信噪比高、传递可靠迅速、便于存储、提取和集成、联网等重大技术优势、这些技术优势给各个领域专业技
12、术的改造、革新提供了暂新的手段。 数字化技术的大力应用可以大大提高企业的产品开发能力，缩短产品研制周期，降低开发成本，实现最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在短时间内组织全球范围的设计和制造资源开发出新产品，大大提高企业竞争能力。随着计算机技术和信息技术的发展，CAD/CAM 技术在全球迅速普及开来。对制造业来说，CAD/CAM 是提高产品设计品质和制造品质、缩短产品开发周期，降低产品开发成本的强有力手段，已成为企业赢得市场的制胜法宝。因此，研究 CAD/CAM 技术应用现状，探讨其发展前景，对加快我国机械行业 CAD/CAM 技术推广应用步伐，提高我国机械制造业的国际竞争力具有深远意义。1
13、.2 数字化设计2数字化设计是以实现新产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合. 广义的数字化设计技术涵盖以下内容: (1)利用计算机进行产品的概念化设计、几何造型、虚拟装配、工程图生成及设计相关文档。 (2)利用计算机进行产品外形、结构、材质、颜色的优选及匹配，以满足顾客的个性化需求，实现最佳的产品设计效果。 (3)利用计算机分析产品公差、计算质量特性、计算体积和表面积、分析干涉现象等。 (4)利用计算机对产品进行有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真验证等，以实现产品拓扑结构和性能特征
14、的优化。与传统的产品开发相比，数字化设计建立在计算机技术之上。它充分利用了计算机的优点，如强大的信息存储能力、逻辑推理能力、重复工作能力、快速准确的计算能力、高效的信息处理功能等，极大地提高了产品开发的效率和质量。1.3 手工编程与数字化数控加工1.3.1 手工编程数控加工手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。对于加工形状简单、计算量小、程序段数不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。因此，在点位加工或直线与圆弧组成的轮廓加工
15、中，手工编程仍广泛应用。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。手动编程零件加工阶段：（1）工艺处理: 即分析图纸、选择零件加工方案、设计零件装夹方式、确定走刀路线等;（2）数学处理: 计算刀具运动轨迹的坐标数据;3（3）后置处理: 按照数控机床指令格式将计算的走刀路线数据编写成相应的程序段;1.3.2 数字化数控加工(1)数字化加工的过程被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，确定加工工艺（装卡、刀具等） ，CAM 系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工
16、代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下所示：零件信息CAD 系统造型CAM 系统生成加工代码数控机床零件(2)数字化加工过程中的工艺在分析零件图的基础上，进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等） 、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（如主轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数。数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，而数控编程就是将数控加工工艺内容程序化。制定数控加工工艺时，要合理地选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数等；同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发
17、挥机床的效能；尽量缩短加工路线，正确地选择对刀点、换刀点，减少换刀次数，并使数值计算方便；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳；避免刀具与非加工面的干涉，保证加工过程安全可靠等。1.4 本设计的主要任务在制定相同加工工艺的前提下,借助基于三维造型软件 Pro/E 的设计及后置处理自动编程完成典型零件数字化设计及加工,同时不借助软件通过手工编程完成典型零件数控加工。通过加工程序、加工过程、加工效率、加工效果等比较两者之间的差异，最后将两种不同加工方法加工出来的零件按设计要求装配起来，通过装配结构效果进一步比较两者之间的差异，进而得出两者之间的相关关系。设计主要完成以下工作：（1）学
18、习数字化加工和手工编程加工相关加工要求和加工技术；4（2）结合一些典型零件，完成相关的加工工艺设计；（3）通过人工加工和数字化加工技术，完成零件的加工；（4）比较二者加工的相同点和差异点；52 典型零件的数字化设计2.1 典型零件的分类零件的种类很多，结构形状也千差万别。通常根据结构和用途相似的特点及加工制造方面的特点，将一般零件分为：轴套、轮盘、叉架、箱体等四类典型零件。（1）轴套类零件：轴一般是用于支撑传动零件和传递动力。套一般是装在轴上，起轴向定位、传动或连接等作用。（2）轮盘类零件： 轮盘类零件可包括手轮、胶带轮、端盖等。轮一般用来传递动力和扭矩，盘主要起支撑、轴向定位以及密封等作用。
19、（3）叉架类零件：叉架类零件包括拨叉和支架。拨叉主要用在机床、内燃机的操纵机构上，操纵机器、调节速度。支架主要起支撑和连接的作用。 2.1.4 箱体类零件（4）箱体类零件多为铸造件。一般可起支撑、容纳、定位和密封等作用。2.2 典型零件选择和整体结构方案的拟定2.2.1 典型零件选择本设计为了更好地体现典型零件数字化设计及加工的特点拟定选取包括各个类型零件类型，并且设计一机械结构是由这些选定零件组成装配的。该结构是由包括轴套类、轮盘类零件、叉架类零件、箱体类在内的几种典型零件组成，对该结构的零件进行数字化设计及加工。2.2.2 整体结构方案的拟定通过综合考虑，本设计拟定设计齿轮式差速器（如图 2.1 所示） ，该结构包括了轴套类、轮盘类零件、叉架类零件、箱体类在内的几种典型零件，具体零件类型如下：（1）轴套类零件包括：带键槽阶梯轴;（2）轮盘类包括：直齿锥齿轮、直齿圆柱齿轮;（3）箱体类零件包括：壳体;
