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摘 要：箱体类零件的结构一般比较复杂，加工精度要求较高，产品设计加工周期较长，基于这种情况，Pro/E的CAD/CAM技术，对齿轮箱体平面和壳体孔的设计、制造、改型等进行了新的分析和研究，用特征化参数法实现了零件的三维实体造型，建立了切削刀具库，实现了刀具参数的自动输入。
关键词：设计 加工 箱体类零件 加工精度 CAD/CAM
生产周期的长短，会直接影响企业的效益，质量更是产品的生命。在制造业高速发展新时期，具有竞争力的产品质量概念是指“对顾客需求的满足程度”。产品要具有高质量和低成本，还要具有竞争力的时间，即产品开发的周期要短，除此之外，还要保证产品的设计制造质量和产品的售后服务质量。
1、箱体的主要功能
（1）支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。
（2）安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。
（3）使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。
（4）改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。
2、箱体类零件设计
2.1 箱体类零件图设计特点
箱体类零件是连接、支承、包容件，一般为部件的外壳，如各种变速器箱体或齿轮泵泵体等。主要起到支承和包容其它零件的作用。
基本构成：零件结构较为复杂。
材料：一般为铸件。
加工：其加工位置较多。
常见结构：箱体类零件的结构按其不同的作用常分为下列四个部分：
（1）支承部分
该部分结构形状比较复杂，下部通常做成带有加强筋的空腔，壁上设有支装轴承用的轴承孔。
（2）润滑部分
为了使运动件得到良好的润滑，箱体类零件常设有储油池、注油孔、排油孔、油标孔以及各种油槽。
（3）安装部分
为使箱体设计成一封闭结构和使润滑油不致泄漏，常在箱体零件上装上顶盖、侧盖以及轴承盖。因此在连接处要加工出连接配合孔，螺钉孔及安装平面。
（4）加强部分
箱体受力较薄弱的部分常用加强筋以增加其强度，如箱体的轴承孔除安装轴承外还要安装轴承盖，因此对于较长的轴承孔，可在轴承孔外部设置加强筋，以增加其强度。
2.2 箱体零件CAD/CAM集成系统
Pro/E可支持面向对象的技术，而其自身具有全相关性的尺寸驱动功能。为了与Pro/E紧密结合，最大限度地利用Pro/E内部的强大内核，本系统采用了面向对象的设计方法，使用类和对象来定义特征，并利用对象的封装性实现对特征的封装，只要指定几个特征参数就可以完全确定特征的形状。特征作为几何信息和非几何信息的载体，在本系统中是用一组私有变量来定义的，系统提取的零件信息就储存在这些变量当中。
在零件的产品建模过程中，形状特征是产品定义模型中最主要的内容，设计人员主要是从满足功能要求、装配要求、制造工艺要求等几个方面来构造零件，所以不同的形状特征对于构造零件的形状所起的作用是不同的。本系统将特征划分为主形状特征和辅助形状特征。主形状特征用于构造零件的主体形状结构，辅助形状特征用于对形状结构进行局部修饰，它附加于主形状特征之上。箱体零件无论为何种类型，其形体一般是由包容其他组件的空腔、轴承孔、安装板、筋板等组成，因此可以把箱体基体作为主特征，而把其他的所有结构作为辅特征。
3、加工分析
机械加工的工艺设计涉及加工机床、刀具、夹具和工件，工艺系统的稳定对于保证零件的正常加工有着重要作用。在机床、工件固定的前提下，刀具和夹具以及选择的切削方式决定了工艺系统的整体性能。
3.1 夹具
由于箱体类零件的外形不规则，在铣大面和镗孔需要用专用夹具。夹具要既能保证工件装夹可靠、定位精确，又能保证加工安全。减少切削力F的值有两种途径。传统方法是减少切削深度，降低主轴转速，但会引起刀具磨损加剧、切削温度上升、表面粗糙度降低。先进的方法是采用高速切削加工。
3.2 高速切削
根据高速切削理论，高速切削应为切削温度不再随切削速度的加快而上升，且以高切削速度、高切削精度、高进给速度为主要特征的切削加工。高速切削加工和常规切削加工相比具有切削力低、减少热变形、加工表面质量高、增加机床结构的稳定性等显著的特点。
3.3 刀具
刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸、工件的材料、加工精度和表面粗糙度要求，生产率和经济性等，一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具。箱体零件的材料有铸铁和铝合金两种，经过对多种刀具材料的加工试验和综合比较，硬质合金涂层刀具加工铸铁箱体、金属陶瓷刀具加工铝合金箱体休现出更好的效果。
4、箱体类零件NC加工过程描述
從总体上讲利用Pro/E的NC生成数控程序的过程与产品实际加工的流程是一致的，包括以下几个部分：
①加工前准备。包括：创建工件参考模型；创建工件；建立加工数据库（包括NC机床，刀具、夹具配置等）。
②创建NC加工文件。
③建立制造模型。选择或创建工件，与所设计的箱体零件（参考模型）装配在一起建立制造模型。
④定义操作。操作是一系列NC序列的集合，包括定义操作模式，定义机床，定义夹具，定义加工坐标系，定义初始点和返回点，定义工件材料，定义退刀面等。
⑤定义NC序列。NC序列是在加工条件下来描述刀具运动轨迹的，包括建立NC加工类型，设置加工刀具，设置加工工艺参数，选择加工对象，定制刀具路径。
⑥后置处理。通过后置处理产生用于指定数控机床的数控加工代码，实现零件的数控加工。
5、系统运行验证
导入参考零件，进行必要的特征加减和参数修改与设置，运用建立的CAD系统完成某箱体零件的实体造型设计；根据加工工序，在NC序列的设置过程中，系统弹出刀具设置对话框时，通过添加的菜单，启动访问外部刀具库程序，完成刀具参数的调用，并根据实际加工条件对刀具参数进行必要的修改，如此完成整个箱体零件的加工内容设置。执行后处理程式，生成指定数控机床的NC代码和NC检测。经过刀具路径模拟和加工仿真验证，生成的数控程序完全正确。
6、箱体零件的检验
表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪或作用粗糙度仪；孔的尺寸精度：一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。平面的直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验；平面的平面度：可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可用涂色检验。同轴度检验：一般工厂常用检验棒检验同轴度；孔间距和孔轴线平行度检验：根据孔距精度的高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量。
7、结论
PRO/E本身是一套由设计至制造的机械化自动软件，是一个具有强大的参数化，基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能，利用它可以作箱体类零件的实体建模，自由造型，可以建立箱体部件与箱体装模型，可以对零件在计算机上进行动态与静态分析，甚至可以体验运动仿真功能，检验刀路没问题后，可以自动生成加工程序直接用于加工，令箱体零件的设计、加工工作真正的快速，高效。
参考文献：
[1]和青芳.Pro/ENGINEERWildfire4.0基础设计实例精讲.机械工业出版社，2010
[2]李世国.Pro/TOOLKIT程序设计.机械工业出版社，2003
[3]赖朝安，李振南等.Pro/E二次开发的关键技术.机械设计与制造，2001
关键词：设计 加工 箱体类零件 加工精度 CAD/CAM
生产周期的长短，会直接影响企业的效益，质量更是产品的生命。在制造业高速发展新时期，具有竞争力的产品质量概念是指“对顾客需求的满足程度”。产品要具有高质量和低成本，还要具有竞争力的时间，即产品开发的周期要短，除此之外，还要保证产品的设计制造质量和产品的售后服务质量。
1、箱体的主要功能
（1）支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。
（2）安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。
（3）使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。
（4）改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。
2、箱体类零件设计
2.1 箱体类零件图设计特点
箱体类零件是连接、支承、包容件，一般为部件的外壳，如各种变速器箱体或齿轮泵泵体等。主要起到支承和包容其它零件的作用。
基本构成：零件结构较为复杂。
材料：一般为铸件。
加工：其加工位置较多。
常见结构：箱体类零件的结构按其不同的作用常分为下列四个部分：
（1）支承部分
该部分结构形状比较复杂，下部通常做成带有加强筋的空腔，壁上设有支装轴承用的轴承孔。
（2）润滑部分
为了使运动件得到良好的润滑，箱体类零件常设有储油池、注油孔、排油孔、油标孔以及各种油槽。
（3）安装部分
为使箱体设计成一封闭结构和使润滑油不致泄漏，常在箱体零件上装上顶盖、侧盖以及轴承盖。因此在连接处要加工出连接配合孔，螺钉孔及安装平面。
（4）加强部分
箱体受力较薄弱的部分常用加强筋以增加其强度，如箱体的轴承孔除安装轴承外还要安装轴承盖，因此对于较长的轴承孔，可在轴承孔外部设置加强筋，以增加其强度。
2.2 箱体零件CAD/CAM集成系统
Pro/E可支持面向对象的技术，而其自身具有全相关性的尺寸驱动功能。为了与Pro/E紧密结合，最大限度地利用Pro/E内部的强大内核，本系统采用了面向对象的设计方法，使用类和对象来定义特征，并利用对象的封装性实现对特征的封装，只要指定几个特征参数就可以完全确定特征的形状。特征作为几何信息和非几何信息的载体，在本系统中是用一组私有变量来定义的，系统提取的零件信息就储存在这些变量当中。
在零件的产品建模过程中，形状特征是产品定义模型中最主要的内容，设计人员主要是从满足功能要求、装配要求、制造工艺要求等几个方面来构造零件，所以不同的形状特征对于构造零件的形状所起的作用是不同的。本系统将特征划分为主形状特征和辅助形状特征。主形状特征用于构造零件的主体形状结构，辅助形状特征用于对形状结构进行局部修饰，它附加于主形状特征之上。箱体零件无论为何种类型，其形体一般是由包容其他组件的空腔、轴承孔、安装板、筋板等组成，因此可以把箱体基体作为主特征，而把其他的所有结构作为辅特征。
3、加工分析
机械加工的工艺设计涉及加工机床、刀具、夹具和工件，工艺系统的稳定对于保证零件的正常加工有着重要作用。在机床、工件固定的前提下，刀具和夹具以及选择的切削方式决定了工艺系统的整体性能。
3.1 夹具
由于箱体类零件的外形不规则，在铣大面和镗孔需要用专用夹具。夹具要既能保证工件装夹可靠、定位精确，又能保证加工安全。减少切削力F的值有两种途径。传统方法是减少切削深度，降低主轴转速，但会引起刀具磨损加剧、切削温度上升、表面粗糙度降低。先进的方法是采用高速切削加工。
3.2 高速切削
根据高速切削理论，高速切削应为切削温度不再随切削速度的加快而上升，且以高切削速度、高切削精度、高进给速度为主要特征的切削加工。高速切削加工和常规切削加工相比具有切削力低、减少热变形、加工表面质量高、增加机床结构的稳定性等显著的特点。
3.3 刀具
刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸、工件的材料、加工精度和表面粗糙度要求，生产率和经济性等，一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具。箱体零件的材料有铸铁和铝合金两种，经过对多种刀具材料的加工试验和综合比较，硬质合金涂层刀具加工铸铁箱体、金属陶瓷刀具加工铝合金箱体休现出更好的效果。
4、箱体类零件NC加工过程描述
從总体上讲利用Pro/E的NC生成数控程序的过程与产品实际加工的流程是一致的，包括以下几个部分：
①加工前准备。包括：创建工件参考模型；创建工件；建立加工数据库（包括NC机床，刀具、夹具配置等）。
②创建NC加工文件。
③建立制造模型。选择或创建工件，与所设计的箱体零件（参考模型）装配在一起建立制造模型。
④定义操作。操作是一系列NC序列的集合，包括定义操作模式，定义机床，定义夹具，定义加工坐标系，定义初始点和返回点，定义工件材料，定义退刀面等。
⑤定义NC序列。NC序列是在加工条件下来描述刀具运动轨迹的，包括建立NC加工类型，设置加工刀具，设置加工工艺参数，选择加工对象，定制刀具路径。
⑥后置处理。通过后置处理产生用于指定数控机床的数控加工代码，实现零件的数控加工。
5、系统运行验证
导入参考零件，进行必要的特征加减和参数修改与设置，运用建立的CAD系统完成某箱体零件的实体造型设计；根据加工工序，在NC序列的设置过程中，系统弹出刀具设置对话框时，通过添加的菜单，启动访问外部刀具库程序，完成刀具参数的调用，并根据实际加工条件对刀具参数进行必要的修改，如此完成整个箱体零件的加工内容设置。执行后处理程式，生成指定数控机床的NC代码和NC检测。经过刀具路径模拟和加工仿真验证，生成的数控程序完全正确。
6、箱体零件的检验
表面粗糙度检验通常用目测或样板比较法，只有当Ra值很小时，才考虑使用光学量仪或作用粗糙度仪；孔的尺寸精度：一般用塞规检验；单件小批生产时可用内径千分尺或内径千分表检验；若精度要求很高可用气动量仪检验。平面的直线度：可用平尺和厚薄规或水平仪与桥板检验；平面的平面度：可用自准直仪或水平仪与桥板检验，也可用涂色检验。同轴度检验：一般工厂常用检验棒检验同轴度；孔间距和孔轴线平行度检验：根据孔距精度的高低，可分别使用游标卡尺或千分尺，也可用块规测量；三坐标测量机可同时对零件的尺寸、形状和位置等进行高精度的测量。
7、结论
PRO/E本身是一套由设计至制造的机械化自动软件，是一个具有强大的参数化，基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能，利用它可以作箱体类零件的实体建模，自由造型，可以建立箱体部件与箱体装模型，可以对零件在计算机上进行动态与静态分析，甚至可以体验运动仿真功能，检验刀路没问题后，可以自动生成加工程序直接用于加工，令箱体零件的设计、加工工作真正的快速，高效。
参考文献：
[1]和青芳.Pro/ENGINEERWildfire4.0基础设计实例精讲.机械工业出版社，2010
[2]李世国.Pro/TOOLKIT程序设计.机械工业出版社，2003
[3]赖朝安，李振南等.Pro/E二次开发的关键技术.机械设计与制造，2001