机械毕业设计（论文）-壳体左侧板三维造型及实体加工仿真.doc

西北工业大学明德学院本科毕业设计论文本科毕业设计论文 题 目 壳体左侧板三维造型及实体加工仿真 专业名称 飞行器制造工程 学生姓名 康宇鹏 指导教师 侯伟 毕业时间 2013年6月 毕业 任务书设计论文一、题目壳体左侧板的三维实体造型及实体加工仿真二、指导思想和目的要求毕业设计（论文）是培养学生自学能力、综合应用能力、独立工作能力的重要教学实践环节。在毕业设计中，学生应独立承担一部分比较完整的工程技术设计任务。要求学生发挥主观能动性，积极性和创造性，在毕业设计中着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。三、主要技术指标1、CAD零件图一张；2、三维实体建模一个；3、实体加工仿真程序一套；4、加工仿真验证结果；5、说明书一份；四、进度和要求查阅和翻译相关机械专业英语文献（1-2周）认真分析图纸，把握零件结构。（3-4周）用UG绘制零件图形，完成三维造型（5-6周）查阅有关仿真加工资料，设计出仿真加工的方式方法（7-9周）完成仿真加工并且完成验证加工（9-12周）撰写毕业论文（12-14周）论文答辩（15周）五、主要参考书及参考资料1单岩，吴立军，蔡娥 三维造型技术基础，清华大学出版社 20082沈兴全，现代数控编程技术以应用，国防工业出版社，20094李云龙，数控机床加工仿真系统VERICUT，西安交通大学出版社，20056宋爱平，CAD/CAM技术综合实训指导书，机械工业出版社，20127毛炳秋，中文版UG NX 7.0基础教程，201010 唐秀梅 Vericut数控加工仿真技术，清华大学出版社，2010 11 郑贞平，黄云林 VERICUT7.0中文版数控仿真技术与应用实例详解，机械工业出版社，2011 12 吴明鹏，UG产品建模，化学工业出版社，2010学生 康宇鹏 指导教师 侯伟 系主任 魏生民 摘 要计算机辅助设计（即CAD技术）与计算机辅助制造（即CAM技术）的高速发展，为设计制造业带来了新的革命，使传统的有纸化设计全面的转向了无纸化与信息化，为机械等行业的信息交互共享与协同生产提供了新的，高效便捷的途径。在本论文中，将会全方位的针对目前在机械设计加工中处于主流地位的UG软件进行详细地介绍，并将使用该软件的部分基础功能，来完成对壳体左侧板的三维造型及实体的加工仿真， UG软件强大的设计及加工功能，可提供一个基于过程的零件设计环境，使零件的开发从设计到加工真正实现了数据的无缝连接，该软件模块齐全，如CAD、CAE等模块，为零件的设计加工制造提供了强大性能的保证。本论文中将主要使用到UG的三维建模功能与仿真加工功能来完成对壳体左侧板的实体建模及实体的加工仿真。本论文中，将主要使用UG进行建模与仿真加工，并用VERICUT进行验证加工。关键词：壳体左侧板，三维建模，加工仿真， UG软件 ABSTRACTComputer aided design (CAD) and computer-aided manufacturing (CAM) technology of high speed development, design manufacturing, brought a new revolution to the traditional paper design comprehensive to the paperless and information, for mechanical industry such as interactive information sharing and collaborative production provides a new, efficient and convenient way. In this paper, will be full in view of the present in mainstream position in mechanical design processing and UG software to carry on the detailed introduction, and will use the software part of the basis function, to complete the case on the left side of the board of 3 d modelling and processing simulation entity, UG software has strong design and processing functions, UG system provides a design environment based on process of parts, the parts of the development from design to achieve the seamless integration of the data processing, the software module is complete, such as CAD, CAE module, for the design of the parts processing and manufacturing to provide a strong guarantee of performance. In this paper we mainly use the UG 3 d modelling and simulation processing functions to complete the case on the left side of the board of 3 d modelling and processing simulation entities. Keywords: housing on the left side of the board, 3 d modeling, process simulation, UG software 目录第一章绪论1第二章 UG的简介与工程图的分析22.1 UG NX 软件的介绍22.2 零件CAD图纸的分析3第三章 零件的三维建模63.1 零件的三维建模6第四章 零件的仿真加工274.1 CAM与UG的加工模块简介274.2壳体左侧板上表面的加工284.3壳体左侧板侧面的加工34第五章 VERICUT验证加工415.1 VERICUT软件简介415.2 VERICUT程序具体验证过程42第六章 全文总结46参考文献47致谢48毕业设计小结49III第一章 绪论当今社会，国家与国家之间的竞争越来越激烈，其竞争的实质是设计制造业强弱的竞争。设计制造业的强弱，俨然已经成为国家综合实力竞争的主干力量。随着科技的发展与技术的积累，CAD/CAM技术已经日趋成熟且逐渐的应用到设计制造业的各个角落，极大地推动了设计制造业的革新，使设计制造业从传统的纸质化时代进入了无纸化信息化时代，很大程度上推动了零件设计的简单化，参数化，直观化和快速化，使得零件的设计和制造高度协同化，实现了设计与生产的无缝化连接。CAD/CAM技术的广泛使用，在很大程度上缩短了产品设计研发和生产制造的周期，提高产品的市场竞争力的同时却几何数字般的降低了产品的成本。欧美日等西方发达国家的整体国家竞争力之所以如此的强劲，是因为这些国家的设计制造业有着强劲的竞争力，而这些国家设计造业之所以如此的强劲，是因为这些国家跟上了CAD/CAM技术的浪潮，抢占了设计制造业革新的高地。我们国家目前正处于CAD/CAM技术普及的高峰期，为了赶上发达国家的发展步伐，为了使国家在设计制造业强国之中有一席之地，很有必要趁着国内这波CAD/CAM普及高峰，提高国内设计制造业从业人员的专业基础素养，提高从业人员对于CAD/CAM技术的了解与掌握，使从业人员对于CAD/CAM的发展趋势有一定的了解和自己的见解。正是基于上述的技术背景与时代潮流，作为机械行业的本科毕业生，有必要顺应这一潮流，对于CAD/CAM技术有一定的了解和掌握，能够熟练地运用目前在行业内处于领先地位的三位建模软件UG，并能运用该软件进行三维建摸与加工仿真，并可以结合专业基础知识，熟悉的完成对给定零件的建模与加工，且对该行业的发展趋势有自己的一定的见解，能够在对给定零件的三维建摸与仿真加工中发现所存在的问题，并提出自己的见解，并对行业的未来发展前景有一定的预测。旨在完成上述目的，还需要研究这些问题。CAD/CAM技术的发展与现状，UG的简单了解与基础功能的熟练运用，并能熟练地应用UG软件的加工模块，完成壳体左侧板的三维建模，并能运用UG的加工仿真模块完成壳体左侧板的仿真加工，且需要在建模过程中，正确的读出二维图中的数据，并需要运用到一些基础的专业知识。第二章 UG的简介与工程图的分析2.1 UG NX 软件的介绍UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它的开发始于1969年，它是基于C语言开发实现的。它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。 UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)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。UG NX是一个在二和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用进行再开发。 NX 是 UGS PLM 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。 NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。UG具有以下特点：一，直接建模技术，该技术能够直接将其他软件建立的三维模型部分参数化，以便编辑。二， 卓越的CAM功能，该软件内含大量数控编程库（机床库、刀具库），数控加工仿真、编程和后处理比较方便。三，模具设计，在该软件中，内嵌模具设计导引MoldWizard，提供注塑模向导、级进模向导、电极设计等，历来为模具业的首选。UG NX的常用功能模块如下：一，基本环境模块；二，建模模块；三，制图模四，装配模块；五，加工CAM模块；六，结构分析模块；七，运动仿真模块；八，注塑流动分析模块。UG NX 软件为设计制造业提了创造性和革命性的生产设计解决方案，使得生产设计的过程极大地简单化和快捷化，将设计生产人员的精力从琐碎繁杂的传统设计生产过程中解放了出来，让他们将宝贵而又有限的精力，更多的投入到产品性能与质量的设计和优化上，从而在很大程度上推动了设计制造业的发展与革新。2.2 零件CAD图纸的分析2.2.1 AutoCAD 软件的简介Autodesk是一款功能强大，操作简易，使用面广的制图软件，该软件具有如下功能，具有完善的图形绘制功能。有强大的图形编辑功能。可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。支持多种硬件设备。支持多种操作平台具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能。2.2.2零件CAD图纸的分析 从壳体左侧板的CAD工程图上，可以读到壳体零件的总体尺寸，该壳体零件总宽为272，总长为320，总厚度为60，壳体左侧板的毛坯件为及立方体结构。CAD工程图上，标注有细节处尺寸以部分技术要求，如“未注圆角R2”等，从CAD图上来看，零件主要由腔体结构，凹入部分结构，加强筋与孔组成，如图2-1所示。图2-1 壳体左侧板CAD工程图 从仰视图上，可以确定该腔体件的宽度，高度，单侧底面孔的个数以及其他一些信息点，腔体的宽度为268，高度为58，单侧面上共有四个M4深6的螺纹孔，单侧第一个孔距中心线35，第二个孔距中心线105，孔距地面高度为7，如图2-2所示。 图2-2 仰视图 图2-3 后视图从后视图上，可以得到一下信息点：腔体内部区域网格状小腔体的长为111，宽为68，大腔体的长为332，宽为244，腔体两边较大台阶的45，左右侧薄壁的厚度为14，如 图2-3 所示。从主视图上，可以得到腔体背部六个小凹陷部分的长度为95，宽度为68，两侧加强筋的厚度为7，且其上有圆角为R2的倒角，以及10个直径为4.2的沉头孔的位置及深度，如 图 2-4 所示。图2-4 主视图 图2-5 剖视图 在剖视图上，可以得到腔体两侧外部方形凹入部分的深度为10，腔体内部小方块式内凹物距底平面的深度为54，顶面矩形凹入的深度为2，腔体内台阶顶面距离底面的距离为10，如图 2-5 所示。2.2.3 读图中出现的易错点在工程图的识别过程中，出现过一下几点难点与疑点。 误以为图中所示部分为螺纹。经仔细读图确认是加强筋倒圆角后的结构，如图2-6 中圆形区域所示，以及易将图中圆形区域理解成三个内凹的腔体，如图 2-7 所示。 图2-6 加强筋 图2-7 切除部分在主视图上无法读出内凹部分矩形的深度。内凹部分图形的深度需要在剖面图中读取，如图中圆形区域所示，如图2-8所示。 图2-8 主视图易错点第三章 零件的三维建模3.1 零件的三维建模打开UG 7.0，新建一个模型，并命名为zuoceban （左侧板拼音）。1.在菜单栏上将光标移植【插入】按钮，弹出【插入】下拉菜单，点击草图选项，进入草图绘制页面，并弹出【创建草图】对话框，选择X-Y平面，单击【确定】按钮，开始绘制草图，如图3-1所示。在选定平面上绘制长度为360，宽度为272的矩形，如图3-2所示。 图3-1 创建草图 图3-2 绘制草图2.点击UG操作界面左上角的【完成草图】命令（如图3-3所示），完成草图，点击工具栏中的拉伸命令（如图3-4所示），弹出拉伸对话框（如图3-5所示）， 在【距离】一栏中输入60（如图3-6所示），点击确认，则拉伸完之后的模型如图3-7所示。 图3-3 图3-4图3-5 拉伸对话框 图3-6 拉伸 图3-7 拉伸完成后3.以拉伸后的块状模型的侧面为基准平面做为草图平面，如图3-8所示（图中用圆圈标注的面），在该平面上，以距中心轴距离为8，距底面距离为8，做对称于中心轴的两个长为62，宽为44的矩形，且矩形的各个角为R3的圆角，如图3-9所示。 图3-8 圆圈标记面 图3-9 绘制草图4.完成草图，并拉伸，拉伸距离为10，进行布尔运算，选择求差，如图3-10所示。求差之后的结果分别如图3-11，3-12所示，进行镜像命令，将会在体的另一侧镜像出相同的结构。图3-10 布尔运算 图3-11 布尔运算结果 图3-12 镜像之后5. 以圆圈标记的面为草绘平面，以坐标轴为中心，做长为268，高为12的一个矩形，如图3-13所示。 图3-13 特定平面绘制草图 6.完成草图，进行拉伸，拉伸距离为2，进行布尔运算，求差运算，如图3-14所示。 图3-14 布尔运算与拉伸7.如图3-15所示，做差运算后图形外观，注意圆圈内标记的角为直角。随后进行圆角运算，对直角取R3的圆角，注意圆圈内标记的圆角。 图3-15 圆角运算 8.将此特征通过镜像特征镜像到体的另一面，具体操作如下：点击工具栏里的镜像按钮，如图3-16所示（如图中的圆圈所示）。弹出镜像对话框，如图3-17所示 图3-16 镜像按钮 图3-17镜像对话框 9.选择所要镜像的体特征，以及所选的基准面，如下图3-18所示，图中圆圈所标识的为所要镜像的体特征，方框所标识的为所选镜像基准面。图3-18 平面标识10.经过两次镜像，分别将拉伸特征，圆角特征镜像到体的另一端。如图3-19所示。图3-19 镜像后的体端特征11.选定如图3-20所示平面作为草绘平面，图中圆圈标记平面。图3-20 特定面标识12.在选定的面上进行草绘，绘制6个长为95，宽为68的矩形，靠边矩形到体长方向的距离为14，且距离体的对称轴的距离为10，体间距为20，如图3-21所示。图3-21 草图的绘制13.点击【完成草图】命令，随后点击【拉伸】命令，选中所绘草图，弹出拉伸对话框，选择需拉伸的草绘，距离为2，布尔运算选择【求差】，并对直角进行R3D的倒圆角，如图3-22所示。 3-22 拉伸布尔运算14.点击工具栏【边倒圆】命令，对拉伸体底面的矩形边线进行R2的倒圆角，如图3-23所示。 图 3-23 倒圆角命令按钮与对话框15以图3-24中圆圈所标记的平面为基准面，进行草绘。绘制等边直角三角形，其直角边长为39。 图3-24 基准面的选择与草图的绘制16.点击【完成草图】，单击工具栏中的【拉伸】按钮，选择需要拉伸的要素，选择【拉伸直至下一个】，进行布尔运算，选择【求差】，如图3-25所示。 图3-25 草图完成与拉伸17.以图3-24中圆圈所标记的平面为草绘平面，进行草绘，如图3-26所示，绘制图示距离为55的长度，并合并为闭合的三角形。图3-26 绘制草图18.点击【完成草图】命令，单击工具栏中的【拉伸】指令，弹出拉伸对话框，填写距离为90，选择布尔运算，进行求差，如图3-27所示。 图3-27 拉伸布尔运算 图3-28 镜像对话框 图3-29 镜像后19.单击工具栏中的【镜像】命令，弹出镜像对话框，选择特征为经上步布尔求差后的体特征，选择镜像平面，如图3-28所示，镜像后的体特征如图3-29所示。20.以图中所示平面为草绘平面，进行草绘，绘制以体对称轴为对称中心，长度为78，宽为55的矩形草图，如图3-30所示。图3-30 绘制草图21.点击【完成草图】命令，并单击工具栏中的【拉伸】按钮，弹出拉伸对话框，拉伸距离为46，布尔运算求差，如图3-31所示。 图3-31 完成草图与拉伸22.对二维图中所标注的圆角进行边倒圆角，圆角为R2。倒完圆角之后，如图3-32所示。 图3-32 边倒角23.点击工具栏中的【镜像】命令，通过三次镜像，将题的上述特征镜像到模型的另一端。第一次镜像所选的体特征，及镜像之后的模型的外观如图3-33所示。 图3-33第一次镜像 24.第二次镜像，如图3-34所示。 图3-34 第二次镜像 图3-35 第三次镜像25.第三次镜像主要镜像的是圆角特征，如图3-35。26.单击工具栏中的【拉伸】按钮，弹出拉伸对话框，点击拉伸对话框中的【绘制截面】按钮，如图3-36所示。 图3-36 拉伸与绘制 26.点击【绘制截面】按钮之后，弹出【绘建草图】对话框，如图3-37所示。 图3-37对话框 图3-38 标识图面27.在【草图平面】中，选择如图3-38所示圆圈标记的平面为草图绘制平面。28.在所选平面上，在长度方向上，距离中心线为10，在宽度方向上，以距离中心线为122，绘制长为111，宽为68的矩形，每个矩形间的间距为34，如图3-39所示。图3-39 草绘29.点击【完成草图】命令，弹出拉伸对话框，距离一栏输入54，进行布尔运算，选择【求差】选项。拉伸完成后，模型的外形结构如下。如图3-40 图3-40 草绘拉伸30.点击工具栏中的【拉伸】按钮，弹出拉伸对话框，点击拉伸对话框中的【绘制截面】按钮，在所选截面上进行草图绘制。绘制关于中心线对称的长为244，宽为45的矩形，如图3-41所示。图3-41 草绘截面31.点击【完成草图】，进入拉伸菜单，拉伸距离为10，进行布尔运算，选择求差按钮，拉伸完成后，模型结构如下。如图3-42所示。 图3-42 拉伸及拉伸后结构32.点击【拉伸】命令，选择如图所示平面，以突出物的外形为边框，做矩形。点击【完成草图】，进入拉伸对话框，拉伸距离选择50，布尔运算求差，如图所示，拉伸完成之后的模型如图所示，图3-43。 图3-43 拉伸与布尔运算33.选定基准面，绘制草图。绘制矩形结构的草图，矩形草图的尺寸大小自定，但必须大于墙体内肋体的尺寸，但又不会覆盖其他结构部件，如图所示。点击【完成草图】按钮，就如拉伸菜单，选择拉伸距离为50，进行布尔运算，求差，如图所示。完成拉伸之后的模型的外观特征，如图所示。图3-44。 图3-44 草图绘制与拉伸布尔运算34.对腔体内部的直角进行边倒角，倒角为R3，点击工具栏中的【边倒角】图标，弹出倒角对话框，在倒角大小中输入3，并选中需要进行边倒角的元素，如图所示。对腔体内部台阶部位进行边倒角，倒角为R2，具体操作如上。如图3-45。35.在完成两次边倒角之后，腔体的 结构如图3-46所示。 图3-45 边倒圆 图3-46 倒圆角之后 图3-47 按钮36.单击工具栏中的【孔特征】选项，如图所示（圆圈内标记的元素）。在【孔】特征对话框中，点击【绘制截面】，如图所示（圆圈内标记的元素）。图3-47。37.随后弹出【创建草图】对话框，如图所示。点击模型需要打孔的面进行选择。选定平面后，点击【确定】按钮，弹出点对话框，如图所示。图3-48。 图 3-48 草图与点 38.点的位置，在模型长度方向上，距离模型中心线距离为129，在宽度方向上，距离模型中心线距离为160，在宽度方向共有两点，如图所示点击【完成草图】按钮，弹出【孔】对话框，在孔对话框的【沉头孔直径】中，输入8.4，在【沉头孔深度】中，输入8，在【直径】中，输入4.2，【深度限制】中选择 贯穿体，进行布尔运算，选择求差。图3-49。 图3-49 草图绘制与孔39.点击【确定】，孔特征出现，如图3-50所示。图3-50 孔40.单击工具栏的【镜像特征】，弹出镜像对话框，选择相应的镜像平面与镜像结构，如图所示。镜像之后的模型的结构如图所示。图3-51。 图3-51 镜像对话框41.进行如上所述的制孔工艺，点定位的选择如图3-52所示。 图3-52 制孔41.点击【完成草图】后，弹出如图所示对话框，在【成型】一栏中选择沉头孔，【沉头孔直径】填写8.4，【沉头孔深度】填写54，【直径】填写4.2，【深度限制】填写贯通体，进行布尔运算，选择求差。加工成的孔如图所示，为图中圆圈标记部分。如图3-53。 图3-53 制孔42.点击工具栏中的镜像按钮，弹出对话框，选择需要镜像的体特征，并选择镜像平面，如图3-54所示。图3-54 镜像及镜像平面 43.镜像完成后，生成的孔特征如图3-55所示。 图3-55 镜像孔 图3-56 按钮图标44.点击工具栏中的【实体特侦】指令，准备对凸台上的孔进行阵列，实体特征指令如图3-56中圆圈标记处所示。45.随后，弹出【实例】对话框，选择实例对话框中的【矩形阵列】，如图3-57所示。 图3-57 阵列对话框46.随后，弹出【实例】对话框，选择所要阵列的孔元素，如图中圆圈内所标记的孔元素，孔在该UG 模型中的代号为 实例0(53)/沉头孔（53）.如图3-58。图3-58 阵列孔47.在选定孔后，弹出【输入参数】对话框，在该对话框的【方法】中。选择常规。在XC 向的数量中，输入数值3，在 XC偏置 中，输入 -95，在 YC 向的数量中，输入数值2，YC 偏置中，输入 -258，点击确定，如图所示。探出【创建实体】命令，选择“是”，如图所示。图3-59。 图3-59 阵列参数输入48.在又一次弹出【实例】对话框后，选择取消，如图所示。在阵列完空特征之后，模型如图所示。图3-60。 图3-60 具体操作与阵列后实体49.为了在模型的特定侧制出 4*M4深6 的螺纹孔，应先重复上面的打孔步骤，在选定面上打出直径为3.252的孔（查机械制图得到的数据），深为6，如图3-61所示。 图3-61 孔参数输入50.在特定面制出所需孔之后，点击工具栏中的螺纹命令，如图所示圈中标记部分。弹出螺纹对话框，螺纹类型选择详细，大径填写4，长度填写6，螺距为角度填写60，旋转选择右手，如图3-62所示。图3-62 孔参数输51.螺纹制作完毕后，点击阵列图标，选择孔特征进行阵列，如图所示随后输入阵列参数，点击确认之后，在创建实体一栏中，选择“是”。参数输入情况，创见实体对框如图3-63所示。 图3-63 参数输入52.将孔特征阵列完成之后，在按照上述步骤，数据不变，输入一次螺纹阵列，便可完成单边螺纹制作。第一次阵列过去的只是孔特征，如图圆圈中标记的对比。两组特征阵列完之后，模型的外部特征如图3-64所示。图3-64 阵列53至此，壳体左侧板的三维建模完成，壳体左侧板的整体宏观外形如图3-65所示。图3-65壳体左侧板外形图第四章 零件的仿真加工4.1 CAM与UG的加工模块简介4.1.1 CAM的简介计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，简称CAM）是计算机在制造领域有关应用的统称，是指利用计算机辅助完成从生产准备工作到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。其中工艺准备包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助工装设计与制造、NC编程、计算机辅助工时定额和材料定额的编制等内容；物流过程的运行控制包括物料的加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。而狭义CAM通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等。CAM中核心的技术是数控加工技术。数控加工主要分程序编制和加工过程两个步骤。程序编制是根据图纸或CAD信息，按照数控机床控制系统的要求，确定加工指令，完成零件数控程序编制；加工过程是将数控程序传输给数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床，使刀具和工件严格按执行程序的规定相对运动，加工出符合要求的零件。作为应用性、实践性极强的专业技术，CAM直接面向数控生产实际。生产实际的需求是所有技术发展与创新的原动力，CAM在实际应用中已经取得了明显的经济效益，并且在提高企业市场竞争能力方面发挥着重要作用。4.1.2 UG的加工模块简介 UG NX提供了多种加工各种复杂零件的粗精加工，可以根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。在每种加工类型中包含了多个加工模板，应用各加工模板可快速建立加工操作。在交互操作过程中，可在图形方式下交互编辑刀具路径，观察刀具的运动过程，生成刀具位置源文件。同时应用其可视化功能，可以在屏幕上显示刀具轨迹，模拟刀具的真实切削过程，并通过过切检查和残留材料检查，检测相关参数设置的正确性。UG NX强大的加工功能是由多个加工模块所组成的。常用的模块有：CAM基础、后置处理、车加工、型芯和型腔铣削、固定轴铣削、清根切削、可变轴铣削、顺序铣切削、制造资源管理系统、切削仿真、线切割、图形刀轨编辑器、机床仿真、Nurbs（B样条）轨迹生成器等子模块。其中，型芯和型腔铣削模块，提供了粗加工单个或多个型腔的功能，可沿任意形状走刀，产生复杂的刀具路径。当检测到异常的切削区域时，它可修改刀具路径，或者在规定的公差范围内加工出型腔或型芯。固定轴铣削与可变轴铣削模块用于对表面轮廓进行精加工。它们提供了多种驱动方法和走刀方式，可根据零件表面轮廓选择切削路径和切削方法。在可变轴铣削中，可对刀轴与投射矢量进行灵活控制，从而满足复杂零件表面轮廓的加工要求，生成3轴至5轴数控机床的加工程序。此外，它们还可控制顺铣和逆铣切削方式，按用户指定的方向进行铣削加工，对于零件中的陡峭区域和前道工序没有切除的区域，系统能自动识别并清理这些区域。顺序铣切削模块可连续加工一系列相接表面，用于在切削过程中需要精确控制每段刀具路径的场合，可以保证各相接表面光顺过渡。其循环功能可在一个操作中连续完成零件底面与侧面的加工，可用于叶片等复杂零件的加工，UG的简明加工流程如图4-1所示。图4-1 加工流程图4.2零件上表面的加工 1. 打开以建好的三维模型，点击【开始】按钮，在下拉菜单中，选择【加工】，弹出对话框，在会话框中，分别选择 cam_jeneral和mill_planar,如图4-2所示。图4-2 加工环境2.单击工具栏中的【创建刀具】按钮，弹出了创建刀具对话框，在刀具子类型处选择MILL，名称改为MILL20，点击【确定】按钮，而后弹出【铣刀 参数】对话框，设置直径为20，如图4-3所示。 图4-3 创建刀具3. 单击工具栏中的【创建刀具】按钮，弹出了创建刀具对话框，在刀具子类型处选择MILL，名称改为MILL4，点击【确定】按钮，而后弹出【铣刀 参数】对话框，设置直径为4，如图4-4所示。 图4-4 刀具的创建4. 单击工具栏上的【创建几何体】 指令，弹出【创建几何体】对话框，单击几何子类型处的MCS图标，如图所示；按确定后弹出MCS对话框，建立工件坐标系如图4-5所示。 图4-5 MCS设置与工件坐标5.单击工具栏上的【创建几何体】 指令，弹出【创建几何体】对话框，单击几何子类型处的workpiece图标，如图所示；按确定后弹出对话框，指定部件选择整个实体特征，指定毛坯为自动块生成，如图4-6所示。 图4-6 毛坯6. 单击工具栏上的【创建操作】指令，弹出【创建操作】对话框，设置类型为mill_planar，设置操作子类型为FACE_MILL，选择NC_PROGRAM程序，选择刀具为MILL4，几何体为workepiece, 方法为method,如图4-7所示。 图4-7 刀具的设置7. 按确定后弹出【平面铣】对话框，选设置切削模式为跟随部件，如图所示；单击【进给和速度】图标，切削进给率为250，如图4-8所示。 图4-8 进给速度8.点击【平面铣】对话框中的【生成】按钮，如图所示圆圈标记部分，生成导轨，如图4-9所示。 图4-9 刀轨9. 然后单击平面铣对话框中的【确认】图标如图圆圈内标记所示，弹出【刀轨可视化】对话框，如图4-10所示。图4-10 刀轨可视化10.选择【导轨可视化】对话框中的 2D动态仿真加工，点击播放按钮，如图圆圈中标记部分，生成导轨轨迹，如图4-11所示。 图4-11 2D 动态仿真加工图 11，对壳体零件上表面两侧端进行仿真加工，此处加工分两部分进行，先进行一步粗加工，之后再进行精加工。如图4-12，分别为粗加工刀具轨迹和精加工刀具轨迹。图4-12 粗加工与精加工12.壳体左侧板上表面精加工完成后，如图4-13所示。图4-13 精加工4.3零件侧面的加工1，用直径为5的平头铣刀进行加工，进给速度设置为250mmpm，如图4-14。图4-14 刀具与进给速度2.点击【平面铣】对话框底部的【生成】按钮，则生成铣刀对于模型零件平面凹入部分进行铣削时刀具所行走的轨迹路线，以及刀具在各种运动状态下的轨迹。红色轨迹表示刀具的快进，绿色轨迹表示步距，黄色轨迹表示进刀，浅绿色轨迹表示的是切削轨迹。壳体左侧板的侧面的铣削轨迹图如图4-15所示。图4-15 刀具铣削轨迹 3.点击【平面铣】对话框底部的【确认】按钮，弹出【导轨可视化】对话框，点击【2D 动态】并点击【导轨可视化】对话框底部的播放按钮，则可以看到动态的刀轨运动及毛坯切削程度，其中深蓝色的区域为刀具加工后的区域，具体如图4-16所示。图4-16 2D动态4.动态仿真加工之后，壳体左侧板的模型结构特征均已呈现，由于壳体左侧板上的铣削内凹区域不分在壳板的两个侧面上都存在，且其尺寸大小相同，且相对于体中心对称，故壳体另一侧内凹区域的加工方法与此加工方法一样。壳体左侧板铣削加工完之后，外形如图4-17所示。图4-17 加工后的内凹区域4.4壳体左侧板的主型腔及孔的加工1.对于壳体左侧板主型腔的铣削，由于深度大，为了提高加工效率，节省时间，延长刀具的使用时间，在此采用先粗加工再精加工的方式。粗加工时，使用的刀具直径为20，【切削模式】为跟随，进给速度为250mmpm，如图4-18所示。图4-18 进给速度2.点击【轮廓粗加工】对话框底部的【生成】按钮，则在型腔内部生成刀具的轨迹图线，而且在加工过程之中，型腔外边缘的内凹部分也可以加工到，如图4-19所示。 图4-19 型腔内部刀具轨迹3.点击【轮廓粗加工】底部的【确认】按钮，弹出了【刀轨可视化】对话框，点击【刀轨可视化】对话框中部的【2D 动态】，再点击【刀轨可视化】底部的【播放】按钮，生成2D 动态加工图。随后在再点击【刀轨可视化】中部的【3D 动态】，在点击底部的播放按钮，产生3D 动态加工图，如图4-20所示。 图4-20 2D与3D 动态仿真4.精加工过程中，采用半径为3的刀具，方向为顺铣，进给速度为250。采用精加工，目的是去除粗加工过程中的毛刺等瑕疵，并对粗加工余量进行精加工，降低零件的表面粗糙度。如图4-21所示。 图4-21 深加工参数5.点击【深加工轮廓】底部的【生成】按钮，生成精加工刀轨路径，由图可以看到，精加工路径只是对粗加工后的零件进行了一些必要的修补。如图4-22所示。 图4-22 精加工轨迹6.点击【深加工轮廓】底部的确认按钮，进入【刀轨可视化】对话框界面，点击对话框中部的3D 动态，并点击对话框底部的比方按钮，生成3D 动态加工仿真。之后，再次点击刀轨可视化中部的2D 动态，在此点击对话框底部的播放按钮，产生2D 动态图。如图4-23所示。 图4-23 精加工2D与3D动态图7. 单击工具栏上的【创建操作】指令，弹出【创建操作】对话框，设置类型为drill，设置操作子类型为SPOT_DRILLING，选择刀具DRILLING_TOOL，选择几何体为workpiece,方法为DRILL_METHOD，如图4-24所示。图4-24 创建刀具对话框8.确定后弹出【钻】对话框，单击【指定孔】图标，选择所要加工的孔；采用标准钻，设置模型深度，最小安全距离为3；单击【进给和速度】图标，在弹出的的对话框中设置主轴速度为1000，切削进给率为250；以上操作如图4-25所示。 图4-25参数的设置9 .单击【钻】对话框的【生成】图标，生成刀轨，然后单击【确认】图标，弹出【刀轨可视化】对话框，选择2D动态仿真加工动画，完成操作后如图4-26所示。 图4-26 刀轨与2D动态图4-27 3D动态仿真10.3D 动态仿真，如图4-27所示。11.建模加工结束，模型外形如图4-28所示。图4-28 模型外观图12.在仿真加工完成之后，点击工具栏中的后处理指令，选择3轴加工，如图4-29所示；生成加工程序文件，如图4-30所示。图4-29 后处理对话框图4-30 程序文件图第五章 VERICUT验证加工5.1 VERICUT软件简介VERICUT是一款专用的数控仿真加工软件,具有NC程序验证、模型模拟加工、模型比对、过切和残余检查、加工工艺参数优化等主要功能,可以对数控加工程序在进行批量加工前进行模拟真实环境的仿真加工,对验证和检测NC程序可能存在的碰撞干涉、过切或残留、进给及转速参数不合理等问题具有重要意义。通过对VERICUT软件的应用,可最大程度上避免因为工艺问题或程序问题造成的不必要的损失,大幅提高数控加工效率。 CAM软件在生成刀具轨迹的过程中并没有考虑具体的机床结构和工件的装夹方式。因此，通过CAM软件所生成的数控加工程序并不一定适合实际的加工环境。因此，将数控加工仿真软件与CAD/CAM软件综合起来应用，具有广泛的应用价值和现实意义。本课题选用的是运行于Windows或UNIX平台的先进数控加工仿真专用系统软件VERICUT。基于VERICUT的虚拟数控加工过程仿真的主要步骤如下：1构建虚拟数控加工仿真环境：具体包括以下两点： （1)创建或调用控制文件。控制文件使机床具有解读数控代码、插补运算、仿真显示等基本功能。Vericut提供常用的控制文件库，基本能够满足实际需要，用户可直接调用或根据实际需求修改，vericut亦支持用户自行开发控制文件。 （2）虚拟数控机床建模。主要包括机床各个运动轴建模、刀具建模、毛坯建模、夹具建模等。建立刀具模型是为了能清楚的看到刀具与材料的接触及材料的去除过程，同时也为后续进行程序优化时，建立优化参数提供方便。因为，vericut自带的优化模块，其优化参数是集成到刀具中的。对毛坯进行建模主要是为了观察加工过程中的材料移除。对夹具进行建模主要是为了检测夹具与机床的各个运动部件间的干涉、碰撞情况。用户可以利用vericut自带的建模模块，也可以输入由其他软件如UG、PROE等绘制的模型。Vefrcut自带的建模模块功能范围较窄，只可以设置圆柱体、长方体、圆锥体及他们相互组合而成的实体。所以通常通过第三方软件建模。构建机床应该在机床零位下，即机床各个轴回零的状态，因为只有在这个状态下各个组件之间的相对位置才是唯一确定的。但实际机床一般不可能达到该位置，会超程或发生碰撞，所以机床开机才有“回零”，实际上是回到一个参考点。Vericut构建机床就像机床初始设计时一样，必须在这个状态下。2加工仿真 （1)机床参数设置。对刀具补偿、机床零位和工件的编程原点等参数进行设置，以便能对数控加工程序正确仿真。 （2）调入需要的数控加工程序。 （3）执行加工过程的仿真。3仿真结果分析 仿真的目的就是为了模拟实际加工过程，检验数控程序的正确性，发现潜在的欠切与过切、干涉、碰撞、超程等问题。因此，仿真结束后，