基于UG的型腔模具CADCAM系统研究与开发毕业论文

合肥通用职业技术学院毕业设计论文题目基于UG的型腔模具CADCAM系统研究与开发系别数控与材料工程系专业模具设计与制造学制三年姓名罗贤瑞学号15130213指导老师葛婧二零一六年五月十二日指导教师评语及成绩指导教师年月日摘要随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快。特别是像塑料制品等轻工消费品生产高速增长，复杂形状的模具越来越多，精度要求也越来越高。数控加工特别是高速切削技术为缩短模具制造周期，提高模具表面质量，最大限度地适应市场竞争的需要提供有力保障，同时以UG等CAD/CAM软件也是数字制造时代，实现对模具设计和制造进而快速产出达到用户要求性能的产品的必备工具。基于UG进行的模具CADCAM系统开发的关键技术及具体实现的方法。同时利用文件和数据库技术将实际生产中的企业资源，如刀具库,设备库，切削参数库等与UG系统中相关的库文件进行同步管理，实现资源共享，最终达到基于UG的模具CADCAM无缝集成。关键词UGCADCAM型腔模具1目录第一章绪论311CADCAM与数字化设计制造312CADCAM软件介绍413UGNX软件的主要功能5第二章基于UG的三维造型设计621几何造型622结构形状分析与造型思路723三维造型设计8第三章基于UG的数控模拟加工1031CAM自动编程的一般步骤1032工艺方案分析1033创建毛坯1134创建刀具、方法和几何体父节点组1135创建刀具轨迹1336生成车间工艺文件1437NC程序的输出23第四章总结242引言在现代机械制造行业中，模具工业占据着极其重要的地位，70以上工业产品的开发离不开模具，模具技术的发展可以极大的带动整个社会工业水平的发展，模具工业已成为国民经济的基础工业之一，其在各种塑料、家电、汽车、航天等轻重工业中的表现尤为明显，因此被认为是衡量一个国家制造业发展水平的重要标志。随着工业水平的提高，客户对模具的生产周期要求明显缩短，促使了模具设计和加工效率的不断提高。塑料模在模具中占有的比重比较高，且呈上升趋势，而在塑料制件的生产过程中，注塑模具的利用率达到了90以上。由于注塑模具具有很多型腔、多薄壁的结构特点，数控加工并不能完全实现模具的整体加工，一些特定部位必须进行电加工。因此电火花加工技术成为模具加工过程中的重要环节。电极是电火花加工必不可少的部件，因此提高电极的设计和制造效率可以显著缩短模具的加工周期，使企业在日益激烈的市场环境中处于有利的位置。注塑模具电极CAD/CAM系统作为一种可以提高电极生产效率的方式，已经成为模具行业热门的研究方向。3第一章绪论11CADCAM与数字化设计制造CADCAM与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CADCAM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，高效的数字化表示和表现的工具。数字化表示是指用数字形式为计算机所创建的设计对象生成内部描述，像二维图、三维线框、曲面、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方面，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、计算机中解脱出来。极大的提高了设计效率和准确性，从而缩短成产品开发周期，提高产品质量，降低生产成本，增强行业竞争能力。CAD与CAM密不可分，甚至比CAD应用更为广泛。几乎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高，要高效地制造高精度的产品，CAM技术部不可或缺。设计系数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其效率。所以，在实际应用中，二者很自然地紧密结合起来，形成CADCAM系统，在这个系统设计中设计与制造的各个阶段可利用公共数据库中的数据，即通过公共数据库设计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计的结果和产生的模型，形成数控加工机床所需的信息。CADCAM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。CADCAM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“无纸设计”，而波音公司本身认为，这主要应归功于CADCAM设计制造一体化。412CADCAM软件介绍CADCAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计，三维几何造型设计，是一种设计人员借助于计算机审进行设计的方法。其特点是将认得创造能力和计算机的高速运算能力，巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合。CADCAM技术随着网络和并行高性能计算高性能计算及事务处理器的普及，使奢地，协同，虚拟设计及实时仿真技术在CADCAM中得到了广泛应用。CAD体系结构大体可分为基础层，支撑层和应用层三个层次。基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的主要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求，有各自的CAD专用软件来支援相应的CAD工作。CAM技术的发展历程及现状；CAM中的核心技术是数控技术，编制零件加工的需求，目前，CAM技术已经成为CAXCADCAECAM体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化。全相关的三维几何模型（实体曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。典型的CAD系统有UG等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征，工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化，自动化水平进一步发展的制约因素。只有采用面向模型，面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化和智能化的现有水平。CAD技术的发展趋势主要体现在以下几个方面1标准化CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAM系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库，除了标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向发展。2智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。因此，智能CAD不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更重要的是深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，才会产生高效的CAD系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深远的影响。CAM技术的发展趋势将体现在以下几个方面1面向对象；面向工艺特征的结构体系；传统CAM曲面为目标的体系结构将被改变成面向整体模型（实体）面向工艺特征的结构体系。系统将能够按照工艺要求自动识别并提取5所有的工艺特征及具有特定工艺的区域，是CADCAM的集成化，自动化，智能化达到一个新的水平。2基于知识的智能化系统；未来的CAM系统不仅可继承并智能化地判断工艺特征，而且具有模型对比，残余模型分析与判断功能，是刀具路径更优化，效率更高。同时也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞功能，提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求，并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库，是工艺知识积累、学习、运用成为可能。是相关性编程成为可能尺寸相关、参数是设计等CAD领域的特征，有希望被引伸到CAM系统之中。3提供更方便的工艺管理手段CAM的工艺管理是数控生产中至关重要的一环，未来CAM系统的工艺管理结构，为工艺管理及即时修改提供了条件，较领先的CAM系统已经具有CAPP开发环境或可编辑式工艺模板，可由有经验的工艺人员对产品进行工艺设计，CAM系统可按工艺规程全自动批次处理。13UGNX软件的主要功能随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，工程设计业和制造业的内涵及其相关技术已经发生了深刻变化，这一点在机械工程领域里的结构设计和功能设计方面表现尤为显著。虚拟现实技术、三维造型技术、参数设计技术等新概念已渗透到传统的结构设计中来，相应的计算机程控刀具轨迹设定和计算机自择加工工艺参数等新方法正发挥着前所未有的作用，推动着工程设计技术和制造技术的发展。在造型功能方面，除却其他软件所具有的通用功能外，它还拥有灵活的复合建模、齐备的仿真照相、细密的动画渲染和快速的原型工具，仅复合建模就可让用户在实体建模、曲面建模、线框建模和基于特征的参数建模中任意选择，是设计者可根据工程设计实际情况确定最佳建模方式，从而得到最佳设计效果。在加工功能方面，UG软件针对计算机辅助制造的实用性、适应性和效能型，通过覆盖制造过程，实现制造的自动化、集成化和用户化，从而在产品制造周期、产品制造成本和产品制造质量等方面都给用户听筒了极大地收益。UG软件的强大功能为人们进行各种复杂零件的虚拟现实造型和虚拟现实制造提供了帮助。6第二章基于UG的三维造型设计21几何造型技术几何造型是指讲点、先、面、体等几何元素，经过平移、旋转等几何变换和并、交、差等几何运算，产生实体造型。几何造型技术作为CADCAM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，然后使用约束来定义和修改几何模型。这些尺寸约束及拓扑约束反应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定的关系初始设计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束，而不考虑工程约束。设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来定尺寸关系。参数与设计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，使它们按新尺寸值调整，得到新模型，如不满足，则保持拓扑元素不变，按尺寸约束修成几何模型，甚至全部满足约束条件为止。二、变量化造型技术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，又在约束定义方面做了根本性的改变。变量化造型将几何约束中的尺寸约束和拓扑约束分开处理，不苟求全约束，并增加了工程的约束。变量化造型技术的指导思想就是设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式，允许采用不完全尺寸约束，只给出必要的设计条件。变量化造型过程类似于工程师在脑海里思考设计方案的过程，满足设计要求的几何形状是第一位的，尺寸细节是后来才逐渐精确、完善的。设计过程相对自由宽松，设计者有更多的时间和精力去考虑设计方案，这符合创造性思维规7律。变量化造型技术科进行任意约束情况下的产品设计，不仅可以实现尺寸驱动，还可以实现约束驱动，即由工程关系驱动几何形状的改变，比较适合产品创新设计。三、特征造型技术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（4）性质是可以预料的零件的几何模型可以看成是由一系列的特征堆积而成，改变特征的形状和位置，就可以改变零件的几何模型。22结构形状分析与造型思路一、零件结构形状分析如下图所示，该零件有腔体，椭圆，键槽，孔。8二、造型思路首先创建（1）画一个15010的长方体。（2）画一个1167620的长方体，并做布尔并；（3）倒四个圆角（4）画两个直径为10的腔体；（5）画一个长96宽60深12的腔体（6）画一个凸台；（7）画两个键槽；（8）画椭圆。23三维造型设计一、以CHENFANGMINPRT为名建立文件打开软件UGNX，点击新建图标，在文件名空白中输入CHENFANGMIN,单位选择毫米，点击OK键即可建立以CHENFANGMINPRT为名的新文件，点击应用图标，出现下拉菜单后点击建模图标，接下来就可以开始三维造型过程了。二、（1）绘制15010010的长方体点击插入图标，出现下拉菜单后点击设计特征，再点击图标长方体，按图纸要求绘制。（2）绘制1167620的长方体绘制高20的长方体与高10的长方体基本相同，绘制时需进行坐标系的移动，点击插入图标，出现下拉菜单后点击设计特征，再点击图标长方体，点击坐标的正方向出现点的构造器，修改坐标后，按图纸要求绘制。（3）点击插入图标，再点击细节特征，点击边倒圆，按要求绘制。（4）点击格式图标，点击WCS图标，再点击原点，选择高20的长方体上表面，按要求移至中心（5）绘制直径10的孔点击插入图标，出现下拉菜单后点击设计特征，再点击腔体图标，按图纸绘制。（6）绘制封闭曲线点击图标进入草图绘制环境，在出现的工具条中选择图标，再选择9按图纸要求绘制封闭曲线，绘制完成后按图标，完成草图绘制操作。对绘制好的草图封闭曲线进行拉伸，得到图纸要求的腔体。点击拉伸图标，选择封闭曲线，选择Z轴的负方向图标，在结束值输入高度12，并作布尔差运算，按下确定即可。完成拉伸。（7）绘制键槽点击插入图标，在下拉菜单点击设计特征图标，再点击键槽图标，弹出对话框点击直角坐标图标，按图纸要求绘制键槽。（8）移动坐标系点击格式图标，在下拉菜单中点击WCS图标，再点击原点图标，弹出对话框点在Z轴输入12，点击确定。（9）绘制草图封闭曲线点击图标进入草图绘制环境，在出现的工具条中选择图标，再选择按图纸要求绘制封闭曲线，绘制完成后按图标，完成草图绘制操作。拉伸绘制好的草图封闭曲线，得到图纸要求的。点击拉伸图标，选择封闭曲线，选择向上的方向，在结束图标中输入拉伸高度6，并作布尔运算，按下确定键，完成操作。（10）绘制椭圆点击输入图标，再点击曲线图标，然后点击椭圆，弹出对话框点的构造器在XC轴中输入22，在Z轴输入6，按下确定，确定椭圆的中心点，弹出椭圆对话框，在长半轴图标中输入225，在长半轴图标中输入12，5点击确定。拉伸椭圆，点击拉伸图标，选择Z轴的负方向在结束中输入高度14，并作布尔差运算按下确定键，完成操作。（11）辅助平面移至其它层点击格式图标，再点击移至层图标，点击部件，选择，弹出对话框，输入一个数字，确定即可。点击格式图标，选择层的设置图标，确定。点击再点击不可见图标，按下确定。如下图所示10第三章基于UG的数控模拟加工31CAM自动编程的一般步骤32工艺方案分析工件从图样中可以看出零件的粗糙度值要求比较高的零件的装夹采用平口钳装夹。在工件安装时，要注意工件安装，要放在钳口中间部位。安装台虎钳时要对它的固定钳口找正，工件被加工部分要高出钳口，避免刀具与钳口发生干涉。安装工件时，要注意工件上浮。针对图样要求给出加工工序为11（1）刀具的选择加工中采用的刀具为T018的立铣刀，T0210的钻头，T036的立铣刀，T045的立铣刀，T056的键槽铣刀。（2）切削参数的选择33建立毛坯打开预设置图标下拉菜单点击对象图标，弹出对话框在工作层图标中输入2，点击确定。打开应用图标下拉菜单点击建模图标、打开插入图标，点击设计特征图标，选择长方体图标，点击点构造器图标点击重置图标，确定。点击进入长方体对话框中选择输入长宽高尺寸，随后出现布尔设置图标创建，完成毛坯34创建刀具方法和几何体父节点组一、创建刀具组12二、创建几何体父节点组1335创建刀具轨迹创建刀具轨迹主要由5个模块组成，即交互工艺参数输入模块、刀具轨迹生成模14块、刀具轨迹编辑模块、三维加工动态仿真模块和后置处理模块，下面对这5个模块操作简单的介绍。（1）交互工艺参数输入模块。通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入道具、夹具、编程原点、毛坯和零件等工艺参数。（2）刀具轨迹生成模块。具有非常丰富的刀具轨迹生成方法，主要包括铣削、车削、线切割等加工方法。（3）刀具轨迹编辑模块。刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短和修改刀具轨迹的功能。同时，能够通过控制图形和文本的信息编辑刀轨。（4）三维加工动态仿真模块。是一个无需利用机床、成本低、高效率的测试NC加工的方法。可以检验刀具与零件和夹具是否发生碰撞、是否过切以及加工余量分布情况，以便在编辑过程中及时解决。（5）后处理模块。包括一个通用的后置处理器，用户可以方便地建立用户定制的后置处理。通过使用加工数据文件生成器，一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数，包括控制器和机床规格与类型、插补方式、标准循环等。36生成车间工艺文件点击图标后，在选择图标，出现的界面如下图表示选定后，点击图标后，出现界面如图所示15SHOPFLOOPDOCUMENTATIONCREATEDBYADMINISTRATORDATESATMAY162029532009PARTNAMEFCHENFANGMINCHENFANGMINPRTOPERATIONLISTBYPROGRAMPROGRAMNAMENCPROGRAMOPERATIONNAMEOPERATIONDESCRIPTIONTOOLNAMEPROGRAMNEMEPROGRAMOPERATIONNAMEOPERATIONDESCRIPTIONTOOLNAMEPLANARMILLMILLPLANAR/PLANARMILLMILL10DRILLNGDRILL/DRILLINGSPOTFACINGTOOLFACEMILLINGMILLPLANAR/FACEMILLINGMILL5FACEMILLINGCOPYFINISIIMILLPLANAR/FACEMILLINGMILL5FACEMILLING1MILLPLANAR/FACEMILLINGMILL6FACEMILLING1COPYFINISIIMILLPLANAR/FACEMILLINGMILL10FACEMILLING2MILLPLANAR/FACEMILLINGMILL10PLANARMILL1MILLPLANAR/PLANARMILLMILL1037NC程序的输出点击图标后，再点击图标。选定后，点击图标后，出现界面如图16点击确定后生成工件程序。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