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于UG的无图设计与制造技术
聊城大学东昌学院
本科生毕业论文(设计)
题目:
基于UG的无图设计与制造技术
——平面铣削和轮廓铣削
专业代码:
080251
作者姓名:
朱冰
学号:
20080020433
单位:
聊城大学东昌学院
指导教师:
崔传辉
2012年5月18日
摘要
采用UG/CAM固定轴平面面轮廓铣作用于复杂轮廓表面时,刀具跟随轮廓表面形状实施切削,可以实现复杂轮廓的高精度加工。
UG/CAM提供的加工仿真功能可以直观地仿真零件加工过程,检验加工路径、碰撞干涉以获得正确刀轨。
其强大的后处理功能,可以结合实际的数控系统生成正确的NC加工程序。
以简单的平面零件加工为例,提出UG/CAM固定轴曲面轮廓铣的CAM思路及方法。
试验结果表明:
采用UG/CAM固定轴平面铣可以在三轴数控机床完成复杂型面的半精加工和精加工,能有效地降低加工成本,具有很高的实际应用价值。
关键词:
固定轴;曲面轮廓铣;NC加工程序
Abstract
WhenUG/CAMfixed-contourmillingisusedinthemachiningofsophisticatedcontour,thetoolcutsworkpiecefollowingcontourshape,sothehigh-accuracymachiningofcomplexcontourcanbeachieved.ThemachiningsimulationfunctionprovidedbyUG/CAMcanbeusedtosimulatemachiningprocess,checktoolpathsandcollisioninterferenceinordertogetproperpaths.CombingactualCNCsystem,thepowerfulpostprocessingfunctioncanbeusedtoproducecorrectNCprogram.TheCAMideaandapproachusingUG/CAM.
Keywords:
Fixed-axis;Surfacecontourmilling;NCprogram
基于UG的无图设计与制造技术-平面铣削、轮廓铣削
前言
毕业设计论文是本科生培养方案中的重要环节。
通过毕业论文,综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题,在作毕业论文的过程中,所学知识得到疏理和运用,它既是一次检阅,又是一次锻炼。
在作完毕业设计后,感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼,增强了即将跨入社会去竞争,去创造的自信心。
毕业设计论文是本科学生在校学习期间最后一个综合性教学环节,目的是培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,分析与解决实际问题的能力,使学生得到科学研究与科技开发的初步训练,综合检验学生所学知识和技能,以完成学生从学习岗位到工作岗位的初步过渡。
毕业设计论文教学是注重培养学生独立工作能力和创造力,培养学生在设计论文中具有全局观点、经济观点及注重社会效益,同时培养学生具有高尚的思想品质、严谨的科学态度、虚心好学协同工作的优良作风。
毕业设计论文教学环节是一个综合训练的环节,对学生的成长及适应社会需要具有深刻影响。
就我个人而言,我希望能通过这次毕业设计对自己从事的工作进行更深刻的了解,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。
UG简介UGNX的技术UG是Unigraphics的缩写,这是一个交互式CAD/CAM系统,它功能强大,可以轻松实现各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。
UGNX主要功能工业设计和风格造型NX为那些培养创造性和产品技术革新的工业设计和风格提供了强有力的解决方案。
利用NX建模,工业设计师能够迅速地建立和改进复杂的产品形状,并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度地满足设计概念的审美要求。
产品设计NX包括了世界上最强大、最广泛的产品设计应用模块。
NX具有高性能的机械设计和制图功能,为制造设计提供了高性能和灵活性,以满足客户设计任何复杂产品的需要。
NX优于通用的设计工具,具有专业的线路设计系统、模块、专用塑料件设计模块和其他行业设计所需的专业程序。
仿真、确认和优化NX允许制造商以数字化的方式仿真、确认和优化产品及其开发过程。
通过在开发周期中较早地运用数字化仿真性能,制造商可以改善产品质量,同时减少或消除对于物理样机的昂贵耗时的设计、构建,以及对变更周期的依赖。
NC加工UGNX加工基础模块提供联接UG所有加工模块的基础框架,它为UGNX所有加工模块提供一个相同的、友好的图形化窗口环境,用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改:
如对刀具轨迹进行延伸、缩短或修改等。
该模块同时提供通用的点位加工编程功能,可用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。
该模块交互界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和剪裁,并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库使初加工、半精加工、精加工等操作常用参数标准化,以减少使用培训时间并优化加工工艺。
UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序,并保持与实体模型全相关。
UGNX的加工后置处理模块使用户可方便地建立自己的加工后置处理程序,该模块适用于目前世界上几乎所有主流NC机床和加工中心,该模块在多年的应用实践中已被证明适用于2~5轴或更多轴的铣削加工、2~4轴的车削加工。
固定轴铣的刀轴矢量在加工时相对于零件保持不变,属于两轴半或三轴联动加工。
固定轴铣包括平面铣和轮廓铣,轮廓铣又包括型腔铣和固定轴曲面轮廓铣。
1.平面铣特点及重要操作参数
1.1平面铣特点和原理
平面铣用于直壁的、并且岛屿顶面和型腔底面为平面的零件的加工。
平面铣的切削刀轨是在垂直于刀具轴平面内的二轴刀轨,通过多层二轴刀轨逐层切削材料,刀具的侧刃切削工件侧面的材料,底刃切削工件底面的材料。
1.2平面铣重要概念
1.2.1切削层
平面铣是通过多层二轴刀轨来逐层切削材料,每一层刀轨称为一个切削层,如图1.2.1所示。
毛坯几何
图1.2.1切削层示意图
1.2.2边界
边界几何是一种特别的几何体。
平面铣通过边界来定义零件几何体、毛坯几
何体、检查几何体和修剪几何体。
边界可通过曲线、边或表面来定义。
如图1-2-2所示,边界几何具有如下几个特点:
●边界可以是封闭或是开放的;
●边界有方向;
●边界有开始端;
●边界包含刀具定位方式;
●边界需要指定其材料侧。
开始点
1.2.3岛屿
UGCAM中的岛屿并不是传统意义上的孤岛,而是指具有封闭零件边界且有保留材料的区域,图1.2.3说明了岛屿的含义。
型腔底部B以及所有台阶,如C和D都是岛屿,因为这些区域都封闭在零件边界中,而且其内部都保留有材料。
平面铣就是利用边界几何体定义的若干岛屿来定义加工几何体的。
D
1.2.4底平面
底平面是一个垂直于刀具轴的平面。
一个岛屿包含的材料可由岛屿顶面的边界与边界到底平面的高度来定义。
图1.2.4是用零件表面来定义底平面的例子。
底平面
1.3平面铣重要参数
1.3.1边界
平面铣的加工几何包括零件几何、毛坯几何、检查几何和修剪几何,所有这
些加工几何都可以通过操作导航器的几何节点定义成共享节点,也可以在平面铣对话框中为操作定义个别的加工几何。
其方法如下:
首先在平面铣操作对话框中选取之一,然后单击下面的“选择”按钮进入边界几何对话框,如图1.2.5所示。
图1.2.5边界几何对话框
此对话框中各参数含义如下:
●模式:
是一个过滤器,通过不同的几何对象类型来指定边界。
●材料侧:
用于指定边界所定义的岛屿的材料位于边界的哪一侧,即材料
的保留侧。
对于封闭边界,材料侧由边界的里边或外边来指定,如图1.2.6所示。
对于开放边界,材料侧由边界的左边或右边来指定,左右由箭头的方向决定,如图1.2.7所示。
外边
●面选择:
若选择模式的方式为面,则在被选取的表面边缘自动生成边界,
有如下三种情况。
:
选择此选项,如果选取的表面上有孔,则孔的边缘被忽略,孔的
边缘不会产生边界,如图1.2.8所示。
孔边界
:
选择此选项,如果选取的表面有岛屿,则岛屿的边缘被忽略,岛
屿的边缘不会产生边界,如图1.2.9所示。
岛屿边界
:
选择此选项,如果选取的表面边上有倒角,则倒角被忽略,在
倒角的两个相邻表面的交线处创建边界,如图1.2.10所示。
在表面的边缘产生边界
1.3.2切削深度
切削深度用于指定平面铣每层切削的深度。
在“平面铣”对话框中单
击,进入“切削深度参数”定义对话框,如图1.2.11所示。
图1.2.11“切削深度参数”对话框
此对话框中各参数含义如下:
a)类型有如下五种方式定义切削深度的值
●用户定义:
分多层切削,由用户输入最大切削深度、最小切削深度、初
始层切削深度和最后层切削深度。
除初始层和最后层之外的中间各层深度值在最大和最小切削深度之间取值。
如图1.2.12所示。
最后层
●仅底面:
仅一个切削层,刀具直接深入到底平面切削,如图1.2.13所示。
毛坯边界
●底平面和岛屿顶面:
分多层切削,切削层的位置在岛屿的顶面和底平
面,适宜做水平面的精加工,如图1.2.14所示。
在岛屿顶面的切削层
●岛屿顶面:
分多层切削,切削层在岛屿的顶面和底平面上,与
“底面和岛屿顶面”方式不同在于每一层的刀轨覆盖整个断面,如图1.2.15
毛坯边界
●固定深度:
分多层切削,输入一个最大深度值,除了最后一层可能小于
最大值外,其余等于最大深度值,如图1.2.16所示。
图1.2.16“固定深度”切削深度
b)顶面岛:
当采用“用户定义”和“固定深度”两种深度类型时,不能保证切削层恰好位于岛屿的顶面上,因此有可能导致岛屿顶面上有残余材料,如图1.2.17所示。
选择此开关,系统自动在有残余材料的岛屿顶面上附加一层刀轨将残余材料清除。
没有切削层刚好在此岛屿顶面上,导致岛屿顶面有残余材料
1.3.3切削类型
1.3.4切削
在“平面铣”对话框中单击,即可进入“切削参数”对话框,如图1.2.18所示。
图1.2.18“切削参数”对话框
此对话框中各参数含义如下:
(1)切削顺序
a)层优先:
每次切削完同一高度的切削层之后再进入下一层的切削,如
图1.2.19(a)所示。
b)深度优先:
每次将一个切削区的所有层切削完之后再进入下一个切削
区,如图9-1-33(b)所示。
切
削
层
(2)切削方向
●顺铣:
刀具进给方向保证实现顺铣,如图1.2.20(a)所示。
●逆铣:
刀具进给方向保证实现逆铣,如图1.2.20(b)所示。
(b)逆铣
●跟随边界:
刀具顺着边界的方向进给,如图1.2.21(a)所示。
●边界方向:
刀具逆着边界的方向进给,如图1.2.21(b)所示。
(b)逆边界方向进给
1.3.5未切削区域
未切削区域是指在本操作完成对工件的加工之后,工件相对零件剩余的材料,如图1.2.22所示。
如果选择了,系统在未切削区域的周边生成边界,后续的操作可以利用这些边界作为毛坯边界来清理剩余的材料。
剩余材料刀具
例如使用一把大直径的刀具进行粗加工后,一个小半径的内拐角必然有未切削区域,如果在创建这个粗加工操作的过程中生成这个拐角处的未切削区域边界,然后就可利用这些边界作为毛坯边界定义一个新的操作,使用一把小直径的刀具来清理内拐角处的剩余材料。
◇:
选取此选项,生成刀轨的同时在未切削区域创建边界,反之不创建。
刀具
◇:
在此输入一个偏置距离,使未切削区域创建的边界相对未切削区域的边缘往外偏置。
也就是说,使这些边界比实际的未切削区域大一些,如图1.2.23所示。
1.3.6岛清根
产生环绕岛屿的封闭轮廓刀轨,以便使岛屿侧面光滑,如图1.2.24所示。
注意这里
1.3.7清壁
有些加工方法在加工型芯时没有绕侧壁的轮廓刀轨进行清理,如果附加一刀环绕侧壁的刀轨,就可以解决此问题:
“无”表示不做清理;“在起点”表示在每个切削层的第一刀做清理;“在终点”表示在每个切削层的最后一刀做清理;“自动”表示系统决定何时做清理。
图1.2.25表示选择“无”和“在起点”的区别。
图1.2.25“清壁”示意图
1.3.8进刀/退刀
进刀和退刀运动分别确定刀具切入和切出零件时的方向和距离。
“进刀/退刀”对话框如图1.2.26所示。
(1)安全距离
安全距离是刀具在接近工件时与工件表面的距离,从这个位置开始到开始点之间从接近速度转化为进刀速度,以避免刀具在接近工件时发生撞刀。
水平:
沿水平方向刀具与工件的侧面之间的安全距离。
竖直:
沿工件表面的法线方向测量的刀具与工件表面之间的距离。
最小值:
在初始进刀(第一层刀轨)时,刀具与工件顶面之间以及最后进刀(最后一层刀轨)时,刀具与工件底平面之间的安全距离。
各安全距离的含义如图1.2.27所示。
图1.2.26“进刀/退刀”对话框
底平面
(2)进刀/退刀设置
进刀/退刀设置用于指定进刀点以及进刀运动,退刀点以及退刀运动。
进刀点是紧接刀轨的第一点之前的一个刀位点,从进刀点到刀轨的第一点之间的运动就是进刀运动,它以进刀速度进给;退刀点是紧接刀轨的最后一点之后的一个刀位点,从刀轨的最后一点到退刀点之间的运动就是退刀运动,它以退刀速度进给。
进刀运动可防止刀具切入冲击和撞刀,因此进给速度一般取小于切削进给速度的值;退刀运动一般取快速运动速度,以保证加工效率。
初始进刀:
指定在每一个切削区域的第一层刀轨开始处的进刀点以及进刀运动。
内部进刀:
指定除每一个切削区域的第一层刀轨之外的所有其它各层刀轨开始处的进刀点以及进刀运动。
最后退刀:
指定在每一个切削区域的最后一层刀轨结束处的退刀点以及退刀运动。
内部退刀:
指定除每一个切削区域的最后一层刀轨之外的所有其它各层刀轨结束处的退刀点以及退刀运动。
初始进刀和内部进刀以及最后退刀和内部退刀可由下列方法指定:
●自动:
系统根据自动进刀/退刀设置决定进(退)刀方式。
●矢量:
通过矢量构造器指定一个矢量来决定进(退)刀方向,通过输入
(b)退刀
一个距离值来决定进(退)刀点位置。
这种进(退)刀运动是直线运动,如图1.2.28所示。
●矢量平面:
通过矢量构造器指定一个矢量来决定进(退)刀方向,通过
平面构造器指定一个平面和矢量方向来决定进(退)刀点位置。
这种进(退)刀运动是直线运动,如图1.2.29所示。
退刀点
●角度角度平面:
通过指定的两个角度(角度1和角度2)来决定进(退)
刀矢量,通过平面和矢量方向来决定进(退)刀点位置。
角度1是基于第一刀(最后一刀)的切削方向测量的,起始于第一刀(最后一刀)切削的第一个(最后一个)刀位点,其逆时针方向为正值;角度2是基于零件表面的法平面测量的,这个法平面包含角度1所确定的矢量方向,其逆时针方向为负值。
这种进(退)刀运动是直线运动,如图1.2.30所示。
(b)退刀
●角度角度距离:
通过指定的两个角度(角度1和角度2)来决定进(退)
刀矢量,角度1和角度2的含义与上面相同,通过输入一个距离值来决定进(退)刀点位置。
这种进(退)刀运动是直线运动,如图1.2.31所示。
(b)退刀
●刀轴:
以当前的刀轴矢量来决定进(退)刀矢量,通过输入一个距离值
来决定进(退)刀点位置。
这种进(退)刀运动是直线运动,如图1-2-32所示。
进(退)刀点
●点:
通过点构造器指定的点作为进(退)刀点位置。
这种进(退)刀运
动是直线运动,如图1.2.33所示。
最后一刀切削位置
●无:
不生成进(退)刀点。
●如初始的:
与初始进刀设置相同。
仅用于内部进刀设置。
●如最终的:
与初始退刀设置相同。
仅用于内部退刀设置。
(3)横越运动设置
横越运动指刀具从一个切削区域转移到另一个切削区域的运动。
刀具从前一个切削区域的退刀点提升到用户在此指定的平面高度处做横越运动,到达下一个切削区域的进刀点(如果没有指定进刀点则在切削起始点)的上方,然后从该处向进刀点移动。
有以下四种方法定义横越运动的平面:
●安全平面:
刀具在安全平面的高度做横越运动,如图1.2.34所示。
如果
没有定义安全平面,则使用一个隐含的安全平面。
对于平面铣,隐含安全平面为零件几何体、毛坯几何体和检查几何体之中较高的平面加上两倍的垂直距离;对于型腔铣,隐含安全平面为零件几何体、毛坯几何体、检查几何体和用户定义的最高切削层之中较高的平面加上两倍的垂直距离。
横越运动
●先前的平面:
当刀具完成一个切削层的切削后,提升到前一个切削层的
高度做横越运动。
如果刀具移动到一个较低的切削层(如图1.2.35的切削区域1到切削区域2),刀具只提升到当前切削层上的垂直距离高度做横越运动;如果刀具是在同一个切削层由一个切削区域转移到另一个切削区域(如图1.2.35的区域2和区域3),刀具将提升到前一个切削层上的垂直距离高度做横越运动。
垂直距离
●毛坯平面:
刀具在毛坯平面的高度做横越运动,如图1.2.36所示。
对于
平面铣,毛坯平面指零件边界与毛坯边界之中较高的一个平面;对于型腔铣,毛坯平面指用户定义的最高切削层平面。
毛坯平面
●直接的:
刀具从当前位置直接移动到下一个进刀点(如果没有定义进刀
点,则为切削起始点),如图1.2.37所示。
此方法没有考虑刀具与零件几何体的干涉,因此可能撞刀,必须慎用。
直接横越运动
(4)自动进刀/退刀
“进刀/退刀”对话框中的这个按钮和平面铣操作对话框中的按钮是相同的。
单击此对话框中的按钮将弹出如图1.2.38所示的“自动进刀/退刀”对话框。
如果在“进刀/退刀”对话框中指定了进退刀方法为自动,系统按照切削条件、零件几何体和指定的自动进退刀参数来自动决定进退刀运动。
自动进刀/退刀分沿刀轴方向的斜线进刀参数设置和垂直于刀轴方向的平面内的水平进刀/退刀设置。
a)斜线进刀
斜线进刀是在挖槽加工的过程中,刀具每次开始进入一个新的切削层时的进刀运动。
有下列三种定义方式:
图1.2.38“自动进刀/退刀”对话框
沿直线:
进刀轨迹是斜直线,斜直线沿刀轴方向的投影与切削刀轨重合。
一般在反复式切削或单向切削方法中使用,如图1.2.39所示。
步距
●沿外形:
进刀轨迹是斜直线,斜直线沿刀轴方向投影到切削层的刀轨平
面内与切削刀轨重合。
一般在仿形外轮廓切削或仿形零件切削方法中使用,如图1.2.40所示。
进刀运动
●螺旋的:
进刀轨迹是螺旋线,一般在仿形外轮廓切削或仿形零件切削方
法中使用,如图1.2.41所示。
步距
斜线进刀有下列几个参数:
斜角:
指定进刀轨迹的斜角。
斜角是在垂直于零件表面的平面内测量的,如图1.2.42所示。
斜角
螺旋的直径%:
指定使用螺旋进刀时的螺旋直径占刀具直径的百分比。
最小斜面长度—直径%:
指定进刀运动的最小距离占刀具直径的百分比。
b)水平进刀
水平进刀是在每个切削层内进入零件侧面的那一刀的水平进刀/退刀运动。
其刀轨是在垂直于刀轴的同一切削层内。
一般在仿形外轮廓切削、仿形零件切削、以及轮廓切削和标准驱动切削方法中需指定水平进刀/退刀运动。
水平进刀有下列两种方式定义:
●线性:
进退刀轨是直线。
●圆的:
进退刀轨是圆弧。
水平进刀有下列几个参数:
圆弧半径:
如果指定的水平进刀方式为圆的,在此输入圆弧的半径。
激活区间:
激活区间是进退刀轨迹存在的范围,指在垂直于刀轴的平面内从工件侧面测量的带状区域的宽度,如图1.2.43所示。
侧面
重叠距离:
在切削工件侧面时,进刀和退刀之间重复切削的区间长度。
可提高切入部位的表面质量,如图1.2.44所示。
退刀运动
退刀间距:
指让直线退刀轨迹提升形成斜线退刀的高度值,如图1.2.45所示。
工件侧面
2.平面铣类型
在创建工具条中选择创建操作图标,进入“创建操作”对话框,再在“类型”下拉列表框中选择mill_planar,则“创建操作”对话框如图2.1所示,可以创建平面铣操作。
平面铣
操作模板
在“子类型”下有多种操作模板,选择不同的模板,其后弹出的对话框也有所不同,完成的操作功能也有所差别。
平面铣是最基本的操作模板,其它模板都是在其基础上派生出来的,主要针对某一特定的加工情况预先指定和/或屏蔽一些操作参数。
各模板说明如表2.1所示。
表2.1平面铣操作模板说明
模板类型
名称
描述
FACE_MING_AREA
区域表面铣
与表面铣基本相同
FACE_MILLING
表面铣
是平面铣的一种特例,可直接选取表面来指定加工几何
FACE_MILLING_MANUAL
手动表面铣
与表面铣基本相同,但切削方式默认设置为manaul
PLANAR_MILL
平面铣
平面铣中的基本模板
PLANAR_PROFILE
平面轮廓铣
是切削方法为profile的平面铣
ROUGH_FOLLOW
跟随零件粗铣
与平面铣基本相同
ROUGH_ZIGZAG
往复式粗铣
与平面铣基本相同,但切削方式默认设置为Zig_Zag
ROUGH_ZIG
单向粗铣
与平面铣基本相同,但切削方式默认设置为Zig
CLEANUP_CORNERS
清理拐角
与平面铣基本相同
FINISH_WALLS
精铣侧壁
与平面铣基本相同,但切削方式默认设置为profile,切削深度方式默认设置为flooronly
FINISH_FLOOR
精铣底面
与平面铣基本相同,但切削方式默认设置为followpart,切削深度方式默认设置为flooronly
THREAD_MILLING
铣螺纹
可以用螺纹铣刀铣螺纹孔
PLANAR_TEXT
平面刻字
在平面上刻字
3.平面铣加工实例
本实例将详细介绍平面铣中最基本的操作模板,让读者对平面铣有一个全面的了解。
第一步打开文件
(1)打开文件planar.prt,如图3-1所示.
图3.1零件
第二步初始化
(2)选择【起始】/【加工】,进入“加工环境”对话框,在加工配置栏中选择cam_general,加工设置栏中选择mill_planar,单击“初始化”按钮后,进入UG/加工模块。
第三步创建几何体父节点
(3)使操作导航器显示几何体视图,展开MCS_MILL节点后,双击WORKPIECE节点,分别定义零件体和毛坯体。
(4)在加工创建工具栏中选择“创建几何体”图标,弹出“创建几何体”
对话框,如图3.2所示。
图3.2“创建几何体”对话框
(5)在“创建几何体”对话框中,选择“类型”为mill_pla
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- UG 设计 制造 技术