基于UG的轮盘三维建模及仿真加工.docx

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基于UG的轮盘三维建模及仿真加工

毕

业

论

文

课题名称

基于UG的轮盘三维建模及仿真加工

分院/专业

机械工程学院/数控

班级

学号

学生姓名

指导教师：

2013年6月1日

摘要

UG是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设讣与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现务种复杂实体及造型的建构。

它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。

UG的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。

本文使用UG软件的建模模块完成产品的三维造型设计，并使用UG的制造模块对北进行了数控模拟加工并生成程序。

关键词：

UG造型设计模拟加工自动编程

Abstract

UGisaninteractiveCAD/CAM（computeraideddesignandcomputeraidedmanufacturing）system,itispowerful,caneasilyconstructvariouscomplexentityandmodeling・Itisatthebeginningofthebirthismainlybasedontheworkstation,butwiththerapidgrowthinthedevelopmentofPChardwareandindividualusers,itsapplicationinPChasachievedrapidgrowth,hasbecomeamainstreamapplicationofthree-dimensionaldesignofmoldindustry.

ThegoalofUGistousemathematicaltechnology,namelythelocaladaptivemeshrefinement,multigridandparallelcomputing,provideaflexibleandreusablesoftwarebaseforsolvingcomplicatedpracticalproblems・

ModelmoduleusingUGsoftwarecompletethe3Dproductmodelingdesign,ManufacturemoduleandUGforNCsimulationmachiningandproductionprocedureof.

Keywords:

UGdesignMachiningsimulationautomaticprogramming

第1章绪论1

1.1CAD/CAM与数字化制造1

1.2CAD/CAM系统的功能使用方法及应用过程1

第2章基于UG的三维造型设计3

2.1几何造型技术3

2.2结构形状分析与造型思路5

2.3轮盘的三维建模造型设计7

第3章轮盘的数控仿真加工11

3.11艺方案分析11

3.2仿真加工13

3.3生成NC文件16

致谢18

参考文献19

第1章绪论

1.1CAD/CAM与数字化制造

CAD/CAM（计算机辅助设计及制造）与PDM（产品数据管理）构成了一个现代制造型企业计算机应用的主干。

对于制造行业，设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。

人工设计、单件生产这种传统的设计与制造方式已无法适应工业发展的要求。

采用CAD/CAM的技术已成为整个制造行业当前和将来技术发展的重点。

CAD技术的首要任务是为产品设计和生产对象提供方便、髙效的数字化表示和表现（DigitalRepresentationandPresentation）的匸具。

数字化表示是指用数字形式为汁算机所创建的设计对象生成内部描述，象二维图、三维线框、曲而、实体和特征模型：

而数字化表现是指在计算机屏幕上生成真实感图形、创建虚拟现实环境进行漫游、多通道人机交互、多媒体技术等。

CAD的概念不仅仅是体现在辅助制图（图形实现）方而，它更主要地起到了设计助手的作用，帮助广大工程技术人员从繁杂的查手册、计算中解脱岀来。

极大地提髙了设计效率和准确性，从而缩短产品开发周期、提髙产品质量、降低生产成本，增强行业竞争能力。

CAM与CAD密不可分，甚至比CAD应用得更为广泛。

几乎每一个现代制造企业都离不开大量的数控设备。

随着对产品质量要求的不断提髙，要髙效地制造高精度的产品，CAM技术不可或缺。

设计系统只有配合数控加工才能充分显示其巨大的优越性。

另一方面，数控技术只有依靠设计系统产生的模型才能发挥英效率。

所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CAD/CAM系统，在这个系统中设计和制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库将设汁和制造过程紧密地联系为一个整体。

数控自动编程系统利用设汁的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。

CAD/CAM大大缩短了产品的制造周期，显著地提高产品质量，产生了巨大的经济效益。

CAD/CAM技术已经是一个相当成熟的技术。

波音777新一代大型客机以4年半的周期研制成功，采用的新结构、新发动机、新的电传操纵等都是一步到位，立刻投入批量生产。

飞机出厂后直接交付客户使用，故障返修率几乎为零。

媒介宣传中称之为"无纸设讣"，而波音公司本身认为,这主要应归功于CAD/CAM设计制造一体化。

1.2CAD/CAM系统的功能使用方法及应用过程

一、熟悉系统的功能与使用方法

在使用一个CAD/CAM数控编程系统编制零件数控加工程序之前，应对该系统的功能及使用方法有一个比较全而的了解。

1、了解系统的功能框架对于CAD/CAM数控系统首先应了解其总体功能框架，包括造型设计、二维工程绘图、装配、模具设计、制造，等能模块，以及每一个功能模块所包含的内容，特别应关注造型设计中的草图设讣、曲而设讣、实体造型以及特征造型的功能，因为这些是数

控加工编程的基础。

2、了解系统的编程能力

对于一个数控编程系统，应了解其编程能力的编程能力主要体现在以下几方而：

（1）适用范围：

车削、铳削、钻孔、线切割（EDM）等。

（2）可编程的坐标数：

点位、二坐标、三坐标、四坐标以及五坐标。

（3）可编程的对象“多坐标点位加工编程、表而区域加工编程（是否具备多曲面区域的加工编程）、轮廉加工编程、曲而交线及过渡区域加工编程、腔槽加工编程、曲面通道加工编程等。

（4）是否具备刀具轨迹的编辑功能，有哪些编辑手段，如刀具轨迹变换、裁剪、修正、删除、转這、匀化（刀位点加密、浓缩和筛选）、分割及连接等。

（5）是否具备刀位验证的能力：

有哪些验证手段，如刀具轨迹仿真、刀具运动过程仿真、加工过程模拟、截而法验证等。

（6）熟悉系统的用户界面及输入方式，系统是在图形交互方式下工作，还是在命令交互方式下工作；系统是否具备批处理能力等。

（7）了解系统的文件管理方式，对于一个零件的编程，最终要得到的是能在指左的数控机床上完成该零件加工的正确的数控程序，该程序是以文件形式存在的。

在实际编程时，往往还要构造一些中间文件，如零件模型（或加工单元）文件、工作过程文件（日志文件）、几何元素（曲线、曲而）文件、刀具文件、刀位文件、数控机床数据文件等，应该熟悉系统对这些文件的管理方式它及它们之间的关系。

二、分析加工零件

当拿到持加工零件的零件图纸或工艺图纸（特别是复杂的曲而零件和模具图纸）时，首先应当对零件图纸进行仔细的分析，内容包括：

1、分析待加工表面

一般来说，在一次加工中，只需对加工零件的部分表面进行加工。

这一步骤的内容是：

确泄待加工表而及英约朿而，并对其几何左义进行分析，必要的时候需对原始数据进行一左的预处理，要求所有几何元素的泄义具有唯一性。

2、确泄加工方法

根据零件毛坯形状以及待加工表而及其约朿面的几何形态，并根据现有机床设备条件，确立零件的加工方法及所需的机床设备和工夹量具。

3、确定编程原点及编程坐标系

一般根据零件的基准面（或孔）的位巻以及待加工表而及毛坯上选择一个合适的编程原点及编程坐标系（也称为工件坐标系）

三、对待加工表而及其约束而进行几何造型

这是上机编程的第一步。

对于CAD/CAM数控编程系统来说，一般可根据几何元素的定义方式，在前而零件分析的基础上，对加工表而及英约朿而进行几何造型。

四、选择合理的刀具

一般来说，可根据加工方法和加工表而及其约束而的几何形态选择合适的刀具类型及刀具尺寸。

但对于有的复杂曲而零件，则需要对加工表而及其约朿而的几何形态进行数值il•算,根据计算结果才能确左刀具类型和刀具尺寸。

这是因为，对于一些复杂曲而零件的加工，希望所选择的刀具加工效率髙，同时又希望所选择的刀具符合加工表而的要求，且不与非加工表而发生干涉或碰撞。

由于在某些情况下，加工表而及艮约束而的几何形态数值计算很困难,只能根据经验和直觉选择刀具，这时，便不能保证所选择的刀具一泄是合理的，在刀具轨迹生成之后，需要进行一泄的刀位验证。

五、刀具轨迹生成及刀具轨迹编辑

对于CAD/CAM数控编程系统来说.一般可在所泄义加工表而及其约束而（或加工单元）上确左苴外法向矢戢方向，并选择一种疋刀方式，根据所选择的刀具（或左义的刀具）和加工参数，系统将自动生成所需的刀具轨迹。

所要求的加工参数包括：

安全平而、主轴转速、进给速度、线性逼近误差、刀具轨迹间的残留髙度、切削深度、加工余量、进刀段长度及迟刀段长度等。

当然，对于某一加工方式来说，只要求其个的部分加工参数。

一般来说，数控编程系统对所要求的加工参数都有一个缺省值。

刀具轨迹生成以后，如果系统具备刀具轨迹显示及交互编辑功能，则可以将刀具轨迹显示岀来加果有不太合适的地方，可以在人工交互方式下对刀具轨迹进行适当的编辑与修改。

六、刀位验证

如果系统具有刀位验证的能力，对可能过切、干涉与碰撞的刀位点，采用系统提供的刀位验证手段进行检验。

值得说明的是，刀位验证大量用到曲面求交算法，计算时间比较长，最好是在批处理方式下进行，检验结果存放在刀位验证文件之中，供分析和图形显示用。

七、后登处理

根据所选用的数控系统，调用其数控系统特性文件，运行数控编程系统提供的后垃处理系统，将刀位文件转换成数控加工程序。

第2章基于UG的三维造型设计

2.1几何造型技术

几何造型是指将点、线、而、体等几何元素，经过平移、旋转等几何变换和并、交、差等集合运算，产生实体造型。

几何造型技术作为CAD/CAM技术的基础，在机械工程领域应用极为广泛。

各种机械设计均可采用几何造型技术建立计算机模型，在汽车车身、轮船船体及飞机机身等设计中不仅可以代替实物模型的制作，而且可以大大缩短设计周期，节省人力、物力。

下面介绍实体造型的参数化技术、变量化造型技术和特征造型技术。

一、参数化造型技术

早期的CAD系统是利用固定的尺寸值来定义几何元素，输入的每一条线都是确左的位苣,但不包括产品图形内在的尺寸约束、拓扑约束及工程约朿（如应力、性能约束等）。

因此，当要想修改实体的结构形状时，只有重新造型。

这不仅使设讣人员投入相当的精力用于重复劳动，而且这种重复劳动的结果并不能反映设计人员对产品的本质构思和意图。

而新产品的设计，不可避免地要经历多次反复的修改，进行零件形状和尺寸的综合协调、优化。

对于左型产品的设讣，需要形成系列，以便针对生产特点和应用需求提供不同型号规格的产品。

这些都需要产品的设汁图可以随着某些结构尺寸的修改或规格系列的变化而自动修改图形。

参数化造型是先建立图形与尺寸参数之间的约束关系，然后使用约束来泄义和修改几何模型。

这些尺寸约束及拓扑约朿反映了设计时要考虑的因素。

实现参数化的一组参数与这些约束保持一宦的关系，初始设讣的实体自然要满足这些约束，而当输入新的参数值时，也将保持这些约束关系并获得一个新的造型。

参数化造型系统也称为尺寸驱动系统，它只考虑物体的几何约朿（尺寸约束和拓扑约束），而不考虑工程约束。

设汁对象的结构形状比较左型，可以用一组参数来约左尺寸关系。

参数与设汁对象的控制尺寸有明显的对应，参数的求解较简单，设计结果的修改受到尺寸驱动。

尺寸驱动的几何模型由几何元素、尺寸约束和拓扑约束三部分组成。

当修改某一尺寸时,系统自动检索该尺寸在尺寸链中的位置，找到它的起始几何元素和终止几何元素，使它们按新尺寸值进行调整，得到新模型：

接着检査所有几何元素是否满足约束，如不满足，则保持拓扑约朿不变，按尺寸约朿修改几何模型，直至全部满足约束条件为止。

二、变量化造型技术

参数化造型技术具有基于特征、全尺寸约朿、尺寸驱动几何形状修改、全数据相关的特点，全尺寸约束既不能漏注尺寸（欠约束）又不能多注尺寸（过约束），全数据相关指一个参数的修改导致其它相关尺寸全部更新。

变量化造型技术是在参数化造型技术的基础上又做了进一步修改后提出的设计思想，变量化造型既保留了参数化造型基于特征、尺寸驱动几何形状修改、全数据相关的优点，又在约束左义方而做了根本性的改变。

变量化造型将几何约朿中的尺寸约束和拓扑约朿分开处理，不苛求全约束，并增加了工程约束。

参数化造型过程类似于工程师读图的过程，由关键尺寸、形状尺寸、泄位尺寸宜至参考尺寸，无一遗漏全部看懂（输入计算机）后，形状自然在脑海中（屏幕上）形成。

这种对思维的苛刻朿缚带来了相当的副作用：

决不允许欠尺寸约朿：

零件截面形状复杂时，满屏幕的尺寸让人无从下手：

只有尺寸驱动一种修改手段，不知哪个尺寸会朝着令设计者满意的方向

发展；若给出一个极不合理的尺寸参数，发生特征之间的于涉，会引起拓扑关系的改变。

变量化造型的原理如图2-1所示：

图2.1变量化造型的原理

三、特征造型技术

现实世界的物体具有三维形状和质量，因而三维实体造型可以更加真实、完整、清楚地描述物体，其利用讣算机技术存储物体的几何信息和拓扑信息，代表了CAD/CAM技术的主流。

实体造型技术是20世纪70年代后期、80年代初期逐步发展完善并推向市场的。

实体造型是利用一些基本体素，如长方体、圆柱体、球体、锥体、圆环体以及平面轮屎扫掠体等通过布尔运算生成复杂形体的一种造型技术。

实体造型主要包括两部分内容，即体素的立义和描述、体素之间的布尔运算（交、并、差）。

体素是一种简单的几何形体，它们可以通过少量参数进行描述，例如长方体可以通过长、宽、高建义形状。

目前的许多CAD/CAM软件都是一种基于特征的实体造型工具。

它可以按照直观的过程创建机械零件的三维实体模型，且能自动生成与该模型相关联的二维工程图。

构造三维实体模型的过程称为特征造型，造型的结果称为几何造型。

基于特征的实体造型过程除了要用到参数化造型技术、变量化造型技术之外，还要用到特征造型技术和数据库联动技术。

特征的概念很广，在此仅限于讨论几何特征，特征指可以用参数驱动的实体模型，其满足下列条件：

（1）是一个实体或零件中的具体构成之一。

（2）能对应于某一形状。

（3）具有工程上的意义（即与加工方法的一圧对应关系）。

（4）性质是可以预料的。

2.2结构形状分析与造型思路

一、零件结构形状分析

图2.2所示为零件的工程图：

由工程图可知这个零件的毛坯是1个120x38mm的圆柱体，夷他部分的型腔可以用先建

立草图，然后拉伸特征体的方式来建立，其他部分，我们可以利用孔特征，螺纹特征，以及曲而特征等来建立。

2.3轮盘的三维建模造型设计

翻盖的三维建模具体步骤如表：

表2.1建模步骤

点击Dti图标进入草图绘制环境,在出现的工具条中选择峰c图标,再选择"图标•按工程图纸要求草图•绘制完成后按轉图标，完成草图绘制操作.

在接下来的操作中对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸•具体操作为点击也拉伸图标，在结束25.0000毫米回中输入拉伸高度5,点击反向，点击"图标,完成拉伸操作

5

创建孔特

征

先创立点特征以便迄位孔的位置，然后点插入一,设计特征一孔

6

创建孔特征，并以该孔为实例，

创建圆形矩阵

先创立点特征以便迄位孔的位置，然后点插入一，设计特征一孔

点击矩阵按钮创立圆形矩阵，角度输入120度，个数为3,完成后将英中一个孔改为10mm

7

创建孔特

征

先创立点特征以便宦位孔的位置，然后点插入一,设计特征一孔

在对话框中输入直径为27mm

8

创建键槽

草图

点击图标进入草图绘制环境，在岀现的工具条中选择嶂c图标，再选择"图标•按工程图纸要求草图•绘制完成后按聘图标，完成草图绘制操作.

9

创建键槽

在接下来的操作中对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸•具体操作为点击也拉伸图标，在结束［25.0000毫米回中输入拉伸高度5,点击反向，点击讲图标，完成拉伸操作。

\

1

1.点击匪图标进入草图绘制环

境，在出现的工具条中选择

标,再选择

求草图•绘制完成后按成草图绘制操作.

图标•按工程图纸要

图标，完

创建背而

10

的型腔

创建左侧

11

的部件

创建工件

的右侧

2.在接下来的操作中对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸•具体操作为点击幻拉伸图标，在结束25.0000［亳米回中输入拉伸髙度，点击反向，点击"图标，完成拉伸操作。

首先用矩形块切除平而

以该而为基准面创立2个孔特征.直径分别为33mm,22mm,深度分另ij为10mm,20mm

首先用矩形块切除平而

以该平而为基准而创建草图

创建圆环特征

13创建曲而

在接下来的操作中对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸•具体操作为点击匸拉伸图标，在结束25.0000毫米|兰|中输入拉伸高度6mm,点击"图标，完成拉伸操作。

创建孔特征，直径分别为16mm,

6.6mm,6.6mm,深度分别为20mm,

15mm,15mm

创建基准而，并以该基准而作为道具，修建工件，并创建镜像体

在接下来的操作中对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸•具体操作为点击匚拉伸图标，在结束25.0000亳米|竺|中输入拉伸高度，点击反向，点击"图标，完成拉伸操作。

在接下来的操作中对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸•具体操作为点击也拉伸图标，在结束25.0000亳米|竺|中输入拉伸高度，点击反向，点击"图标，完成拉伸操作。

第3章轮盘的数控仿真加工

3.1工艺方案分析

加工工艺分析主要包括以下几方面：

1）选择适合在数控机床上加工的零件，确泄工序内容。

2）分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方案，制泄数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等。

3）设计数控加工工序。

如工步的划分、零件的泄位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。

4）调整数控加工工序的程序。

如对刀点、换刀点的选择、加工路线的确左、刀具的补偿。

5）分配数控加工中的容差。

6）处理数控机床上部分工艺指令

基于以上原则，制左出的刀具卡如表3.1,加工工艺卡如表3.

表3.1刀具卡

刀具号

T

刀具型号

具径刀直

偏执值（D、H）

备注

T01

①8的钻头

①8

H01

T02

巾9的较刀

<1>9

H02

T03

①10的较刀

<1>10

H03

T04

①26的钻头

626

H04

T05

①27的钱刀

627

H05

T06

680的端铳刀

①80

H06

T07

①6的钻头

<1>6

H07

T08

620的立铳刀

620

H08D30

T09

620的立铳刀

①20

H09D31

TIO

63的键槽铳刀

63

H10D32

Til

63的键槽铳刀

①3

HllD33

T12

①3的立铳刀

63

H12D34

TI3

66.6的较刀

C6.6

H13

T14

①20的钻头

620

H14

T15

①22的狡刀

022

H15

TI6

①30的钻头

巾30

H16

T17

①5的立铳刀

①5

H17D35

T18

61的立铳刀

61

H18D36

T19

66的钻头

<1>6

H19

T20

66.6的较刀

06.6

H20

3.2加工工艺卡

零件号

零件名称

轮盘

材料

45#钢

工序内容

工部号

刀具号

刀具种类

补偿号

（D.H）

进给

速度

铳零件端而

T06

①80的端铳刀

H06

S250

F50

粗铳而①的型腔

T08

①20的立铳刀

H08D30

S250

F30

精铳而①的型腔

T09

①20的立铳刀

H09D31

S300

F50

粗铳而①的键槽

T10

63的键槽铳刀

H10D32

S250

F30

精铳而①的键槽

T11

①3的键槽铳刀

HllD33

S250

F50

钻而①上①9的孔

T01

①8的钻头

H01

S400

F30

绞而①上①9的孔

T02

①9的绞刀

H02

S450

F30

较而①上①10的孔

T03

610的餃刀

H03

S450

F30

钻而①上①27的孔

T04

①26的钻头

H04

S400

F30

较而①上①27的孔

T05

①27的较刀

H05

S450

F30

粗铳而②上的型腔

T08

C20的立铳刀

H08D30

S250

F30

精铳而②上的型腔

T12

①3的立铳刀

H12D34

S300

F50

钻而②上的孔

T07

66的钻头

H07

S400

F30

较而②上的孔

T13

①6.6的狡刀

H13

S450

F30

钻而◎上①22的孔

T14

①20的钻头

H14

S400

F30

狡而③上①22的孔

T15

◎22的较刀

H15

S450

F30

钻而③上①32的孔

T16

①30的钻头

H30

S400

F30

粗铳而④的轮魔及型腔

T17

①5的立铳刀

H17D35

S250

F30

稱铳而④的轮廓及型腔

T18

①1的立铳刀

HI8D36

S300

F50

钻而④上的孔

T19

66的钻头

H19

S400

F30

钱而④王的孑L

T20

66.6的较刀

H20

S450

F30

3.2仿真加工

轮盘仿真加工过程表3.2所示

表3.2模拟加工过程卡

步

骤

操作

内容

截图

1

进入加工环境

点击开始按钮一加工，进入加工环境

无

2

建立工件